CN105066757A - 一种固体颗粒的空气蓄热放热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能热发电、工业余热回收的蓄热放热装置，尤其是涉及一种固体颗粒的空气蓄热放热装置，它包括从上至下依次垂直排列在一根铅垂轴线上的中间储罐、高温颗粒储罐和低温颗粒储罐，其特征在于：在上述中间储罐与高温颗粒储罐之间设置有固体颗粒蓄热换热器，在高温颗粒储罐与低温颗粒储罐之间设置有固体颗粒放热换热器，在上述固体颗粒蓄热换热器和固体颗粒放热换热器的上下两端均配合有空气分布器；本发明结构独特、传热速率大、效率高。

Description

一种固体颗粒的空气蓄热放热装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能热发电、工业余热回收的蓄热放热装置，尤其是涉及一种固体颗粒的空气蓄热放热装置。
背景技术
先进高效、低成本的蓄热技术是太阳能热发电系统连续稳定运行的重要保障。按蓄热方式不同，热能存储技术有显热蓄热、潜热蓄热、化学蓄热。化学蓄热对设备的安全度要求高，技术难度大，成本高昂。潜热蓄热大多具有腐蚀性、体积变化较大，不耐高温等缺点，使得蓄热设备的成本大幅增加。显热蓄热具有耐高温、工作原理简单、无腐蚀性、运行安全、成本低等特点。蓄热介质更高的蓄热温度是一直被追求的，因为更高的出口温度，能够增加动力循环的效率，进一步降低储热成本。但同时要求蓄热设备具有结构简单、成本低，这就要求蓄热介质具有无腐蚀、耐高温、价格低等特点。固体显热蓄热材料满足上述要求。
固体蓄热材料常用的有混凝土、蜂窝陶瓷体、耐火砖等，其中混凝土作为蓄热材料应用较为广泛。但是混凝土导热系数较低，通常需要通过增加换热面积或提高混凝土导热系数强化传热流体和储热介质之间的热交换，这样又可能引起储热成本的大幅增加。耐火砖和蜂窝陶瓷体等虽有研究但由于成本高，没有被大规模使用。
目前还没有克服上述缺陷的装置。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种结构独特、传热速率大、效率高，同时固体颗粒、空气能够自然实现分离，固体颗粒无腐蚀性、耐高温，作为蓄热放热介质，蓄热温度可达到800℃，实现高效、降低运行费用的目的，从而降低发电成本的一种固体颗粒的空气蓄热放热装置。
本发明通过如下方式实现：
一种固体颗粒的空气蓄热放热装置，它包括从上至下依次垂直排列在一根铅垂轴线上的中间储罐、高温颗粒储罐和低温颗粒储罐，其特征在于：在上述中间储罐与高温颗粒储罐之间设置有固体颗粒蓄热换热器，在高温颗粒储罐与低温颗粒储罐之间设置有固体颗粒放热换热器，在上述固体颗粒蓄热换热器和固体颗粒放热换热器的上下两端均配合有空气分布器；
所述固体颗粒蓄热换热器主体为一个管道，管道下端与所述高温颗粒储罐联通，所述中间储罐通过管道与固体颗粒蓄热换热器共轴线通入固体颗粒蓄热换热器主体管道中，所述中间储罐管道下端设置有固体颗粒分布器；
所述固体颗粒放热换热器主体为一个管道，管道下端与低温颗粒储罐联通，高温颗粒储罐通过管道与换热器共轴线通入换热器主体管道中，所述高温颗粒储罐管道下端设置有固体颗粒分布器，所述低温颗粒储罐与中间储罐通过固体颗粒输运装置相连；
所述空气分布器结构为换热器主体管道两端壁面上设置径向均匀分布的若干较小直径管道，较小直径管道通入外侧环形空气稳压空腔，空气稳压空腔与空气管道相通；
所述中间储罐、高温颗粒储罐和低温颗粒储罐罐下部为圆锥形。
本发明有如下效果：
1)结构独特：本发明中固体颗粒——空气蓄热放热装置的蓄热材料为固体颗粒，空气为传热介质，工作时固体颗粒自由降落与空气对流换热。本发明共有3个储存罐，即中间储罐、高温颗粒储罐、低温颗粒储罐，3个储罐按顺序垂直排列在一根铅垂轴线上。中间储罐、高温颗粒储罐之间设置有固体颗粒蓄热换热器，固体颗粒蓄热换热器主体为一个管道，管道下端与高温颗粒储罐联通，中间储罐有管道与换热器共轴线通入换热器主体管道中，并延伸一段距离超过上部设置的空气分布器，中间储罐管道下端设置有固体颗粒分布器，从而中间储罐的固体颗粒可以在阀门打开时，经固体颗粒分布器均匀的自由降落，通过固体颗粒蓄热换热器到达高温颗粒储罐。换热器主体管道两端设有空气分布器，空气分布器结构为换热器主体管道两端壁面上设置径向均匀分布的若干较小直径管道，较小直径管道通入外侧环形空气稳压空腔，空气稳压空腔与空气管道相通。
高温颗粒储罐、低温颗粒储罐之间设置有固体颗粒放热换热器，固体颗粒放热换热器主体为一个管道，管道下端与低温颗粒储罐联通，高温颗粒储罐有管道与换热器共轴线通入换热器主体管道中，并延伸一段距离超过上部设置的空气分布器，高温颗粒储罐管道下端设置有固体颗粒分布器，从而高温颗粒储罐的固体颗粒可以在阀门打开时，经固体颗粒分布器均匀的自由降落，通过固体颗粒放热换热器到达低温颗粒储罐。换热器主体管道两端设有空气分布器，空气分布器结构为换热器主体管道两端壁面上设置径向均匀分布的若干较小直径管道，较小直径管道通入外侧环形空气稳压空腔，空气稳压空腔与空气管道相通。低温颗粒储罐与中间储罐用固体颗粒输运装置相连。
2)传热速率大、效率高，同时固体颗粒、空气能够自然实现分离，固体颗粒无腐蚀性、耐高温：本发明提供的装置分为两个阶段：1)固体颗粒蓄热阶段，低温固体颗粒由中间储罐经固体颗粒分布器均匀的自由降落，经太阳能加热的高温空气或工业废气同时由固体颗粒蓄热换热器下部空气分布器均匀进入固体颗粒蓄热换热器，固体颗粒与空气在固体颗粒蓄热换热器中进行对流换热，被加热的固体颗粒降落至高温颗粒储罐储存，冷却的低温空气经上部空气分布器均匀流出去太阳能加热，实现循环工作。工业废气可以排空；2)固体颗粒放热阶段，高温固体颗粒由高温颗粒储罐经固体颗粒分布器均匀的自由降落，低温空气同时由固体颗粒放热换热器下部空气分布器均匀进入固体颗粒放热换热器，固体颗粒与空气在固体颗粒放热换热器中进行对流换热，被冷却的固体颗粒降落至低温颗粒储罐储存，加热的高温空气经上部空气分布器均匀流出去发电装置放热，低温固体颗粒经固体颗粒输运装置运送到中间储罐，实现循环工作。
3)蓄热温度可达到800℃，因此能够实现高效、降低运行费用的目的，从而降低发电成本：本发明将目前热能存储成本较高，难于实现高温存储的问题加以改善，固体颗粒——空气蓄热放热装置，固体颗粒与空气在对流换热中，因其具有一定的流动性、大的比表面积，因此传热速率大、效率高，同时固体颗粒、空气能够自然实现分离，固体颗粒无腐蚀性、耐高温，作为蓄热放热介质，蓄热温度可达到800℃，因此能够实现高效、降低运行费用的目的，从而降低发电成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
一种固体颗粒的空气蓄热放热装置，它包括从上至下依次垂直排列在一根铅垂轴线上的中间储罐1、高温颗粒储罐2和低温颗粒储罐3，如图1所示：在上述中间储罐1与高温颗粒储罐2之间设置有固体颗粒蓄热换热器4，在高温颗粒储罐2与低温颗粒储罐3之间设置有固体颗粒放热换热器5，在上述固体颗粒蓄热换热器4和固体颗粒放热换热器5的上下两端均配合有空气分布器8。
所述固体颗粒蓄热换热器4主体为一个管道，管道下端与所述高温颗粒储罐2联通，所述中间储罐1通过管道与固体颗粒蓄热换热器4共轴线通入固体颗粒蓄热换热器4主体管道中，所述中间储罐1管道下端设置有固体颗粒分布器7。
所述固体颗粒放热换热器5主体为一个管道，管道下端与低温颗粒储罐3联通，高温颗粒储罐2通过管道与换热器5共轴线通入换热器主体管道中，所述高温颗粒储罐2管道下端设置有固体颗粒分布器9，所述低温颗粒储罐3与中间储罐1通过固体颗粒输运装置6相连。
所述空气分布器8结构为换热器主体管道两端壁面上设置径向均匀分布的若干较小直径管道，较小直径管道通入外侧环形空气稳压空腔，空气稳压空腔与空气管道相通。
所述中间储罐1、高温颗粒储罐2和低温颗粒储罐3罐下部为圆锥形。
本发明提供的装置，固体颗粒为蓄热材料，空气为传热介质，工作时固体颗粒自由降落与空气对流换热，中间储罐、固体颗粒蓄热换热器、高温储罐、固体颗粒放热换热器、低温储罐共轴线铅垂方向依次排列，以使固体颗粒能够依靠自身重力作用降落。
本发明中2个固体颗粒换热器中均设置有空气分布器，其结构为换热器主体管道两端壁面上设置径向均匀分布的若干较小直径管道，较小直径管道通入外侧环形空气稳压空腔，空气稳压空腔与空气管道相通。
储罐有颗粒流通管道与换热器共轴线通入换热器主体中，并延伸一段距离超过上部设置的空气分布器，使得对流换热完毕的空气在此与颗粒分离，由上部空气分布器流出。
储罐颗粒流通管道下端设置有固体颗粒分布器，从而储罐的固体颗粒可以在阀门打开时，经固体颗粒分布器均匀的自由降落，与空气充分实现对流换热。

Claims (5)

1.一种固体颗粒的空气蓄热放热装置，它包括从上至下依次垂直排列在一根铅垂轴线上的中间储罐(1)、高温颗粒储罐(2)和低温颗粒储罐(3)，其特征在于：在上述中间储罐(1)与高温颗粒储罐(2)之间设置有固体颗粒蓄热换热器(4)，在高温颗粒储罐(2)与低温颗粒储罐(3)之间设置有固体颗粒放热换热器(5)，在上述固体颗粒蓄热换热器(4)和固体颗粒放热换热器(5)的上下两端均配合有空气分布器(8)。
2.如权利要求1所述的一种固体颗粒的空气蓄热放热装置，其特征在于：所述固体颗粒蓄热换热器(4)主体为一个管道，管道下端与所述高温颗粒储罐(2)联通，所述中间储罐(1)通过管道与固体颗粒蓄热换热器(4)共轴线通入固体颗粒蓄热换热器(4)主体管道中，所述中间储罐(1)管道下端设置有固体颗粒分布器(7)。
3.如权利要求1所述的一种固体颗粒的空气蓄热放热装置，其特征在于：所述固体颗粒放热换热器(5)主体为一个管道，管道下端与低温颗粒储罐(3)联通，高温颗粒储罐(2)通过管道与换热器(5)共轴线通入换热器主体管道中，所述高温颗粒储罐(2)管道下端设置有固体颗粒分布器(9)，所述低温颗粒储罐(3)与中间储罐(1)通过固体颗粒输运装置(6)相连。
4.如权利要求1所述的一种固体颗粒的空气蓄热放热装置，其特征在于：所述空气分布器(8)结构为换热器主体管道两端壁面上设置径向均匀分布的若干较小直径管道，较小直径管道通入外侧环形空气稳压空腔，空气稳压空腔与空气管道相通。
5.如权利要求1所述的一种固体颗粒的空气蓄热放热装置，其特征在于：所述中间储罐(1)、高温颗粒储罐(2)和低温颗粒储罐(3)罐下部为圆锥形。
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