CN105066758B - 一种高温蓄热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能量的存储技术领域，具体的说，涉及一种高温蓄热系统。本发明包括吸热器、换热器、相变换热系统；相变换热系统包括多个相变单元，吸热器内设有可流动的介质，吸热器设有出口和进口，出口通过管道与换热器的第一进口连接，吸热器的进口与换热器的第一出口连接；所述换热器设有用于相变单元进入的第二进口以及用于相变单元排出的第二出口；所述相变单元包括固态的壳体，壳体内部容纳有用于吸热发生相变的内芯；所述换热器包括双管结构，所述双管结构包括中心管和套在中心管外的套管，套管的下端为介质的进口端，中心管的上端为相变单元的进口端。本发明蓄热系统结构简单，能源可以存储、方便运输，利用率高。

Description

一种高温蓄热系统

本申请为申请号为201410081340.1，发明名称为：一种高温蓄热系统，申请日为2014.03.07的分案申请。

技术领域

本发明涉及能量的存储技术领域，具体的说，涉及一种高温蓄热系统。

背景技术

随着能源危机、温室效应等环境问题的日益严重，开发利用新能源和可再生能源已经成为全世界的共同课题。太阳能热利用具有对环境无污染、不排放温室气体、能源可再生等优点逐渐成为发展潜力巨大的可再生能源技术。规模化利用太阳热能是未来我国能源的发展重点，但由于其间歇性和不能稳定供应的缺陷，能源的供应和需求之间，往往存在数量上、形态上和空间上的差异，不能满足工业化大规模连续供能的要求，为了克服或弥补这种差异，常采取热能储存和热能释放的技术手段，即蓄热技术。

太阳能高温热利用，如高温热发电技术中的蓄热系统已成为衡量热发电系统成本和效率的重要因素。太阳能高温热发电的效率随着传热流体温度的增加而增加，如采用空气作为传热流体，则太阳能空气吸热器的出口温度可达到400℃～800℃，因此要求蓄热换热器具有耐高温、耐热冲击的优异性能，同时由于空气的比热容较小，要求换热过程具有较高的传热系数和较大的蓄热密度。公开号CN2469394为波盒式固体间壁换热器，缺点是加热元件为波板式管件，不利于固体颗粒流动。公开号CN102226653A为一种固体热载体壳管式换热器，公开号103225972A为一种隔板式气-固换热器，都属于间壁式换热器。缺点是由于传热过程中的热载体是固体颗粒，间壁式换热器的传热效果差，固体颗粒的蓄热能力差。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种利用太阳能的高温蓄热系统，该蓄热系统结构简单，能源利用率高。

为实现上述目的而采用的技术方案为：

一种高温蓄热系统，包括吸热器、换热器、相变换热系统；相变换热系统包括多个相变单元，吸热器内设有可流动的介质，吸热器设有出口和进口，出口通过管道与换热器的第一进口连接，吸热器的进口与换热器的第一出口连接；所述换热器设有用于相变单元进入的第二进口以及用于相变单元排出的第二出口；所述相变单元包括固态的壳体，壳体内部容纳有用于吸热发生相变的内芯。

进一步地，第二出口设置有用于控制相变单元排出速度的阀门。

进一步地，所述吸热器为太阳能空气吸热器。

再进一步地，所述太阳能吸热器包括一个壳体，壳体设有辐射吸热面，壳体的侧面设有保温层；壳体内部盛装有溶液以及安装有管道，管道呈螺旋形设置于壳体内，管道的入口设置于壳体上相对于辐射吸热面的另一面；管道的出口设置于壳体的辐射吸热面。

进一步地，所述介质为气体，所述换热器包括隔热壳体，所述隔热壳体的一侧设有进气孔，隔热壳体的另一侧设有出气孔；上端设有用于相变单元进入的入口，下端设有用于相变单元排出的出口；换热器中部设有用于相变单元通过的换热空间，所述换热器内设有两组百叶窗，百叶窗设置于换热空间的两侧。

进一步地，所述换热器包括双管结构，所述双管结构包括中心管和套在中心管外的套管，套管的下端为介质的进口端，中心管的上端为相变单元的进口端。

更进一步地，所述双管结构呈螺旋设置。

进一步地，相变单元的壳体呈球形，所述换热空间设有至少一个滑落轨道，所述滑落轨道包括至少2根护条，护条呈螺旋设置。

其中，内芯可以为熔盐材料，如硝酸盐之类。

进一步地，所述相变换热系统还包括放热装置以及用于相变单元返回的提升装置；放热装置的入口与换热器的第二出口连接，放热装置的出口与提升装置连接，提升装置的输出端通过输入管道与换热器的第二进口连接。

本发明的有益效果为：

1、系统利用太阳能吸热器来加热空气产生高温热源，温度可达400℃～800℃，利用了可再生能源，系统节能环保。

2、空气-相变球换热器为直接接触式换热器，换热系数高、热量传递快；系统结构简单，没有中间换热元件，耐高温，耐热冲击。

3、采用相变材料蓄热，其在蓄热过程发生相变，单位体积蓄热量大、蓄热相变材料可循环利用。

4、高温相变单元可直接储存或可根据实际需要设计不同的释能器结构。

附图说明

图1为本发明的第一种实施结构的示意图。

图2为本发明的相变单元的一种剖视示意图。

图3为本发明的换热器的一种结构示意图。

图4为本发明的太阳能吸热气的一种结构示意图。

图5为本发明的换热器的另一种结构示意图。

图6为本发明的移动轨道的一种结构示意图。

图7为本发明的换热器的第三种结构示意图。

图8为本发明的双管结构的示意图。

图9 为本发明的第二实施结构的示意图。

图10为本发明的阀门结构示意图。

附图标记为：

1——管道 2——吸热器 3——提升装置

4——换热器 5——输入管道 6——阀门

7——存储罐 8——放热装置 9——驱动装置

10——相变单元 101——壳体 102——内芯

41——第二出口 42——第一进口 43——百叶窗

44——第二进口 45——隔热壳体 46——第一出口

47——换热空间 21——保温层 22——壳体

23——辐射吸热面 20——滑落轨道 201——护条

48——套管 49——中心管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例：参见图1至图10。

如图1所示，一种高温蓄热系统，包括吸热器2、换热器4、相变换热系统；相变换热系统包括多个相变单元10，吸热器2内设有可流动的介质，吸热器2设有出口和进口，出口通过管道1与换热器4的第一进口42连接，吸热器2的进口与换热器4的第一出口46连接；所述换热器4设有用于相变单元10进入的第二进口44以及用于相变单元10排出的第二出口41；所述相变单元10包括固态的壳体101，壳体101内部容纳有用于吸热发生相变的内芯102。

本发明使用时，吸热器2吸收外界的热能，从而提高可流动介质的温度；高温介质通过管道1流进换热器4，同时相变单元10的相变内芯102以固态的形式随同壳体101一同进入到换热器4；介质释放热量，以较低的温度从第一出口46流出并回流至吸热器2的进口，形成介质吸热循环；壳体101内部的内芯102吸收热量发生相变并以液态的形式存储于壳体101内；并出第二出口41排出收集。本发明将热量存储于固态的壳体101中，便于能量的转移和保存。为了使得介质能够循环使用，在管道1上设置了驱动装置9，驱动装置9可以为泵或鼓风机。在相变单元10排出时，可以通过管道1进入到储存罐，可以通过管道1进入换热系统。为了控制相变单元10的排出量，在排出口设置阀门6。相变单元10的壳体可以采用不锈钢材料，传热性能好、耐高温；一直处于固态。

进一步地，第二出口41设置有用于控制相变单元排出速度的阀门6。

在换热器中，相变单元与介质交换热量需要一定的时间，因此相变单元会先在换热器中停留；然后通过阀门6向外排出；用于控制相变单元下滑速度或下滑时间。

进一步地，所述吸热器2为太阳能空气吸热器。

目前，最可能被利用的稳定热能为太阳能，因此吸热器2为太阳能空气吸热器；当然也可以为其他吸热器，如熔岩吸热器等。

参见图2，其中所述太阳能吸热器包括一个壳体22，壳体22设有辐射吸热面23，壳体22的侧面设有保温层21；壳体22内部盛装有溶液以及安装有管道，该管道1呈螺旋形设置于壳体22内，管道的入口设置于壳体22上相对于辐射吸热面23的另一面；管道的出口设置于壳体22的辐射吸热面23。

在具体设置时，可以将辐射吸热面23设置呈黑色，同时将壳体22靠近辐射吸热面23的一端设置为锥形，增大辐射吸热面23。吸收的热能传递给内部的溶液，溶液再将热能传递给管道1中介质，通过介质将热能带出。介质可以为气体，如空气、氮气、氧气等；也可以为液体。本技术方案中采用空气，成本低。

其中所述介质为气体，参见图5，所述换热器4包括隔热壳体45，所述隔热壳体45的一侧设有进气孔，隔热壳体45的另一侧设有出气孔；上端设有用于相变单元10进入的入口，下端设有用于相变单元10排出的出口；换热器4中部设有用于相变单元10通过的换热空间47，所述换热器4内设有两组百叶窗43，百叶窗43设置于换热空间47的两侧。

本技术方案在设计换热器4时，利用到重力因素，让相变单元10通过自身的重力从上向下落；其次让介质从换热器4的一侧进入，介质与相变单元10接触并换热；相变单元10内部的内芯102发生相变并吸收热量从换热器4的下方移出收集。介质从换热器4流出并回到吸热器内。为了方便介质流动，可以在介质流动的管道1上设置鼓风机或泵，驱动介质流动。其次，为了控制介质流经换热空间47的速度，通过两组百叶窗43来控制介质的流速；进而达到控制换热时间和换热效率。为了便于提高换热效果，将百叶窗43外侧的空间设置为锥形。

作为变形，参见图7、图8；所述换热器4包括双管结构，所述双管结构包括中心管49和套在中心管49外的套管48，套管48的上端和下端均设有通孔，中心管49的上端和下端分别通过相应的通孔伸出套管48，套管48的下端为介质的进口端，即第一进口42设置于管道1的下端口，中心管49的上端为相变单元10的进口端，即第二进口44设置于中心管49的上端口。

将换热器4设置为双管结构，使得介质在流经换热器4时，能够与中心管49内的相变单元10进行充分的换热。

更进一步地，所述双管结构呈螺旋设置。

由于相变单元10通过固态的壳体在中心管49内部移动，其自由下落速度较大，因此设置呈螺旋结构，使得相变单元10比较平稳的下落。

进一步地，相变单元10的壳体呈球形。参见图6、图5；所述换热空间47设有至少一个滑落轨道20，所述滑落轨道20包括至少2根护条201，护条201呈螺旋设置。

护条201之间形成滑落轨道20，相变单元10的壳体设计为球形，相变单元10沿着滑落轨道20进行滑落。降低下落速度，同时可以与介质进行充分的换热。

其中，内芯102可以为熔盐材料，如硝酸盐之类。也可以为其他材料。

进一步地，参见图9，所述相变换热系统还包括放热装置8以及用于相变单元10返回的提升装置3；放热装置8的入口与换热器4的第二出口41连接，放热装置8的出口与提升装置3连接，提升装置3的输出端通过输入管道55与换热器4的第二进口44连接。

放热装置8主要用于将相变单元10中的高温内芯102热量释放，并对外做功，如蒸汽机；相变单元10释放热能后，内芯102由高温的液态变为低温的固态，相变单元10从放热装置8的出口排出，并进入到提升装置3的入口端，通过提升装置3提升到一定的高度，并沿着管道1通过换热器4的第二进口44进入换热器4。从而形成相变换热系统。提升装置3可以采用环式链条机构、皮带机构。当然，变成低温的相变单元10也可以通过存储罐7存储起来。

以上仅是本申请的较佳实施例，在此基础上的等同技术方案仍落入申请保护范围。

Claims (1)

1.一种高温蓄热系统，其特征在于：包括吸热器、换热器、相变换热系统和存储罐；相变换热系统包括多个相变单元，吸热器内设有可流动的介质，吸热器设有出口和进口，出口通过管道与换热器的第一进口连接，吸热器的进口与换热器的第一出口连接；所述换热器设有用于相变单元进入的第二进口以及用于相变单元排出的第二出口；所述相变单元包括固态的壳体，壳体内部容纳有用于吸热发生相变的内芯；

所述介质为气体，所述换热器包括隔热壳体，所述隔热壳体的一侧设有进气孔，隔热壳体的另一侧设有出气孔；上端设有用于相变单元进入的入口，下端设有用于相变单元排出的出口；换热器中部设有用于相变单元通过的换热空间，所述换热器内设有两组百叶窗，百叶窗设置于换热空间的两侧；

第二出口设置有用于控制相变单元排出速度的阀门；

相变单元的壳体呈球形，所述换热空间设有至少一个滑落轨道，所述滑落轨道包括至少2根护条，护条呈螺旋设置；相变单元的壳体为不锈钢材料；

所述吸热器为太阳能空气吸热器；

所述太阳能吸热器包括一个壳体，壳体设有辐射吸热面，辐射吸热面设置呈黑色，壳体靠近辐射吸热面的一端设置为锥形；壳体的侧面设有保温层；壳体内部盛装有溶液以及安装有管道，管道呈螺旋形设置于壳体内，管道的入口设置于壳体上相对于辐射吸热面的另一面；管道的出口设置于壳体的辐射吸热面；

所述内芯为熔盐材料；

所述相变换热系统还包括放热装置以及用于相变单元返回的提升装置；放热装置的入口与换热器的第二出口连接，放热装置的出口与提升装置连接，提升装置的输出端通过输入管道与换热器的第二进口连接；所述换热器的第二出口还通过管道与存储罐连接。