CN108106479B - 一种蓄热装置及基于该装置的热储能设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蓄热装置，包括蓄热罐体以及设置于蓄热罐体内部的蓄热芯体、喷淋装置、蓄热芯体支撑架；蓄热芯体呈多层分布，喷淋装置的数目与蓄热芯体的层数相同，各层蓄热芯体的上方均配置一喷淋装置；蓄热装置还包括连通各喷淋装置的液流分布管，蓄热罐体设置进液口，进液口连通液流分布管；蓄热罐体设置出液口。本发明提供一种蓄热装置，采用具有多层结构的蓄热芯体以及与之配合的多层喷淋装置的组合，能够有效的减少成本昂贵的传热介质用量，保证雾化液体对蓄热芯体的覆盖率，保证介质与蓄热芯体的充分换热。

Description

一种蓄热装置及基于该装置的热储能设备

技术领域

本发明涉及蓄热装置领域，特别涉及热储能用蓄热设备。

背景技术

热储能技术分为显热储能、潜热储能与化学储能。然而目前化学储能还不成熟；潜热储能也仅适用于中低温段蓄热，同时工质还存在寿命、过冷度等问题难以大规模应用；成熟应用于高温储能的只有显热储存。如太阳能高温发电系统多采用导热油或熔盐作为蓄热系统，利用液态导热油、熔盐显热储存太阳能高温热量来产生高温水蒸气发电。但是熔盐系统复杂，成本高，同时需要配备电加热系统防止熔盐冷却成固态。而工业中多采用蓄热砖、水泥等作为固体蓄热介质，但是这些固体介质不耐高温侵蚀容易破碎，寿命短，会缩短换热流体的寿命。

发明内容

本发明的目的提供一种蓄热装置，解决上述现有技术问题中一个或者多个。

一方面，本发明提出一种蓄热装置，包括蓄热罐体以及设置于蓄热罐体内部的蓄热芯体、喷淋装置、蓄热芯体支撑架；

蓄热芯体呈多层分布，喷淋装置的数目与蓄热芯体的层数相同，各层蓄热芯体的上方均配置一喷淋装置；

蓄热装置还包括连通各喷淋装置的液流分布管，蓄热罐体设置进液口，进液口连通液流分布管；蓄热罐体设置出液口。

本发明提供一种蓄热装置，采用具有多层结构的蓄热芯体以及与之配合的多层喷淋装置的组合，能够有效的减少成本昂贵的传热介质(导热油等)用量，保证雾化液体对蓄热芯体的覆盖率，保证介质与蓄热芯体的充分换热。

在一些实施方式中，蓄热芯体包括蓄热芯块，蓄热芯体的各层均由多个蓄热芯块按照多圈同心圆分布，喷淋装置的多个喷淋头配合多个蓄热芯块的分布设置。

蓄热芯体圆周排布，最大程度上利用空间，高紧凑度也出于意料地提高保温效果。

在一些实施方式中，蓄热芯体包括蓄热芯块，蓄热芯块包括芯体支架、层叠并紧固于芯体支架的多层金属波纹板以及设置于芯体支架底部的介质挡板，相邻层金属波纹板凹凸面错开设置。

蓄热芯块采用金属波纹板层叠解构，具有结构紧凑、抗压能力强的特点，与其他固体蓄热介质相比，具有导热系数高、蓄热能力大等优点，能保证蓄热装置温度场的均匀性。同时容易实现模块化生产。

每层蓄热芯体的蓄热芯块设有介质挡板能保证上层喷淋液流入蓄热装置底部而不对下层喷淋产生影响。介质挡板以利于介质从蓄热芯块的一侧排出。

在一些实施方式中，蓄热芯块的相邻层金属波纹板凹凸面错开形成介质流道，介质流道倾斜设置，介质挡板设置有导流板。

在一些实施方式中，介质流道设置有用以改变内部介质流体流动方向的弯曲部。提供介质流体在介质流道内充分换热。

在一些实施方式中，至少部分介质流道设置分液阀板，分液阀板包括阀板体、位于阀板体中央并突出设置的分液锥以及位于阀板体外周沿口并用于固定于介质流道内壁的阀板流道连接部，阀板体沿口与介质流道内壁形成一或多分液流隙，阀板流道连接部低于介质流道上沿口一设定高度。

本发明提供的一种蓄热装置的蓄热芯块，优选采用分液阀板进液分流，将喷淋油液最大程度地沿着介质流道的内壁均匀缓慢下流，在这个过程中充分换热，最终流至介质挡板，并最终在导流板的引导下流入蓄热罐体最底部的集液装置，并自出液口流出蓄热罐体。

分液阀板优选中央突出设置的分液锥，起到均匀布液的作用。阀板流道连接部低于介质流道上沿口一设定高度，起到稳定分液液面进而稳定分液油压的作用，并且，在单个介质流道上沿口液面溢出时，多余液流流向相邻的介质流道，进而起到稳定大区域范围内介质流道的自适应调节液流的作用。

在一些实施方式中，蓄热罐体包括保温内核、保温外壳以及位于保温内核和保温外壳之间的保温层。

保温内核的为金属承压内壳，保温外壳可以是金属外壳也可以是混凝土、水泥等，保温层优选为陶瓷纤维层。

本发明克服了目前熔盐、导热油显热蓄热的缺点，具有高温高压、紧凑度高、成本低、承压能力强，使用寿命长。

基于上述蓄热装置，本发明提供一种热储能设备，包括上述各个实施例中任一一种蓄热装置以及介质储存罐，介质储存罐设置有加热装置，介质储存罐与蓄热装置的进液口和出液口均连通，蓄热装置与介质储存罐构成循环系统，热储能设备还包括提供循环系统内介质流动动力的循环泵。

本发明提供一种热储能设备，能够在能源充沛的时候启动介质储存罐内的加热装置，加热介质储存罐内的传热介质，通过循环泵泵入蓄热装置，通过喷淋，提高整个蓄热装置的储热量；待能源缺乏时，未启动介质储存罐内的加热装置的情况下，将传热介质通过循环泵泵入蓄热装置，取热。加热装置可以是电加热，也可以是基于太阳能、风能或潮汐能的加热装置。具有调峰的作用。

另一方面，基于上述蓄热装置，本发明提供一种热储能设备，包括上述某一种蓄热装置以及与蓄热装置的进液口择一连通的第一储存罐4和第二储存罐，热储能设备还包括将第一储存罐或第二储存罐内液流导向蓄热装置的进液口的循环泵，第一储存罐设置加热装置。

将具有加热装置的第一储存罐与不具有加热装置的第二储存罐分开设置，并择一向蓄热装置提供导热介质，正好对应储能阶段和取能阶段两种工作阶段，出乎意料地具备更高的能源利用率。

附图说明

图1为本发明提供的一种实施方式的一种蓄热装置以及基于其的热储能设备的结构示意图；

图2为本发明提供的一种实施方式的一种蓄热装置的蓄热芯块的主视图；

图3为本发明提供的一种实施方式的一种蓄热装置的蓄热芯块的俯视图；

图4为本发明提供的一种实施方式的一种蓄热装置的蓄热芯体的单层俯视图；

图5为本发明提供的一种实施方式的一种蓄热装置的蓄热芯块的局部示意图；

图6为图5提供的一种实施方式的一种蓄热装置的蓄热芯块的另一方向视图。

具体实施方式

如图1～6所示，本发明提供一种蓄热装置，包括蓄热罐体以及设置于蓄热罐体内部的蓄热芯体、喷淋装置8、蓄热芯体支撑架10；

蓄热芯体呈多层分布，喷淋装置8的数目与蓄热芯体的层数相同，各层蓄热芯体的上方均配置一喷淋装置8；

蓄热装置还包括连通各喷淋装置8的液流分布管，蓄热罐体设置进液口，进液口连通液流分布管；蓄热罐体设置出液口7。

本发明提供一种蓄热装置，采用具有多层结构的蓄热芯体以及与之配合的多层喷淋装置8的组合，能够有效的减少成本昂贵的传热介质(导热油等)用量，保证雾化液体对蓄热芯体的覆盖率，保证介质与蓄热芯体的充分换热。

在本发明提供的一种蓄热装置的各种实施例中，优选，蓄热芯体包括蓄热芯块9，蓄热芯体的各层均由多个蓄热芯块9按照多圈同心圆分布，喷淋装置8的多个喷淋头配合多个蓄热芯块9的分布设置。

蓄热芯体圆周排布，最大程度上利用空间，高紧凑度也出于意料地提高保温效果。

在本发明提供的一种蓄热装置的各种实施例中，优选，蓄热芯体包括蓄热芯块9，蓄热芯块9包括芯体支架13、层叠并紧固于芯体支架13的多层金属波纹板12以及设置于芯体支架13底部的介质挡板15，相邻层金属波纹板12凹凸面错开设置。

蓄热芯块9采用金属波纹板12层叠解构，具有结构紧凑、抗压能力强的特点，与其他固体蓄热介质相比，具有导热系数高、蓄热能力大等优点，能保证蓄热装置温度场的均匀性。同时容易实现模块化生产。

每层蓄热芯体的蓄热芯块9设有介质挡板15能保证上层喷淋液流入蓄热装置底部而不对下层喷淋产生影响。介质挡板15以利于介质从蓄热芯块9的一侧排出。

在本发明提供的一种蓄热装置的各种实施例中，优选，蓄热芯块9的相邻层金属波纹板12凹凸面错开形成介质流道17，介质流道17倾斜设置，介质挡板15设置有导流板14。

在本发明提供的一种蓄热装置的各种实施例中，优选，介质流道17设置有用以改变内部介质流体流动方向的弯曲部。提供介质流体在介质流道内充分换热的功能。

在本发明提供的一种蓄热装置的各种实施例中，优选，至少部分介质流道17设置分液阀板18，分液阀板18包括阀板体180、位于阀板体180中央并突出设置的分液锥181以及位于阀板体180外周沿口并用于固定于介质流道17内壁的阀板流道连接部182，阀板体180沿口与介质流道17内壁形成一或多分液流隙183，阀板流道连接部182低于介质流道17上沿口一设定高度。

本发明提供的一种蓄热装置的蓄热芯块9，优选采用分液阀板18进液分流，将喷淋油液最大程度地沿着介质流道17的内壁均匀缓慢下流，在这个过程中充分换热，最终流至介质挡板15，并最终在导流板14的引导下流入蓄热罐体最底部的集液装置，并自出液口7流出蓄热罐体。

分液阀板18优选中央突出设置的分液锥181，起到均匀布液的作用。阀板流道连接部182低于介质流道17上沿口一设定高度，起到稳定分液液面进而稳定分液油压的作用，并且，在单个介质流道17上沿口液面溢出时，多余液流流向相邻的介质流道17，进而起到稳定大区域范围内介质流道17的自适应调节液流的作用。

在本发明提供的一种蓄热装置的各种实施例中，优选，蓄热罐体包括保温内核3、保温外壳1以及位于保温内核3和保温外壳1之间的保温层2。

保温内核3的为金属承压内壳，保温外壳1可以是金属外壳也可以是混凝土、水泥等，保温层优选为陶瓷纤维层。

本发明克服了目前熔盐、导热油显热蓄热的缺点，具有高温高压、紧凑度高、成本低、承压能力强，使用寿命长。

与固体显热蓄热相比，本发明一种喷淋式金属波纹板高温蓄热装置，蓄热量大，流体压力损失小，介质回收率高，能保证装置内部温度场的均匀性。

本发明喷淋式金属波纹板高温蓄热装置，投资成本小，蓄热芯体生产工艺简单，并且易于组成模块，安装方便。

本发明喷淋式金属波纹板高温蓄热装置，不仅适用太阳能高温蓄热发电，也适用于工业蓄热，同时也适用于不同相介质蓄热，如液-液，液-气。

基于上述蓄热装置，本发明提供一种热储能设备，包括上述各个实施例中任一一种蓄热装置以及介质储存罐，介质储存罐设置有加热装置，介质储存罐与蓄热装置的进液口和出液口7均连通并构成循环系统，热储能设备还包括提供循环系统内介质流动动力的循环泵11。

本发明提供一种热储能设备，能够在能源充沛的时候启动介质储存罐内的加热装置，加热介质储存罐内的传热介质，通过循环泵11泵入蓄热装置，通过喷淋，提高整个蓄热装置的储热量；待能源缺乏时，未启动介质储存罐内的加热装置的情况下，将传热介质通过循环泵11泵入蓄热装置，取热。加热装置可以是电加热，也可以是基于太阳能、风能或潮汐能的加热装置。具有调峰的作用。

基于上述蓄热装置，本发明提供一种热储能设备，包括上述各个实施例中的一种蓄热装置以及与蓄热装置的进液口择一连通的第一储存罐4和第二储存罐5，热储能设备还包括将第一储存罐4或第二储存罐5内液流导向蓄热装置的进液口的循环泵11，第一储存罐4设置加热装置。

将具有加热装置的第一储存罐4与不具有加热装置的第二储存罐5分开设置，并择一向蓄热装置提供导热介质，正好对应储能阶段和取能阶段两种工作阶段，处于意料地具备更高的能源利用率。

以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种蓄热装置，其特征在于，包括蓄热罐体以及设置于所述蓄热罐体内部的蓄热芯体、喷淋装置（8）、蓄热芯体支撑架（10）；

所述蓄热芯体呈多层分布，所述喷淋装置（8）的数目与所述蓄热芯体的层数相同，各层所述蓄热芯体的上方均配置一喷淋装置（8）；

所述蓄热装置还包括连通各所述喷淋装置（8）的液流分布管，所述蓄热罐体设置进液口，所述进液口连通所述液流分布管；所述蓄热罐体设置出液口（7）；

所述蓄热芯体包括蓄热芯块（9），所述蓄热芯块（9）包括芯体支架（13）、层叠并紧固于所述芯体支架（13）的多层金属波纹板（12）以及设置于所述芯体支架（13）底部的介质挡板（15），相邻层所述金属波纹板（12）凹凸面错开设置；所述蓄热芯块（9）的相邻层所述金属波纹板（12）凹凸面错开形成介质流道（17），所述介质流道（17）倾斜设置，所述介质挡板（15）设置导流板（14）；

至少部分所述介质流道（17）设置分液阀板（18），所述分液阀板（18）包括阀板体（180）、位于所述阀板体（180）中央并突出设置的分液锥（181）以及位于所述阀板体（180）外周沿口并用于固定于所述介质流道（17）内壁的阀板流道连接部（182），所述阀板体（180）沿口与介质流道（17）内壁形成一或多分液流隙（183），所述阀板流道连接部（182）低于介质流道（17）上沿口一设定高度；

其中：所述蓄热芯体的各层均由多个蓄热芯块（9）按照多圈同心圆分布，所述喷淋装置（8）的多个喷淋头配合所述多个蓄热芯块（9）的分布设置。

2.根据权利要求1所述的一种蓄热装置，其特征在于，所述介质流道（17）设置有用以改变内部介质流体流动方向的弯曲部。

3.根据权利要求1所述的一种蓄热装置，其特征在于，所述蓄热罐体包括保温内核（3）、保温外壳（1）以及位于所述保温内核（3）和保温外壳（1）之间的保温层（2）。

4.一种热储能设备，其特征在于，包括权利要求1~3任一项所述一种蓄热装置以及介质储存罐、所述介质储存罐设置有加热装置，所述介质储存罐与所述蓄热装置的进液口和出液口（7）均连通，所述蓄热装置与所述介质储存罐构成循环系统，所述热储能设备还包括提供所述循环系统内介质流动动力的循环泵（11）。

5.一种热储能设备，其特征在于，包括权利要求1~4任一项所述一种蓄热装置以及与所述蓄热装置的进液口择一连通的第一储存罐（4）和第二储存罐（5），所述热储能设备还包括将第一储存罐（4）或第二储存罐（5）内液流导向蓄热装置的进液口的循环泵（11），第一储存罐（4）设置加热装置。