CN114838611B - 一种高温换热蓄热单元及结构和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温换热蓄热单元及结构和装置，包括填充有固体蓄热颗粒的壳体，壳体的上端具有供高温的导热流体流入的流体入口，而底壁上开设有供换热后的导热流体流出的流体出口，该壳体中分别设有溢流口、供导热流体流通的溢流管以及换热管，上述溢流管连接溢流口与壳体的流体出口，且该溢流管的最高点低于壳体的顶端。本发明能实现高效换热和蓄热，高温换热蓄热单元的壳体的流体入口处无需另设密封结构，从而使得高温换热蓄热单元的结构简单，并且，由该高温换热蓄热单元组装成高温换热蓄热结构时，只需将各高温换热蓄热单元上下层叠即可，组装方便、灵活，可满足各种不同规格的高温换热蓄热结构的组装需求。

Description

一种高温换热蓄热单元及结构和装置

技术领域

本发明涉及蓄热换热装置领域，尤其涉及一种高温换热蓄热单元及结构和装置。

背景技术

电力生产过程中，电网的用电负荷存在高峰和低谷，电力的特征是“即发即用”，目前由于电力生产的负荷调节能力不足，导致大量的新能源发电资源浪费，即所谓的“弃风、弃光”。中国燃煤发电量占比超过60％，是电力负荷调整的主力，燃煤发电设备自身的调节能力已挖掘到极限，研究表明进一步提高电力负荷调节能力的最有效手段就是蓄能。

目前，规模化蓄能有蓄电池、抽水蓄能、储热三种技术路线。其中，蓄电池成本高昂，在目前的电力市场难以产生经济收益；抽水蓄能受限于自然条件，其资源分布不均匀，总资源量小，开发规模与电力调整需求有很大的差距。火电厂的生产过程为热能转化为电能的过程，将储热与火电设备结合，可有效提高火电厂的发电负荷调整能力，现有火电资源充分，通过机组配套廉价的储热设施，可有效提高机组的负荷调整幅度，提升电网对新能源发电的消纳能力，提高电网对用电负荷的调整能力。

专利号为ZL201610511217.8(授权公告号为CN105890193B)的中国发明专利公开了一种高温蓄热装置的强化换热结构以及具有该结构的高温蓄热装置，并具体公开了以下内容：包括封闭的容器，所述容器的顶部连通有至少一根吹气管道和至少一根抽气管道，至少一根管道竖向插入至容器的底部，所述容器的周壁能够从外向内渗透高温下呈液体的导热流体并且隔离其他固体蓄热材料。

上述专利中的强化换热结构以及具有该结构的高温蓄热装置能够将高温下呈液体的导热流体不断地上下循环，能够极大地提升换热管与蓄热介质的换热强度和换热效果，并且大大提高了蓄热装置的蓄热能力，也提高了蓄热转换效率。然而，上述专利中的高温蓄热装置还是存在着换热效率不高的问题，具体表现为：在该蓄热装置内熔盐的流动是靠氮气间歇驱动，每次驱动的总量与装置内熔盐总量相比，占比很小。同时由于固体铁基蓄热材料以粉末状填充在装置内，导致熔盐流动阻力大。在实际运行时装置中熔盐在每小时仅能产生50mm左右的位移量，虽然远优于纯静止状态下熔盐与固体蓄热介质间、熔盐与汽水管道间的换热能力，但从传热学角度分析，过低的流速导致其换热能力偏低。同时，由于该换热器内熔盐流动范围内的流动阻力分布不均匀，会导致部分区域熔盐的流动接近停滞，形成换热“死区”，该“死区”的蓄热/放热能力非常低，无法满足生产及使用过程对蓄热/放热能力的要求，导致装置整体的热效率低下。

进一步，上述专利还存在以下问题：(1)采用的铁基固体蓄热材料在高温下会溢出硫化物等有害气体，导致环境污染问题；(2)采用氮气驱动还会带来大量的氮气消耗，从而增加运行成本；(3)该专利中的高温蓄热装置不具备将被加热的外部热源进行存储的功能，比如存储太阳能光热加热的高温熔盐(导热油)的热能，存储用低谷电加热的高温熔盐(导热油)。此外，现有的蓄热换热装置体积大，不方便运输和组装。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术而提供一种换热效率高的高温换热蓄热单元。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术而提供一种换热效率高并能实现自密封的高温换热蓄热单元。

本发明所要解决的第三个技术问题是针对现有技术而提供一种换热效率高且运输、组装方便的具有上述高温换热蓄热单元的高温换热蓄热结构。

本发明所要解决的第四个技术问题是针对现有技术而提供一种换热效率高的具有上述高温换热蓄热结构的高温换热蓄热装置。

本发明解决上述第一个、第二个技术问题所采用的技术方案为：一种高温换热蓄热单元，其特征在于，包括填充有固体蓄热颗粒并能将该固体蓄热颗粒隔离在其内部的壳体，该壳体的上端具有供高温的导热流体流入的流体入口，而底壁上开设有供换热后的导热流体流出的流体出口，并且，该壳体中分别设有溢流口、供导热流体流通的溢流管以及供待加热流体通过的换热管，其中，上述溢流管连接上述溢流口与上述壳体的流体出口，且该溢流管的最高点低于壳体的顶端。

上述溢流口及溢流管的具体实现方式有多种，其中一种优选的实现方式为：所述溢流管上下延伸，该溢流管的最高点高于固体蓄热颗粒在壳体中的堆积高度，该溢流管的上管口构成上述溢流口，而下管口与上述壳体的流体出口相流体连通，并且，上述壳体的内底面上设置有过滤盒，该过滤盒的周壁上布设有供上述导热流体渗透的过滤孔，且该过滤孔的孔径小于上述固体蓄热颗粒的粒径，同时开设供导热流体流入的流通口，该流通口与上述壳体的流体入口相流体连通。这样壳体中的导热流体能通过过滤孔渗透进入过滤盒，而固体蓄热颗粒被隔离在过滤盒之外的壳体中。并且，当过滤盒的流通口与壳体的流体入口相流体连通时，由流体入口流入壳体的导热流体进入过滤盒中，接着通过过滤孔由内之外渗透至壳体中，进入壳体的导热流体与固体蓄热颗粒充分换热后通过流体出口流出壳体。

进一步，所述壳体中还设置有上下延伸的导流管，上述流通口开设在上述过滤盒的顶壁上，上述导流管的上管口与上述壳体的流体入口相流体连通，而下管口与上述过滤盒的流通口相连通。这样通过流体入口流入的导热流体沿热导管流入过滤盒中，接着通过过滤盒上的过滤孔由内之外渗入壳体中而与壳体中的固体蓄热颗粒充分地发生热交换，而热交换后的导热流体由流体出口流出壳体。

上述溢流口及溢流管的另一种具体实现方式为：所述溢流管一端的管口构成上述溢流口，而另一端管口与上述壳体的流体出口相流体连通，上述壳体的内底面上设置有过滤盒，该过滤盒的周壁上布设有供上述导热流体渗透的过滤孔，且该过滤孔的孔径小于上述固体蓄热颗粒的粒径，同时开设供导热流体流出的流通口，该流通口与上述溢流口相流体连通。这样由流体入口流入壳体的导热流体直接与壳体中的固体蓄热颗粒充分换热，而换热后的导热流体通过过滤孔渗透进入过滤盒，最后通过壳体的流体出口流出。

进一步，上述溢流管优选为倒置的U形管，而上述流通口开设在过滤盒的顶壁上。一方面能减缓导热流体进入溢流管后的流动速度，从而使得导热流体能充分地与壳体中的固体蓄热颗粒发生热交换，另一方面能使充分换热后的导热流体顺利地从壳体的流体出口流出。

进一步，所述溢流管的最高点处上开设有通气孔，防止在停止工作后由于虹吸现象造成壳体中的导热流体无法持续维持设定的液位。

进一步，所述导热流体为熔盐或导热油中的至少一种。熔盐和导热油可以填充所有固体缝隙，极大地降低热阻，显著增加换热面积，实现高效换热，大幅度降低换热温度端差。

进一步，所述固体蓄热颗粒为镁橄榄石或石英石中的至少一种。从而能获得良好的换热和蓄热效果。

进一步，所述固体蓄热颗粒的粒径为2～20mm。从而能避免固体蓄热颗粒进入过滤盒中，同时能降低熔盐在固体蓄热颗粒间的流动阻力。

为进一步解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种高温换热蓄热结构，其特征在于，具有如上所述的高温换热蓄热单元。

进一步，所述高温换热蓄热结构中的高温换热蓄热单元至少为两个并上下层叠，其中，任意一个高温换热蓄热单元的壳体的流体出口与位于该高温换热蓄热单元之下的另一高温换热蓄热单元的壳体的流体入口相流体连通，并且，各高温换热蓄热单元的壳体中的换热管依次相连通。这样位于上层的高温换热蓄热单元流出的导热流体流入下层的高温换热蓄热单元中，下层的高温换热蓄热单元的壳体中的液位随之上升，与上述同理，完成放热后的导热流体再流入更下一层。以这样的方式，层叠的高温换热蓄热单元内的导热流体会逐级自流，完成导热流体的逐级放热。这样在每个高温换热蓄热单元中的上部温度较低而下部温度较高，而对于整个高温换热蓄热结构而言，上层的高温换热蓄热单元的温度高于下层，以这种方式连续运行，使高温换热蓄热结构的温度持续上升，实现蓄热。

为进一步解决上述第四个技术问题所采用的技术安装为：一种高温换热蓄热装置，其特征在于，具有如上所述的高温换热蓄热结构。

进一步，还包括用于对导热流体进行加热的加热单元和回流循环单元，其中，该加热单元包括具有加热进口和加热出口的加热器，而上述回流循环单元包括具有回流口和输出口的回流循环腔，该回流循环单元位于上述高温换热蓄热结构的下方，并且，该高温换热蓄热结构中位于底部的那个高温换热蓄热单元的壳体的流体出口与上述回流循环腔的回流口相流体连通，而该回流循环腔的输出口与上述加热器的加热进口相流体连通，且加热器的加热出口与上述高温换热蓄热结构中位于顶端的那个高温换热蓄热单元的壳体的流体入口相流体连通。这样换热结束的导热流体被收集在回流循环单元中，接着该回流循环单元中的导热流体被输入进入加热单元，导热流体在加热单元中的加热器中升温，升温后的高温导热流体再重新进入顶部的高温换热蓄热单元的壳体中。

进一步，所述回流循环单元的输出口与上述加热器的加热进口通过输送管相连通，且该输送管上安装有输流泵，从而能进一步加快导热流体的循环流动速度，提升高温换热蓄热装置的换热效率。

与现有技术相比，本发明的优点在于：高温的导热流体通过流体入口流入壳体而与填充在壳体中的固体蓄热颗粒发生热交换，固体蓄热颗粒完成蓄能而用于加热换热管中的待加热流体，而换热后的导热流体由壳体的流体出口流出，实现了高温的导热流体与固体蓄热颗粒之间的高效换热和蓄热，并且，由于溢流管的最高点低于壳体的顶端，因此，壳体的流体入口处无需另设密封结构，从而使得高温换热蓄热单元的结构简单，并且，由该高温换热蓄热单元组装成高温换热蓄热结构时，通过将各高温换热蓄热单元上下层叠能实现快速组装，可满足各种不同规格的高温换热蓄热装置的组装需求，运输时可将高温换热蓄热装置拆分为多个高温换热蓄热单元，安装时只需将各高温换热蓄热单元上下叠放即可，制造、运输和组装均十分方便。

附图说明

图1为本发明实施例中高温换热蓄热装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1中高温换热蓄热结构的剖视图；

图3为本发明实施例1中高温换热蓄热结构的另一方向的剖视图；

图4为本发明实施例2中高温换热蓄热结构的剖视图；

图5为本发明实施例2中高温换热蓄热结构的另一方向的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制，比如“上”、“下”并不一定被限定为与重力方向相反或一致的方向。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

实施例1：

如图1所示，一种高温换热蓄热装置，包括高温换热蓄热结构2，该高温换热蓄热结构2由至少两个高温换热蓄热单元3(通常为10个以上)上下叠放组装而成。其中，图1中由两个高温换热蓄热装置靠背组合而成。

进一步，如图2和图3所示(图中仅示意了两个高温换热蓄热单元3)，各上述高温换热蓄热单元3均包括壳体30，该壳体30内填充有固体蓄热颗粒，且该壳体30能始终将固体蓄热颗粒隔离在其内部。并且，该壳体30的上端具有供高温的导热流体10流入的流体入口301，而底壁上开设有供换热后的导热流体10流出的流体出口302。本实施例中，上述壳体30的顶部敞口而形成上述流体入口301。

进一步，该壳体30中分别设有溢流口331、供导热流体10流通的溢流管33以及供待加热流体(本实施例中为水)通过的换热管7，其中，上述溢流管33连接上述溢流口331与上述壳体30的流体出口302，且该溢流管33的最高点低于壳体30的顶端。

这样本发明中高温的导热流体10通过流体入口301流入壳体30而与填充在壳体30中的固体蓄热颗粒发生热交换，固体蓄热颗粒完成蓄能而用于加热换热管7中的待加热流体，而换热后的导热流体10由壳体30的流体出口302流出，实现了高温的导热流体10与固体蓄热颗粒之间的高效换热和蓄热。并且，由于溢流管33供导热流体10流通，且溢流管33的最高点低于壳体30的顶壁，因此，壳体30的流体入口301处无需另设密封结构，从而使得高温换热蓄热单元3的结构简单，并且，由该高温换热蓄热单元3组装成高温换热蓄热结构2时，只需将各高温换热蓄热单元3上下叠放即可，能实现快速组装，可满足各种不同规格的高温换热蓄热装置的组装需求，运输时可将高温换热蓄热装置拆分为多个高温换热蓄热单元2，安装时只需将各高温换热蓄热单元1上下叠放即可，运输和组装均十分方便。

本实施例中，在将多个高温换热蓄热单元3上下层叠快速组装成高温换热蓄热结构2时，上述相邻的高温换热蓄热单元3之间设置有支撑结构(例如支撑块，支撑架等)。优选地，上述壳体30上端的横截面小于等于其下端，进一步优选地，上述壳体30的外形呈长方体状。进一步，上述流体出口302至少两个并间隔开设在上述壳体30的底壁上。此外，优选地，工作状态下，上述壳体30中的液位高度保持不变，即始终保持设定的液位高度，从而保证高温换热蓄热单元3维持在一定的换热效率。

进一步，上述壳体30的内底面上设置有过滤盒31，该过滤盒31的周壁上布设有供上述导热流体10渗透的过滤孔(未示出)，且各过滤孔的孔径均小于上述固体蓄热颗粒的粒径，同时开设供导热流体10流入的流通口311，该流通口311与上述壳体30的流体入口301相流体连通。本实施例中，上述过滤盒31为多个，各过滤盒31的外形均呈方形，上述流通口311开设在过滤盒31的顶壁的中心处。同时，各过滤盒31上的各过滤孔的孔径均为1.5mm左右，而固体蓄热颗粒的粒径为2～20mm。一方面能更好地避免固体蓄热颗粒进入过滤盒31中，另一方面能降低熔盐在固体蓄热颗粒间的流动阻力。这样当过滤盒31的流通口311与壳体30的流体入口301相流体连通时，由流体入口301流入壳体30的导热流体10进入过滤盒31中，接着通过过滤孔由内之外渗透至壳体30中，进入壳体30的导热流体10与固体蓄热颗粒充分换热后通过流体出口302流出壳体30。

本实施例中，上述导热流体10为熔盐或导热油中的至少一种。熔盐和导热油可以填充固体蓄热颗粒之间的缝隙，极大地降低热阻，显著增加换热面积，实现高效换热，大幅度降低换热温度端差。本实施例中，上述导热流体10优选为液态的熔盐。上述固体蓄热颗粒为镁橄榄石或石英石中的至少一种，从而能获得良好的换热和蓄热效果。

进一步，上述壳体30中设置有至少两根竖向延伸的导流管32，各导流管32分别与上述过滤盒31一一对应并分别位于对应的过滤盒31之上。各导流管32的上管口分别与上述壳体30的流体入口301相流体连通，而下管口与对应过滤盒31的流通口311相连通。这样通过流体入口301流入的导热流体10沿导流管32流入对应的过滤盒31中，接着通过过滤盒31上的过滤孔由内之外渗入壳体30中而与壳体30中的固体蓄热颗粒充分地发生热交换，而热交换后的导热流体10由流体出口302流出壳体30。优选地，为使导热流体10能更好地流入对应的导流管32中，各导流管32的上管口上分别套设有导流盒321，各导流管321分别与对应的流体出口302或者下述分配管6(顶部的高温换热蓄热单元3)一一对应并上下相对。

再进一步，上述壳体30中还设置有至少两根竖向延伸的上述溢流管33，该溢流管33与上述过滤盒31一一对应，且各溢流管33的上管口分别构成上述溢流口331，且各溢流口311分别高于固体蓄热颗粒在壳体30中的填充高度，而下管口与上述流体出口302相连通。这样当壳体30中导热流体10的液位高于各溢流管33的溢流口331时，该导热流体10能沿溢流管33通过流体出口302流出壳体30。通过流体入口301、过滤盒31、导流管32和溢流管33的均布设置，保证导热流体10在壳体30中可按区域均匀分布循环流动，避免换热“死区”的形成。本实施例中，各过滤盒31、导流管32以及溢流管33均为金属导热材质，并分别通过焊接的方式与壳体30连接为一体件。

进一步，上述高温换热蓄热结构2中任意一个高温换热蓄热单元3的壳体30的流体出口302与位于该高温换热蓄热单元3之下的另一高温换热蓄热单元3的壳体30的流体入口301相流体连通，并且，各高温换热蓄热单元3的壳体30中的换热管7依次相连通。这样位于上层的高温换热蓄热单元3流出的导热流体10流入下层的高温换热蓄热单元3中，下层的高温换热蓄热单元3的壳体30中的液位随之上升，与上述同理，完成放热后的导热流体10再流入更下一层。以这样的方式，层叠的高温换热蓄热单元3内的导热流体10会逐级自流，完成导热流体10的逐级放热。这样在每个高温换热蓄热单元3中的上部温度较低而下部温度较高，而对于整个高温换热蓄热结构2而言，上层的高温换热蓄热单元3的温度高于下层，以这种方式连续运行，使高温换热蓄热结构2的温度持续上升，实现蓄热。本实施例中，具体地，任意一个高温换热蓄热单元3的壳体30底壁盖封在该高温换热蓄热单元3之下的壳体30的流体入口301上。

此外，上述高温换热蓄热装置1还包括加热单元5、回流循环单元4以及输送泵42。其中，加热单元5用于对导热流体10进行加热，该加热单元5可利用高温蒸汽作为加热热源，并且，该加热单元5包括具有加热进口51和加热出口52的加热器50，其中，加热出口52分别通过分配管6与高温换热蓄热结构2顶部的高温换热蓄热单元3的壳体30的流体入口301相连通。上述回流循环单元4位于上述高温换热蓄热结构2的下方，该回流循环单元4包括回流循环腔40，该回流循环腔40的上部具有与高温换热蓄热结构2的底部的高温换热蓄热单元3的壳体30的各流体出口302相流体连通的回流口401，从而能使流入高温换热蓄热结构2中的导热流体10能回流至回流循环单元4中。具体地，本实施例中，上述回流循环单元4包括上部敞口的回流循环盒4a，高温换热蓄热结构2的底部的高温换热蓄热单元3的壳体30的底壁盖封在该回流循环盒4a的开口上，而围成上述回流循环腔40。上述回流循环盒4a的上部开口，该开口构成上述回流口401。

同时，回流循环单元4的侧壁上开设有输出口402，该输出口402通过输送管41与上述加热器50的加热进口51相连通。这样换热结束的导热流体10被收集在回流循环单元4中，接着该回流循环单元4中的导热流体10被输入进入加热器50，导热流体10在加热器50中升温，升温后的高温导热流体10再重新进入高温换热蓄热单元3的壳体30中。优选地，上述输送管41上安装有输流泵42。此外，本实施例中，上述高温换热蓄热装置1的各高温换热蓄热单元3以及回流循环单元4中分别插设有相互连通的汽水换热管7，通过汽水换热管7中的水与各单元中的介质发生热交换而完成放热。

本实施例的工作过程如下：

在蓄热过程中，相对低温的导热流体10从回流循环单元4由输送管41被导入输送泵42，经输送泵42驱动进入加热单元5中，导热流体10在加热单元5的加热器50中加热升温后经各分配管6通过流体入口301进入顶部的高温换热蓄热单元3中。当该高温换热蓄热单元3中的导热流体10的液位高于各溢流管33的溢流口331时，充分换热后的导热流体10通过各流体出口302溢流进入下一层的高温换热蓄热单元3中。在此连续进行的过程中，顶部的高温换热蓄热单元3内的导热流体10自上而下流动，并在流经固体蓄热颗粒时完成放热，固体颗粒温度随着逐渐升高，实现蓄热。同时，下一层的高温换热蓄热单元3中的导热流体10的液位也随之升高，与上述同理，完成放热后流到更下一层。

以上述方式，层叠的各高温换热蓄热单元3内的导热流体10会逐级溢流，最后到达底部回流循环单元4，完成导热流体10的逐级放热，同时完成了固体蓄热颗粒的蓄热。

在放热过程中，给水从下部汽水换热管进入底部的回流循环单元4并朝上向该回流循环单元4之上的各高温换热蓄热单元3依次流动，在向上流动的过程中升温、蒸发、过热，变为高温蒸汽。导热流体10重复前述蓄热过程的循环方式，在流经汽水换热管7的外壁时将热能传递给汽水介质。在此过程中导热流体10不断地把固体蓄热颗粒的热能带出，实现了整体的放热。

在以上过程中导热流体10主要作为热传递介质，实现蓄热和放热过程各环节的热能传递，同时由于导热流体10自身温度升高，具备的蓄热能力，其自身也是蓄热介质。

实施例2：

如图4和5所示，与实施例1不同的是，本实施例中，上述溢流管33一端的管口构成上述溢流口331，而另一端管口与上述壳体30的流体出口302相流体连通，上述壳体30的内底面上设置有过滤盒31，该过滤盒31的周壁上布设有供上述导热流体10渗透的过滤孔，且该过滤孔的孔径小于上述固体蓄热颗粒的粒径，同时开设供导热流体10流出的流通口311，该流通口311与上述溢流口331相流体连通。这样由流体入口301流入壳体30的导热流体10与壳体10中的固体蓄热颗粒充分换热，接着导热流体10通过过滤孔渗透进入过滤盒31，最后通过壳体10的流体出口302流出。

具体地，本实施例中，上述溢流管33为倒置的U形管，而上述流通口311开设在过滤盒31的顶壁上。一方面能减缓导热流体10进入溢流管33后的流动速度，从而使得导热流体10能充分地与壳体30中的固体蓄热颗粒发生热交换，另一方面能使充分换热后的导热流体10顺利地从壳体30的流体出口302流出。优选地，各上述溢流管33的顶端上开设有通气孔(未示出)，从而防止在停止工作后由于虹吸现象造成壳体30中的导热流体10无法持续维持设定的液位。

本实施例的工作过程如下：

在蓄热过程中，相对低温的导热流体10从回流循环单元4由输送管41被导入输送泵42，经输送泵42驱动进入加热单元5中，导热流体10在加热单元5的加热器50中加热升温后经各分配管6分别通过对应的流体入口301进入顶部的高温换热蓄热单元3中。该高温换热蓄热单元3中的导热流体10的液位升高，溢流管33中的液位也随之升高，当液位高于溢流管33的顶端时，导热流体10通过溢流管33的另一端通往下一高温换热蓄热单元3。并在流经固体蓄热颗粒时完成放热，固体颗粒温度随着逐渐升高，实现蓄热。同时，下一层的高温换热蓄热单元3中的导热流体10的液位也随之升高，与上述同理，完成放热后流到更下一层。

在放热过程中，给水从下部汽水换热管7进入底部回流循环单元4并朝上向该回流循环单元4之上的各高温换热蓄热单元3依次流动，在向上流动的过程中升温、蒸发、过热，变为高温蒸汽。导热流体10重复前述蓄热过程的循环方式，在流经汽水换热管的外壁时将热能传递给汽水介质。在此过程中导热流体10不断的把固体蓄热颗粒的热能带出，实现了整体的放热。

本发明应用到太阳能光热发电系统，与现有技术相比，蓄热能力显著提高，系统装置将大幅度简化。按照同等装机容量核算，其投资仅为原技术的1/2以下，运营成本为原技术的1/4以下。

本发明应用到常规火力发电领域，在电力低负荷可存储电站锅炉生产的蒸汽能量，能大幅度增强机组的调峰能力，从而提高发电厂的综合经济性，增强电网运行的安全性和可靠性。

本发明与抽水蓄能技术比较，其投资成本将由近850元/kw.h降低至480元/kw.h以下，同时能效也能达到70％以上，具有明显的经济效益和社会效益，应用到能源领域节能减排特点十分突出前景广阔。

本发明所称的“流体连通”是指两个部件或部位(以下统一分别称为第一部位、第二部位)之间的空间位置关系，即流体(气体、液体或两者的混合)能从第一部位沿着流动路径流动或/和被运送到第二部位，可以是上述的第一部位、第二部位之间直接相连通，也可以是第一部位、第二部位之间通过至少一个第三者间接连通，该第三者可以是诸如管道、通道、导管、导流件、孔、槽等流体通道、也可以是允许流体流过的腔室或以上组合。

Claims (14)

1.一种高温换热蓄热单元，其特征在于，包括填充有固体蓄热颗粒并能将该固体蓄热颗粒隔离在其内部的壳体(30)，

该壳体(30)的顶部敞口而形成供高温的导热流体(10)流入的流体入口(301)，而底壁上开设有供换热后的导热流体(10)流出的流体出口(302)，并且，该壳体(30)中分别设有溢流口(331)、供导热流体(10)流通的溢流管(33)以及供待加热流体通过的换热管(7)，其中，上述溢流管(33)连通上述溢流口(331)与上述壳体(30)的流体出口(302)，且该溢流管(33)的最高点低于壳体(30)的顶端。

2.如权利要求1所述的高温换热蓄热单元，其特征在于，所述溢流管(33)上下延伸，该溢流管(33)的最高点高于固体蓄热颗粒在壳体(30)中的堆积高度，该溢流管(33)的上管口构成上述溢流口(331)，而下管口与上述壳体(30)的流体出口(302)相流体连通，

并且，上述壳体(30)的内底面上设置有过滤盒(31)，该过滤盒(31)的周壁上布设有供上述导热流体(10)渗透的过滤孔，且该过滤孔的孔径小于上述固体蓄热颗粒的粒径，同时开设供导热流体(10)流入的流通口(311)，该流通口(311)与上述壳体(30)的流体入口(301)相流体连通。

3.如权利要求2所述的高温换热蓄热单元，其特征在于，所述壳体(30)中还设置有上下延伸的导流管(32)，上述流通口(311)开设在上述过滤盒(31)的顶壁上，上述导流管(32)的上管口与上述壳体(30)的流体入口(301)相流体连通，而下管口与上述过滤盒(31)的流通口(311)相连通。

4.如权利要求1所述的高温换热蓄热单元，其特征在于，所述溢流管(33)一端的管口构成上述溢流口(331)，而另一端管口与上述壳体(30)的流体出口(302)相流体连通，

上述壳体(30)的内底面上设置有过滤盒(31)，该过滤盒(31)的周壁上布设有供上述导热流体(10)渗透的过滤孔，且该过滤孔的孔径小于上述固体蓄热颗粒的粒径，同时开设供导热流体(10)流出的流通口(311)，该流通口(311)与上述溢流口(331)相流体连通。

5.如权利要求4所述的高温换热蓄热单元，其特征在于，所述溢流管(33)为倒置的U形管，而上述流通口(311)开设在过滤盒(31)的顶壁上。

6.如权利要求5所述的高温换热蓄热单元，其特征在于，所述溢流管(33)的最高点处上开设有通气孔。

7.如权利要求1～6任一项所述的高温换热蓄热单元，其特征在于，所述导热流体(10)为熔盐或导热油中的至少一种。

8.如权利要求1～6任一项所述的高温换热蓄热单元，其特征在于，所述固体蓄热颗粒为镁橄榄石或石英石中的至少一种。

9.如权利要求8所述的高温换热蓄热单元，其特征在于，所述固体蓄热颗粒的粒径为2～20mm。

10.一种高温换热蓄热结构，其特征在于，具有如权利要求1～9任一项所述的高温换热蓄热单元(3)。

11.如权利要求10所述的高温换热蓄热结构，其特征在于，所述高温换热蓄热单元(3)至少为两个并上下层叠，其中，任意一个高温换热蓄热单元(3)的壳体(30)的流体出口(302)与位于该高温换热蓄热单元(3)之下的另一高温换热蓄热单元(3)的壳体(30)的流体入口(301)相流体连通，并且，各高温换热蓄热单元(3)的壳体(30)中的换热管(7)依次相连通。

12.一种高温换热蓄热装置，其特征在于，具有如权利要求10或11所述的高温换热蓄热结构(2)。

13.如权利要求12所述的高温换热蓄热装置，其特征在于，还包括用于对导热流体(10)进行加热的加热单元(5)和回流循环单元(4)，其中，该加热单元(5)包括具有加热进口(51)和加热出口(52)的加热器(50)，而上述回流循环单元(4)包括具有回流口(401)和输出口(402)的回流循环腔(40)，该回流循环单元(4)位于上述高温换热蓄热结构(2)的下方，并且，该高温换热蓄热结构(2)中位于底部的那个高温换热蓄热单元(3)的壳体(30)的流体出口(302)与上述回流循环腔(40)的回流口(401)相流体连通，而该回流循环腔(40)的输出口(402)与上述加热器(50)的加热进口(51)相流体连通，且加热器(50)的加热出口(52)与上述高温换热蓄热结构(2)中位于顶端的那个高温换热蓄热单元(3)的壳体(30)的流体入口(301)相流体连通。

14.如权利要求13所述的高温换热蓄热装置，其特征在于，所述回流循环腔(40)的输出口(402)与上述加热器(50)的加热进口(51)通过输送管(41)相连通，且该输送管(41)上安装有输流泵(42)。