專利名稱：用于太陽能的單罐相變儲熱裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬太陽能領域，涉及太陽熱能儲熱技術，尤其涉及一種太陽能單罐相變儲熱裝置。
背景技術：
太陽能指太陽的輻射能量。太陽能的主要利用形式有太陽能的光電轉換、光熱轉換以及光化學轉換3種主要方式。太陽能光伏發(fā)電，通過光電轉換把太陽輻射轉化為電能；太陽能光熱利用，利用太陽輻射加熱水，或產生蒸汽為工業(yè)工藝用熱或汽輪機發(fā)電提供蒸汽等。歸納講，太陽能具有以下的優(yōu)點:(1)普遍:太陽光普照大地，沒有地域的限制無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且無須開采和運輸。(2)無害:開發(fā)利用太陽能不會污染環(huán)境，它是最清潔能源之一，在環(huán)境污染越來越嚴重的今天，這一點是極其寶貴的。(3)巨大:每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于130萬億噸煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。(4)長久:根據(jù)目前太陽產生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。太陽能清潔環(huán)保，無任何污染，更沒有能源短缺這一說法，其種種優(yōu)點決定了在未來能源更替中的不可取代的地位。但是太陽能作為清潔的可再生能源，在實際應用中也存在如下的缺點:(1)分散性:到達地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說來，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時太陽輻射的輻照度最大，在垂直于太陽光方向I平方米面積上接收到的太陽能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1/5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽能時，想要得到一定的轉換功率，往往需要面積相當大的一套收集和轉換設備，造價較高。(2)不穩(wěn)定性:由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響，所以，到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應用增加了難度。為了使太陽能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。針對太陽能分散性的缺點，可以通過聚光的方式進行利用，即通過太陽能聚光器，如槽式、塔式或碟式等聚光器將太陽光先聚光，提高能流密度后再進行利用。如太陽能光熱發(fā)電以及聚光光伏等。對于太陽能不穩(wěn)定及間歇性的缺點，解決的有效途徑之一就是通過儲熱的方式。目前通過儲熱技術已經(jīng)實現(xiàn)了太陽能光熱電站24小時連續(xù)發(fā)電運行。按照儲熱時間，太陽能儲熱可分為短期儲熱和季節(jié)性儲熱。其中季節(jié)性儲熱容積較大、充放熱循環(huán)周期比較長。季節(jié)性儲熱的裝置可置于地面以上，一般較常見的有鋼質儲熱水塔，如荷蘭Bunnik儲熱水塔,但這種儲熱方式投資相對較高,且儲熱容積有一定的限制。對保溫性能也有較高的要求。地下存儲被認為是跨季節(jié)儲熱最有前途的方案之一。如加拿大渥太華Carleton大學的太平洋農業(yè)研究中心等。但此類方法受地質條件影響較大，具有一定的局限性。專利200910066825.2 (申請日期:2009.4.16)公開了一種太陽能地下跨季節(jié)儲熱方法。短期儲熱裝置中相變儲熱是一種非常有效且具有潛力的方法。相變儲熱裝置是相變材料相變過程中吸收和放出熱量來實現(xiàn)熱交換的裝置?，F(xiàn)編儲熱換熱裝置與普通換熱設備和顯熱儲熱設備相比，其突出的特點是換熱設備中布置流體管道的同時需布置相變材料，并且根據(jù)相變傳熱的特征，相變材料與流體傳熱的過程中因相變材料不斷發(fā)生相變而使相變材料側的傳熱熱阻逐漸增大，當相變材料層完全發(fā)生相變后會使系統(tǒng)的有效面積逐漸減小，從而導致流體側溫度隨之發(fā)生變化。專利201220098353.6 (申請日:2012.3.16)公開了一種用于太陽能熱發(fā)電的高溫儲熱換熱裝置。專利201010128656.3(申請日:2010.3.18)公開了一種應用于太陽能熱利用中的套管式高溫儲熱裝置，該裝置具有結構簡單、安全可靠且換熱效率高得特點。但現(xiàn)有專利技術或存在高溫高壓下工作的穩(wěn)定性和安全性欠佳或存在為安全考慮將相變儲熱材料存儲在管道中而使得儲熱容量非常有限等缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術的不足提供一種用于太陽能的單罐相變儲熱裝置。將相變儲熱材料與盤管式強制換熱技術和真空保溫技術結合起來，以解決目前存在的太陽能存儲過程中的問題，使太陽能等非穩(wěn)定新能源實現(xiàn)穩(wěn)定、高效和環(huán)保的利用。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為:一種用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，其主要特點在于包括有在罐體上設有呼吸口、儲熱介質進料口、上蓋、儲熱介質出料口、儲熱介質排料口，罐體內設有多環(huán)多層熱交換盤管，多環(huán)多層熱交換盤管并聯(lián)設于熱交換盤管上端傳熱介質出口管和設于熱交換盤管下端的傳熱介質入口管之間，構成傳熱介質流通管道；罐體由內壁、上蓋和儲熱介質排料口圍成儲熱室，內裝儲熱介質；儲罐內壁和儲罐外壁構成密閉的保溫夾層；罐內設有溫度計。所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，還包括有所述的儲罐內壁和儲罐外壁構成密閉的保溫夾層為真空絕熱層，在儲罐外壁上設有抽真空口，與真空設備相連；真空度為
101Pa 10 3Pa0所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，還包括有在盤管中心設有豎管，且與各層盤管并聯(lián)。所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，還包括有所述的盤管設于角鋼支撐板上。所述的溫度計為遠傳輸直顯雙金屬溫度計。所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，還包括有所述的多環(huán)多層熱交換盤管的傳熱介質入口管與太陽能集熱場傳熱介質的出口相連，傳熱介質出口管與傳熱介質膨脹罐相連。所述的多環(huán)多層熱交換盤管為2至6環(huán)。為了使得傳熱均勻，盤管周圍的熔鹽小于 1 SOmnin所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，還包括有在罐體上設有支腿、吊耳。所述的由儲罐內壁、上蓋和儲熱介質排料口圍成的儲熱室通過呼吸口與大氣相連。
所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，所述的儲熱介質為儲熱材料石蠟或熔融硝酸鹽或Al-Cu-Mg-Zn相變合金材料中的一種。所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，所述的傳熱介質為導熱油或水或蒸汽或三元或兩元硝酸熔融鹽介質中的一種。由于采用了上述方案，本發(fā)明的有益效果:1.由于該用于太陽能的單罐相變儲熱裝置中采用相變儲熱的技術，使得儲熱密度大大提高，相同儲熱容量的前提下有效減小了儲熱容積；相變材料熱量的存儲與釋放過程在同一裝置中進行，有效簡化了儲熱裝置結構，降低了成本。2.通過真空夾層的隔熱技術，降低了儲熱裝置對保溫材料的苛刻要求，降低了熱損失，有效提聞了儲熱效率。3.通過將相變儲熱材料存儲在儲熱裝置中容積相對較大的儲熱室內，在儲熱裝置容積不變的條件下，顯著增加了儲熱容量；傳熱介質在盤管流道中流通，提高了裝置的安全性，降低了裝置承壓要求。4.通過儲熱系統(tǒng)，解決了太陽能不穩(wěn)定及間歇性的缺點，實現(xiàn)了太陽能穩(wěn)定持續(xù)供應，有效提升了太陽能的高效穩(wěn)定利用。


:圖1:本發(fā)明的主視示意圖；圖2:圖1的A向俯視示意圖；圖3:圖1的B-B剖視示意圖。圖中:1.呼吸口，2.儲熱介質進料口，3吊耳，4上蓋5.儲罐外壁，6.傳熱介質出口，7.真空絕熱層，8.儲罐內壁，9.遠傳輸直顯雙金屬溫度計，10.儲熱介質，11.傳熱介質入口，12.支腿，13.儲熱介質出料口，14.儲熱介質排料口，15.抽真空口，16.第I層熱交換盤管，17.第2層熱交換盤管，18.第3層熱交換盤管，19.和中心熱交換盤管，20.角鋼支撐板
具體實施例方式以下對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。實施例1:一種用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，見圖1，圖2，圖3，有在罐體上設有呼吸口 1、儲熱介質進料口 2、上蓋4、儲熱介質出料口 13、儲熱介質排料口 14，罐體內設有多環(huán)多層熱交換盤管，多環(huán)多層熱交換盤管并聯(lián)設于熱交換盤管上端傳熱介質出口管6和設于熱交換盤管下端的傳熱介質入口管11之間，構成傳熱介質流通管道，構成的傳熱介質流道中的流向為下進上出。罐體由內壁8、上蓋4和儲熱介質排料口 14圍成儲熱室，內裝儲熱介質10，所述的傳熱介質與儲熱介質在儲熱與放熱過程中的熱交換均由罐內的傳熱介質流道完成。儲罐內壁8和儲罐外壁5構成密閉的保溫夾層7 ;罐內設有溫度計9。所述的溫度計為遠傳輸直顯雙金屬溫度計。所述的多環(huán)多層熱交換盤管的傳熱介質入口管11與太陽能集熱場傳熱介質的出口相連，傳熱介質出口管6與傳熱介質膨脹罐相連。
所述的多環(huán)多層熱交換盤管為2至6環(huán)，層數(shù)為15層以上，為了使得傳熱均勻，盤管周圍的熔鹽小于150mm。所述的罐體上設有支腿12、吊耳3。所述的由儲罐內壁8、上蓋4和儲熱介質排料口 14圍成的儲熱室通過呼吸口 I與大氣相連。儲罐直徑為2m，熱交換盤管在徑向上共分布2環(huán)，其中第一環(huán)熱交換盤管16到中心環(huán)熱交換盤管之間盤管的環(huán)數(shù)為2環(huán)，所述的盤管設于角鋼支撐板20上，保證間距相等。盤管直徑為20mm。儲熱介質為石蠟儲熱材料。導熱介質為水。實施例2:所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，所述的盤管中心處設有豎管，并與各層盤管并聯(lián)。其余結構與實施例1相同。實施例3:所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，還包括有所述的儲罐內壁8和儲罐外壁5構成密閉的保溫夾層7為真空絕熱層，在儲罐外壁5上設有抽真空口 15，與真空設備相連，真空度為10_2Pa。其余結構與實施例1相同。不同之處在于:儲罐直徑為4m，熱交換盤管在徑向上共分布6環(huán)，其中第一環(huán)熱交換盤管16到中心環(huán)熱交換盤管之間盤管的環(huán)數(shù)為6環(huán)，間距相等，盤管直徑為20mm。儲熱介質為石蠟儲熱材料。導熱介質為高溫蒸汽，蒸汽參數(shù)為:壓力4MPa，溫度300°C。實施例4:一種用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，見圖1，包括呼吸口 1，儲熱介質進料口 2、吊耳3、上蓋4、儲罐外壁5、傳熱介質出口 6、真空絕熱層7、儲罐內壁8、遠傳輸直顯雙金屬溫度計9、儲熱介質10、傳熱介質入口 11、支腿12、儲熱介質出料口 13、儲熱介質排料口 14、抽真空口 15、第I環(huán)熱交換盤管16、第2環(huán)熱交換盤管17、第3環(huán)熱交換盤管18和中心環(huán)熱交換盤管19。儲罐內壁8、上蓋4和儲熱介質排料口 14圍成儲熱室，內裝儲熱介質10 ;儲罐內壁8和儲罐外壁5構成密閉的保溫夾層7 ;傳熱介質入口 11、第I環(huán)熱交換盤管16、第2環(huán)熱交換盤管17、第3環(huán)熱交換盤管18和中心環(huán)熱交換盤管19以及傳熱介質出口 6構成傳熱介質流通管道。其中，由傳熱介質入口 11、第I環(huán)熱交換盤管16、第2環(huán)熱交換盤管17、第3環(huán)熱交換盤管18和中心環(huán)熱交換盤管19以及傳熱介質出口 6構成的傳熱介質流道的入口與外界太陽能集熱場傳熱介質的出口相連，傳熱介質流道出口與傳熱介質膨脹罐相連。儲罐內壁8和儲罐外壁5構成密閉的真空夾層7的真空度為10_2Pa。儲罐直徑為2m，熱交換盤管在徑向上共分布4環(huán)，其中第一環(huán)熱交換盤管16到中心環(huán)熱交換盤管19之間盤管的環(huán)數(shù)為4環(huán)，間距相等，盤管直徑為20mm。儲熱介質為硝酸鹽儲熱材料，成分及配比為:硝酸鉀53%，硝酸鈉40%，亞硝酸鈉7%。導熱介質為導熱油，型號為VP-1。使用時，將導熱油VP-1加熱到393°C，經(jīng)過熱交換盤管將熔融鹽加熱到370°C。實施例5:與實施例3基本相同，不同之處在于:
儲罐直徑為2m，熱交換盤管在徑向上共分布4環(huán)，其中第一環(huán)熱交換盤管16到中心環(huán)熱交換盤管19之間盤管的環(huán)數(shù)為4環(huán)，間距相等，盤管直徑為20mm。儲熱介質為硝酸鹽儲熱材料，成分及配比為:硝酸鉀53%，硝酸鈉40%，亞硝酸鈉7%。導熱介質為高溫蒸汽，蒸汽參數(shù)為:壓力4MPa，溫度300°C。實施例6:與實施例3基本相同，不同之處在于:儲罐直徑為2m，熱交換盤管在徑向上共分布3環(huán)，其中第一環(huán)熱交換盤管16到中心環(huán)熱交換盤管19之間盤管的環(huán)數(shù)為3環(huán)，間距相等，盤管直徑為20mm。儲熱介質為Al-Cu-Mg-Zn高溫相變合金。導熱介質為高純硝酸鉀熔融鹽。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，其特征在于包括有在罐體上設有呼吸口、儲熱介質進料口、上蓋、儲熱介質出料口、儲熱介質排料口，罐體內設有多環(huán)多層熱交換盤管，多環(huán)多層熱交換盤管并聯(lián)設于熱交換盤管上端傳熱介質出口管和設于熱交換盤管下端的傳熱介質入口管之間，構成傳熱介質流通管道；罐體由內壁、上蓋和儲熱介質排料口圍成儲熱室，內裝儲熱介質；儲罐內壁和儲罐外壁構成密閉的保溫夾層；罐內設有溫度計。
2.如權利要求1所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，其特征在于還包括有所述的儲罐內壁和儲罐外壁構成密閉的保溫夾層為真空絕熱層，在儲罐外壁上設有抽真空口，與真空設備相連；真空度為KT1Pa 10_3Pa。
3.如權利要求1所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，其特征在于還包括有在盤管中心設有豎管，且與各層盤管并聯(lián)。
4.如權利要求1所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，其特征在于還包括有所述的盤管設于角鋼支撐板上。
5.如權利要求1所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，其特征在于所述的溫度計為遠傳輸直顯雙金屬溫度計。
6.如權利要求1所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，其特征在于還包括有所述的多環(huán)多層熱交換盤管的傳熱介質入口管與太陽能集熱場傳熱介質的出口相連，傳熱介質出口管與傳熱介質膨脹罐相連。
7.如權利要求1所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，其特征在于所述的多環(huán)多層熱交換盤管為2至6環(huán)。
8.如權利要求1所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，其特征在于還包括有在罐體上設有支腿、吊耳。
9.如權利要求1所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，其特征在于所述的由儲罐內壁、上蓋和儲熱介質排料口圍成的儲熱室通過呼吸口與大氣相連。
10.如權利要求1所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，其特征在于所述的儲熱介質為儲熱材料石蠟或熔融硝酸鹽或Al-Cu-Mg-Zn相變合金材料中的一種。
11.如權利要求1所述的用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，其特征在于所述的傳熱介質為導熱油或水或蒸汽或三元或兩元硝酸熔融鹽介質中的一種。
全文摘要
本發(fā)明屬太陽能領域，涉及太陽熱能儲熱技術，尤其涉及一種太陽能單罐相變儲熱裝置。一種用于太陽能的單罐相變儲熱裝置，其主要特點在于包括有在罐體上設有呼吸口、儲熱介質進料口、上蓋、儲熱介質出料口、儲熱介質排料口，罐體內設有多環(huán)多層熱交換盤管，多環(huán)多層熱交換盤管并聯(lián)設于熱交換盤管上端傳熱介質出口管和設于熱交換盤管下端的傳熱介質入口管之間，構成傳熱介質流通管道；罐體由內壁、上蓋和儲熱介質排料口圍成儲熱室，內裝儲熱介質；儲罐內壁和儲罐外壁構成密閉的保溫夾層；罐內設有溫度計。本發(fā)明的優(yōu)點是太陽能的單罐相變儲熱裝置中采用相變儲熱技術，使得儲熱密度大大提高，相同儲熱容量的前提下有效減小了儲熱容積；相變材料熱量的存儲與釋放過程在同一裝置中進行，有效簡化了儲熱裝置結構，降低了成本。
文檔編號F24J2/34GK103115443SQ20131008748
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月16日 優(yōu)先權日2013年3月16日
發(fā)明者范多旺, 王成龍, 范多進, 楊樹本 申請人:蘭州大成科技股份有限公司, 蘭州大成真空科技有限公司, 常州大成綠色鍍膜科技有限公司