一種單罐蓄能裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單罐蓄能裝置。所述裝置包括蓄能罐罐體、蓄熱工質泵、太陽能集熱器、傳熱介質出口、傳熱介質入口；所述傳熱介質出口、傳熱介質入口設在所述蓄能罐罐體上，所述傳熱介質入口與太陽能集熱器連接，所述傳熱介質出口與蓄熱工質泵連接；所述蓄熱工質泵與太陽能集熱器連接；在所述蓄能罐罐體內(nèi)設有隔板，所述隔板為絕熱圓柱套管；在所述隔板外設有盤管換熱器；在所述蓄能罐罐體上還設有釋能介質入口、釋能介質出口，其中所述釋能介質入口在所述釋能介質出口下方；在所述釋能介質入口與釋能介質出口之間還連接有能量利用裝置。本發(fā)明結構簡單緊湊，使用方便；且制造成本低；工作溫區(qū)范圍寬。
【專利說明】一種單罐蓄能裝置及其使用方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能熱發(fā)電蓄熱【技術領域】，特別涉及一種太陽能單罐蓄能裝置及其使用方法。
【背景技術】
[0002]能源緊缺及環(huán)境污染已成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，尤其是霧霾的出現(xiàn)，更是推進了我國發(fā)展可再生能源的進程。太陽能熱發(fā)電技術作為一種新的可再生能源利用方式，近年來得到了快速的發(fā)展。太陽能晝夜產(chǎn)生的間歇性及氣候影響產(chǎn)生的波動性，使得蓄熱成為太陽能熱發(fā)電技術的關鍵環(huán)節(jié)。蓄熱介質作為一種新的蓄熱、蓄熱介質，目前在高溫太陽能熱發(fā)電裝置中得到了廣泛應用，且成功使用。目前的太陽能熱發(fā)電裝置多采用兩個“冷”、熱鹽罐進行蓄能，太陽能輻照較好時，通過太陽能集熱器將多余的太陽熱能儲存在熱鹽罐中，沒有太陽能時，將熱鹽罐中蓄熱介質抽出與釋能介質換熱，釋能后的“冷”鹽儲存在冷鹽罐中。雙罐蓄能已被證實可行并成功應用在實際商業(yè)電站中，但雙罐蓄能成本較高。為確保電站安全運行，每一個蓄能罐被做成能夠容納整個電站蓄熱介質總量的體積，而電站實際運行時，在同一時間，每一個鹽罐的實際蓄熱介質儲量從未超過熔鹽罐體積的一半，導致很大的浪費，同時造成電站投資費用和運營費的增加。為了降低太陽能熱發(fā)電成本，同時便于運營管理，人們提出斜溫罐的概念，在儲罐內(nèi)布置廉價的石英砂等介質，讓高溫熔鹽流過儲能罐形成溫度分層，實現(xiàn)蓄能和釋能，單罐斜溫蓄能裝置已被證明:與雙罐裝置相比，其能量儲存成本可以降低35%。但如何控制并有效利用因密度差而形成的熱分層是單罐蓄能需要解決的關鍵和難點，目前此問題還未被有效解決。尋求廉價而有效的蓄能方法一直是人們研究太陽能熱發(fā)電 技術的焦點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種簡單的單罐蓄能、釋能裝置，以滿足太陽能熱發(fā)電的技術要求，并大幅度降低蓄能成本。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種單罐蓄能裝置，包括蓄能罐罐體、蓄熱工質泵、太陽能集熱器、傳熱介質出口、傳熱介質入口 ；
[0005]所述傳熱介質出口、傳熱介質入口設在所述蓄能罐罐體上，所述傳熱介質通過管路與太陽能集熱器連接，所述傳熱介質出口通過管路與蓄熱工質泵連接；所述蓄熱工質泵與太陽能集熱器管路連接；
[0006]在所述蓄能罐罐體內(nèi)上設有隔板，所述隔板為絕熱的圓柱套管，固定在蓄能罐罐體的中央；在所述隔板上部套有盤管換熱器；
[0007]在所述蓄能罐罐體上還設有釋能介質入口、釋能介質出口，其中所述釋能介質入口在所述釋能介質出口下方；所述釋能介質入口在蓄能罐罐體的罐內(nèi)與釋能盤管換熱器相連，在蓄能罐罐體的罐外與能量利用裝置相連；
[0008]進一步的，還包括設在蓄能罐罐體底部的浸沒式螺旋換熱器。[0009]進一步的，所述蓄能罐罐體內(nèi)的上半部分還固定有使傳熱介質均勻流向蓄能罐底部的分流器。
[0010]進一步的，所述能量利用裝置選自傳統(tǒng)的熱電轉換裝置、常規(guī)建筑物供暖裝置中的任意一種。
[0011]一種單罐蓄能裝置，包括蓄能罐罐體、蓄熱工質泵、太陽能集熱器、傳熱介質出口、傳熱介質入口；
[0012]所述傳熱介質出口、傳熱介質入口設在所述蓄能罐罐體上，所述傳熱介質通過管路與太陽能集熱器連接，所述傳熱介質出口通過管路與蓄熱工質泵連接；所述蓄熱工質泵與太陽能集熱器管路連接；
[0013]在所述蓄能罐罐體內(nèi)設有隔板，所述隔板為活動絕熱板；
[0014]在所述蓄能罐罐體上還設有低溫傳熱介質入口、高溫傳熱介質出口，在所述低溫傳熱介質入口與高溫傳熱介質出口之間還連接有盤管換熱器；在盤管換熱器的頂部和底部分別設有釋能介質出口和釋能介質入口。
[0015]所述能量利用裝置選自傳統(tǒng)的熱電轉換裝置、常規(guī)建筑物供暖裝置中的任意一種。
[0016]本發(fā)明中傳熱介質與釋能介質可以相同，也可以不同，選自是水、空氣、熔融鹽或其他導熱油等。
[0017]單罐蓄能裝置的使用方法，包括蓄能階段和釋能階段，具體為:
[0018](I)蓄能階段:將傳熱介質從傳熱介質入口加入蓄能罐罐體,高溫傳熱介質從蓄能罐頂部向底部移動，推動蓄能罐內(nèi)低溫傳熱介質向底部移動，直到整個蓄能罐內(nèi)充滿了高溫傳熱介質，蓄能結束；
[0019](2)釋能階段:低溫釋能介質從釋能介質入口進入蓄能罐內(nèi)，與高溫傳熱介質交換熱量，溫度升高，升溫后的高溫釋能介質從釋能介質出口排出。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:
[0021](I)單罐蓄能釋能裝置結構簡單、緊湊，使用方便。
[0022]( 2 )單罐蓄能裝置制造成本較低。與雙罐蓄能相比，只有一個儲罐使得其制造成本降低。同時單罐蓄能釋能裝置，裝置運行過程簡單，維護成本降低。
[0023](3)工作溫區(qū)范圍寬廣。根據(jù)實際蓄能溫度需求，選擇合適熔點和使用范圍的傳熱介質作為蓄能材料，使得單罐蓄能、釋能過程中罐內(nèi)傳熱介質處于較高的溫度范圍，減小了蓄能罐的大小，同時達到了較好的蓄能、釋能效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為實施例1的結構示意圖；
[0025]圖2為實施例1中介質的流動方向；
[0026]圖3為實施例1中分配器結構示意圖；
[0027]圖4為實施例1中隔板結構示意圖；
[0028]圖5為實施例2的結構示意圖；
[0029]圖6為實施例3的結構示意圖；
圖7為實施例3中蓄能罐罐體的頂部結構示意圖； 圖8為實施例3中蓄能罐罐體的底部結構示意圖；
[0030]主要元件符號說明如下:
[0031]1-蓄能罐罐體；2-隔板；3-分流器；4-傳熱介質入口 ；5_傳熱介質出口 ；6-釋能介質入口 ；7_釋能介質出口 ；8_盤管換熱器；9-蓄熱工質泵；10-太陽能集熱器；11-浸沒式螺旋換熱器；12-能量利用裝置；13-高溫傳熱介質出口 ；14_低溫傳熱介質入口 ；15_蓄熱工質泵A
【具體實施方式】
[0032]下面結合實施例及附圖隨本發(fā)明做進一步詳細描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0033]實施例1:
[0034]如圖1所示的單罐蓄能裝置，包括蓄能罐罐體1、蓄熱工質泵9、太陽能集熱器10、傳熱介質出口 5、傳熱介質入口 4 ；
[0035]所述傳熱介質出口 5、傳熱介質入口 4設在所述蓄能罐罐體I上，所述傳熱介質入口 4通過管路與太陽能集熱器10連接，所述傳熱介質出口 5通過管路與蓄熱工質泵9連接；所述蓄熱工質泵9與太陽能集熱器10管路連接；
[0036]在所述蓄能罐罐體I內(nèi)設有隔板2，如圖4所示，所述隔板2為中間抽真空的圓柱套管，固定在蓄能罐罐體的中央，所述圓柱套管的底部與蓄能罐罐體I不完全接觸，以形成蓄能罐內(nèi)介質流動的通道，此通道可以是矩形，方形、圓形、半圓；在所述隔板2上套有盤管換熱器8 ；
[0037]在所述蓄能罐罐體I上還設有釋能介質入口 6、釋能介質出口 7，其中所述釋能介質入口 6在所述釋能介質出口 7下方；在所述釋能介質入口 6與釋能介質出口 7之間還串聯(lián)有能量利用裝置12 ；
[0038]所述蓄能罐罐體I內(nèi)的上半部分還固定有使傳熱介質均勻流向蓄能罐底部的分流器3，分流器3的結構如圖3所示，其形式不局限于此，其目的是使來自傳熱介質入口 4的高溫傳熱介質均勻地從蓄能罐頂部流向蓄能罐底部。
[0039]優(yōu)選的，所述能量利用裝置選自傳統(tǒng)的熱電轉換裝置、常規(guī)建筑物供暖裝置中的任意一種。
[0040]本實施例中傳熱介質同時為蓄熱介質，都為熔融鹽，釋能介質為水蒸汽。
[0041]白天，來自太陽能集熱器10的高溫傳熱介質通過傳熱介質入口 4，進入蓄能罐罐體1，在分流器3的作用下，高溫傳熱介質均勻的從蓄能罐罐頂向下流動，推動罐內(nèi)低溫傳熱介質從罐底傳熱介質出口 5流出，在蓄熱工質泵9的作用下,低溫傳熱介質被泵入太陽能集熱器10內(nèi)被加熱。此過程一直持續(xù)到整個蓄能罐罐體I內(nèi)全部為高溫傳熱介質時結束，此時整個蓄能罐內(nèi)為高溫傳熱介質，蓄能過程完成。
[0042]晚上，沒有太陽輻照時，將罐內(nèi)高溫傳熱介質儲存的能量釋放出去供外部發(fā)電。釋能過程，低溫釋能介質從釋能介質入口 6進入蓄能罐罐體I中的盤管換熱器8與周圍的傳熱介質進行熱量交換，溫度升高，升溫后的介質從釋能介質出口 7流出，完成釋能過程。在釋能過程中，由于盤管換熱器8內(nèi)的釋能介質與儲存在蓄能罐罐體I中的高溫傳熱介質交換熱量，盤管換熱器8周圍傳熱介質溫度降低，沿蓄能罐與隔板2形成的環(huán)形通道向下運動，驅動下部高溫傳熱介質沿隔板2的中心向上流動，高溫傳熱介質從上部流入環(huán)形通道，這樣在盤管換熱器8周圍的傳熱介質會長時間保持高溫，提高了蓄熱介質的釋能效率。圖2中箭頭為釋能過程中蓄能罐內(nèi)傳熱介質的流動方向。
[0043]實施例2:
[0044]當傳熱介質與蓄能介質不同時，在蓄能過程中需要在蓄能罐底部布置浸沒式螺旋換熱器11，如圖5所示。白天太陽輻射時，來自太陽能集熱器10的高溫傳熱介質通過傳熱介質入口 4進入蓄能罐內(nèi)，將高溫傳熱介質的熱量通過浸沒式螺旋換熱器11傳遞給蓄能罐內(nèi)的低溫蓄熱介質，釋能后的低溫傳熱介質通過傳熱介質出口 5流出蓄能罐罐體1，通過傳熱工質泵9將釋能后的低溫傳熱介質泵至太陽能集熱器10，如此循環(huán)，將太陽能的熱量儲存在蓄能罐罐體I內(nèi)。在蓄能罐內(nèi)由于盤管換熱器8周圍的蓄熱介質被加熱，其密度降低，浮升力的作用下使高溫蓄熱介質向上流動，底部周圍的低溫蓄熱介質向浸沒式螺旋換熱器11周圍補充，不斷被加熱，這樣，蓄能過程中，罐內(nèi)蓄熱介質的流動方向如圖中虛線箭頭所示。整個蓄能過程持續(xù)到罐內(nèi)蓄熱介質溫度與蓄熱介質溫度接近為止。
[0045]在晚上，沒有太陽輻照時，利用儲存在蓄能罐內(nèi)的熱量向外供能，釋能過程與實施例I 一樣。在此實施例中，傳熱介質為高溫空氣，蓄熱介質為熔融鹽。
[0046]實施例3:13-高溫傳熱介質出口 ；14_低溫傳熱介質入口
[0047]此實施例與實施例1相似，不同之處如下:隔板2為絕熱隔板，所述絕熱隔板可以在蓄能罐內(nèi)上下移動，蓄能開始時，絕熱隔板位于蓄能罐的頂部，蓄能罐的底部全部為低溫傳熱介質；在所述蓄能罐罐體I頂部還設有傳熱介質入口 4和高溫傳熱介質出口 13，如圖7所示，在蓄能罐體底部設有傳熱介質出口 5和低溫傳熱介質入口 14，如圖8所示；在所述低溫傳熱介質入口 14與高溫傳熱介質出口 13之間連接有盤管換熱器8 ;在盤管換熱器8的頂部和底部分別設有釋能介質出口 7和釋能介質入口 6。
[0048]白天太陽輻射下，來自太陽能集熱器10的高溫傳熱介質，由傳熱介質入口 4進入蓄能罐內(nèi)，在重力的作用，推動絕熱板向下運動，將低溫蓄熱介質從傳熱介質出口 5排出，由蓄熱工質泵9將蓄熱工質泵入太陽能集熱器10。如此過程，直至整個蓄能罐內(nèi)全部為高溫傳熱介質為止，此時絕熱板位于蓄能罐的底部，蓄能結束。
[0049]沒有太陽輻照時，利用蓄熱工質泵A15將高溫傳熱介質從高溫傳熱介質出口 13抽出經(jīng)管道流入盤管換熱器8，釋能介質從釋能介質入口 6進入盤管換熱器8，在盤管換熱器8內(nèi)交換熱量，溫度降低后的低溫傳熱介質再次從低溫傳熱介質入口 14流回蓄能罐底部，同時推動絕熱板向上運動，如此循環(huán)，直至整個蓄能罐內(nèi)的高溫傳熱介質全部被排除，絕熱板到達蓄能罐頂部為止，而交換熱量后溫度升高的高溫釋能介質從釋能介質出口 7出去，被利用起來。在此實施例中，高溫傳熱介質和蓄熱介質相同，同為熔融鹽或導熱油，釋能介質可以為空氣或水。
[0050]惟以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，舉凡熟悉此項技藝的專業(yè)人士。在了解本發(fā)明的技術手段之后，自然能依據(jù)實際的需要，在本發(fā)明的教導下加以變化。因此凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的同等變化與修飾，曾應仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種單罐蓄能裝置，其特征在于，包括蓄能罐罐體、蓄熱工質泵、太陽能集熱器、傳熱介質出口、傳熱介質入口 ； 所述傳熱介質出口、傳熱介質入口設在所述蓄能罐罐體上，所述傳熱介質入口通過管路與太陽能集熱器連接，所述傳熱介質出口通過管路與蓄熱工質泵連接；所述蓄熱工質泵與太陽能集熱器管路連接； 在所述蓄能罐罐體內(nèi)設有隔板，所述隔板為絕熱圓柱套管，固定在蓄能罐罐體的中央；在所述隔板上部套有盤管換熱器； 在所述蓄能罐罐體上還設有釋能介質入口、釋能介質出口，其中所述釋能介質入口在所述釋能介質出口下方；所述釋能介質入口在蓄能罐罐體的罐內(nèi)與盤管換熱器相連，在蓄能罐罐體的罐外與能量利用裝置相連。
2.如權利要求1所述的蓄能裝置，其特征在于，還包括設在蓄能罐罐體底部的浸沒式螺旋換熱器。
3.如權利要求1所述的蓄能裝置，其特征在于，所述蓄能罐罐體內(nèi)的上半部分還固定有使傳熱介質均勻流向蓄能罐底部的分流器。
4.如權利要求1所述的蓄能裝置，其特征在于，所述能量利用裝置選自傳統(tǒng)的熱電轉換裝置、常規(guī)建筑物供暖裝置中的任意一種。
5.一種單罐蓄能裝置，其特征在于，包括蓄能罐罐體、蓄熱工質泵、太陽能集熱器、傳熱介質出口、傳熱介質入口 ； 所述傳熱介質出口、傳熱介質入口設在所述蓄能罐罐體上，所述傳熱介質通過管路與太陽能集熱器連接，所述傳熱介質出口通過管路與蓄熱工質泵連接；所述蓄熱工質泵與太陽能集熱器管路連接； 在所述蓄能罐罐體內(nèi)設有隔板，所述隔板為活動絕熱板； 在所述蓄能罐罐體上還設有低溫傳熱介質入口、高溫傳熱介質出口，在所述低溫傳熱介質入口與高溫傳熱介質出口之間還連接有盤管換熱器；在盤管換熱器與高溫傳熱介質出口之間還連接有蓄熱工質泵A ;在盤管換熱器的頂部和底部分別設有釋能介質出口和釋能介質入口。
6.如權利要求5所述的蓄能裝置，其特征在于，所述能量利用裝置選自傳統(tǒng)的熱電轉換裝置、常規(guī)建筑物供暖裝置中的任意一種。
7.如上任意一項權利要求所述的單罐蓄能裝置的使用方法，其特征在于，包括蓄能階段和釋能階段，具體為: (1)蓄能階段:將傳熱介質從傳熱介質入口加入蓄能罐罐體，高溫傳熱介質從蓄能罐頂部向底部移動，推動蓄能罐內(nèi)低溫傳熱介質向底部移動，直到整個蓄能罐內(nèi)充滿了高溫傳熱介質，蓄能結束； (2)釋能階段:低溫釋能介質從釋能介質入口進入蓄能罐內(nèi)，與高溫傳熱介質交換熱量，溫度升高，升溫后的高溫釋能介質從釋能介質出口排出。
【文檔編號】F24J2/34GK103940119SQ201410116792
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權日:2014年3月26日
【發(fā)明者】鹿院衛(wèi), 吳玉庭, 孫曉麗, 杜文彬, 李小麗, 馬重芳 申請人:北京工業(yè)大學