專利名稱：一種雙工質(zhì)太陽能高溫吸熱/蓄熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能高溫吸熱/蓄熱器，屬于太陽能高溫?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能是地球永恒的能源。其資源豐富，總量相當(dāng)于目前人類所利用的能源的一萬多倍，既可免費(fèi)使用，又無需運(yùn)輸，對環(huán)境無任何污染，屬于環(huán)保能源。開發(fā)太陽能又能很好的緩解目前地球面臨的能源危機(jī)。而太陽能熱發(fā)電又是最有前景的太陽能利用方式。太陽能熱發(fā)電主要有槽式、塔式、和碟式。其工作原理都是由聚光器收集太陽能反射到吸熱器，加熱循環(huán)工質(zhì)，再加熱水蒸氣，驅(qū)動氣輪機(jī)發(fā)電，或直接加熱空氣，驅(qū)動斯特林機(jī)發(fā)電。傳統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中槽式和塔式分別有蓄熱裝置(碟式受結(jié)構(gòu)限制沒有蓄熱系統(tǒng))，以保證陰天或夜間系統(tǒng)正常運(yùn)行。但是傳統(tǒng)的太陽能高溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)中蓄熱器與吸熱器相對獨(dú)立，吸熱器中只加熱循環(huán)工質(zhì)，這就使熱能由循環(huán)工質(zhì)從吸熱器傳到蓄熱介質(zhì)，再由蓄熱介質(zhì)傳給加熱工質(zhì)，再驅(qū)動熱機(jī)發(fā)電。所以，傳統(tǒng)的蓄熱器與吸熱器使換熱過程增加，熱量損失增加，系統(tǒng)效率降低；蓄熱器與吸熱器相對獨(dú)立，增加了設(shè)備和管路，成本增加，經(jīng)濟(jì)性下降；整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜化，增加維護(hù)費(fèi)用?？臻g站太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)(SDPSS)中的吸熱/蓄熱器集吸熱和蓄熱功能于一身，它為腔體結(jié)構(gòu)。多根換熱管平行分布在吸熱腔內(nèi)壁，換熱管的兩端通過入口、出口環(huán)形導(dǎo)管連接在一起，在連接到入口、出口總管。換熱管由蓄熱單元套裝在工質(zhì)導(dǎo)管外構(gòu)成。蓄熱單元為一個(gè)個(gè)分離的環(huán)形容器，內(nèi)部充裝蓄熱工質(zhì)。這種吸熱/蓄熱器雖然體積較小，但是由于換熱管內(nèi)的工質(zhì)與環(huán)形容器內(nèi)的蓄熱工質(zhì)之間換熱要通過環(huán)形容器和換熱管兩層管壁，必然導(dǎo)致?lián)Q熱效率降低；加工工藝更為復(fù)雜，成本更高；蓄熱工質(zhì)較少，蓄熱容量很少，無太陽光時(shí)放熱時(shí)間很短。
提高效率，降低成本是目前太陽能高溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵和難點(diǎn)，而吸熱器和蓄熱器在整套系統(tǒng)的作用至關(guān)重要，投資也占很大比例。因此，改進(jìn)吸熱器和蓄熱器的性能和降低成本，就成為降低太陽能高溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)成本和提高效率的關(guān)鍵。而在不減少蓄熱能力的情況下，簡化結(jié)構(gòu)，減少換熱次數(shù)是改進(jìn)吸熱器和蓄熱器的性能和降低成本一種直接有效的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有太陽能高溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)中吸熱器和蓄熱器相對獨(dú)立，換熱次數(shù)多的缺點(diǎn)，提出一種結(jié)構(gòu)簡單、只有一次換熱、熱量損失小、效率高、成本低的吸熱和蓄熱功能為一體的雙工質(zhì)太陽能高溫吸熱/蓄熱器。
本發(fā)明的太陽能高溫吸熱/蓄熱器的特點(diǎn)在于蓄熱工質(zhì)和換熱器同置于吸熱/蓄熱器內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡單，降低成本；蓄熱工質(zhì)和循環(huán)工質(zhì)之間直接一次換熱，熱損失減小，提高效率；蓄熱工質(zhì)起緩沖作用。本發(fā)明的具體方案見附圖1，2，3包括腔體、蓄熱工質(zhì)1、換熱器、吸熱面5和換熱器內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)，蓄熱工質(zhì)1與換熱器同置于腔體內(nèi)，換熱器和腔體間充滿蓄熱工質(zhì)1；蓄熱工質(zhì)1從吸熱面5獲取熱量，儲存能量，同時(shí)將一部分熱量傳給循環(huán)工質(zhì)。
所述的一種雙工質(zhì)太陽能高溫吸熱/蓄熱器，其中的換熱器為單螺旋或雙螺旋的盤管換熱器2，或?yàn)榧永邿峁軗Q熱器3，或?yàn)閁型管換熱器4。
所述的一種雙工質(zhì)太陽能高溫吸熱/蓄熱器，其中的蓄熱工質(zhì)1采用熔點(diǎn)在400℃以上的高溫相變的熔鹽。
所述的一種雙工質(zhì)太陽能高溫吸熱/蓄熱器，其中的循環(huán)工質(zhì)采用空氣、氫氣、氦氣、水蒸氣中的任一種，或?yàn)樗?br> 所述的一種雙工質(zhì)太陽能高溫吸熱/蓄熱器，吸熱/蓄熱器腔體為圓臺或錐形，其端面為涂有高溫吸熱涂層的玻璃吸熱面5，或?yàn)閭?cè)面涂有高溫吸熱涂層的外部受光的圓柱形。
本發(fā)明的雙工質(zhì)吸熱/蓄熱器中的蓄熱工質(zhì)1起了緩沖作用。如果有云短時(shí)間罩住太陽，此吸熱/蓄熱器還可由蓄熱介質(zhì)1加熱循環(huán)介質(zhì)，從而保證了系統(tǒng)的正常工作；將換熱器置于蓄熱工質(zhì)1中，蓄熱工質(zhì)和循環(huán)工質(zhì)間只有一次換熱，減少了熱損失，提高了換熱效率；將蓄熱器和吸熱器融為一體，結(jié)構(gòu)簡單，不僅減少了占用空間，而且提高了經(jīng)濟(jì)性。


圖1圓臺吸熱/蓄熱器剖面圖；圖2圓柱形吸熱/蓄熱器剖面圖；圖3圓錐形吸熱/蓄熱器剖面圖；其中，1、蓄熱工質(zhì)，2、盤管換熱器，3、加肋熱管換熱器，4、U型管換熱器，5、吸熱面，6、入射光線，7、循環(huán)工質(zhì)入口，8、循環(huán)工質(zhì)出口，9、肋片。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖列舉本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例實(shí)施例一本實(shí)施例參見附圖1，圖1為吸熱/蓄熱器外形為圓臺形，換熱器2為螺旋布置的盤管換熱器的示意圖。圓臺形符合聚光器光斑能量密度分布，能高效率的吸收得到的熱量；盤管換熱器2螺旋布置增加管子長度，增大換熱面積，提高換熱效率。吸熱/蓄熱器由涂有高質(zhì)量吸熱涂層的吸熱面5吸收入射光線6的熱量，傳給蓄熱工質(zhì)1，蓄熱工質(zhì)1由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，相變蓄熱；其中蓄熱工質(zhì)1為熔點(diǎn)在400℃以上的高溫相變的熔鹽；同時(shí)蓄熱工質(zhì)1加熱從入口7流入的循環(huán)工質(zhì)，循環(huán)工質(zhì)為高壓空氣，加熱后的循環(huán)工質(zhì)從出口8流出。當(dāng)有云短時(shí)遮住太陽時(shí)，蓄熱工質(zhì)1由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)釋放熱量，加熱循環(huán)工質(zhì)，保證系統(tǒng)的正常工作。
實(shí)施例二
本實(shí)施例參見附圖2，圖2為吸熱/蓄熱器外形為圓柱形，換熱器為加肋片9的加肋熱管換熱器3的示意圖。圓柱形工藝簡單，節(jié)約成本；換熱器加肋片時(shí)增大換熱面積，提高換熱效率。吸熱/蓄熱器由涂有高質(zhì)量吸熱涂層的吸熱面5吸收入射光線6的熱量，傳給蓄熱工質(zhì)1，蓄熱工質(zhì)1由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，相變蓄熱；其中蓄熱工質(zhì)1為熔點(diǎn)在400℃以上的高溫相變的熔鹽；同時(shí)蓄熱工質(zhì)1加熱從入口7流入的循環(huán)工質(zhì)，循環(huán)工質(zhì)為高壓氫氣，加熱后的循環(huán)工質(zhì)從出口8流出。當(dāng)有云短時(shí)遮住太陽時(shí)，蓄熱工質(zhì)1由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)釋放熱量，加熱循環(huán)工質(zhì)，保證系統(tǒng)的正常工作。
實(shí)施例三本實(shí)施例參見附圖3，圖3為吸熱/蓄熱器外形為圓錐形，換熱器為U型管換熱器4的示意圖。圓錐形與聚光器光斑能量密度分布相近，而且工藝簡單，節(jié)約成本；換熱器為U型管，制作方便，工藝簡單，節(jié)約成本。吸熱/蓄熱器由涂有高質(zhì)量吸熱涂層的吸熱面5吸收入射光線6的熱量，傳給蓄熱工質(zhì)1，蓄熱工質(zhì)1由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，相變蓄熱；其中蓄熱工質(zhì)1為熔點(diǎn)在400℃以上的高溫相變的熔鹽；同時(shí)蓄熱工質(zhì)1加熱從入口7流入的循環(huán)工質(zhì)，循環(huán)工質(zhì)為高壓水蒸氣，加熱后的循環(huán)工質(zhì)從出口8流出。當(dāng)有云短時(shí)遮住太陽時(shí)，蓄熱工質(zhì)1由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)釋放熱量，加熱循環(huán)工質(zhì)，保證系統(tǒng)的正常工作。
在具體應(yīng)用時(shí)，圓臺式吸熱/蓄熱器也可采用加肋熱管的換熱器或U型管換熱器配合使用；圓柱式吸熱/蓄熱器也可采用或U型管換熱器配合使用；同樣，圓錐式吸熱/蓄熱器也可采用加肋熱管的換熱器或螺旋管換熱器配合使用；三種形狀的吸熱/蓄熱器還可以與其他形式的換熱器配合使用，不局限于以上三種形式的換熱器；循環(huán)工質(zhì)也可根據(jù)情況互換，或選擇其他工質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種雙工質(zhì)太陽能高溫吸熱/蓄熱器，包括腔體、蓄熱工質(zhì)(1)、換熱器、吸熱面(5)和換熱器內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)，其特征在于蓄熱工質(zhì)(1)和換熱器都置于腔體內(nèi)，換熱器和腔體間充滿蓄熱工質(zhì)(1)；蓄熱工質(zhì)(1)從吸熱面(5)獲取熱量，儲存能量，同時(shí)將一部分熱量傳給循環(huán)工質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙工質(zhì)太陽能高溫吸熱/蓄熱器，其特征在于所述的換熱器為單螺旋或雙螺旋的盤管換熱器(2)，或?yàn)榧永邿峁軗Q熱器(3)，或?yàn)閁型管換熱器(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙工質(zhì)太陽能高溫吸熱/蓄熱器，其特征在于所述的蓄熱工質(zhì)(1)采用熔點(diǎn)在400℃以上的高溫相變的熔鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙工質(zhì)太陽能高溫吸熱/蓄熱器，其特征在于其中的循環(huán)工質(zhì)采用空氣、氫氣、氦氣、水蒸氣中的任一種，或水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙工質(zhì)太陽能高溫吸熱/蓄熱器，其特征在于吸熱/蓄熱器腔體為圓臺或錐形，其端面為涂有高溫吸熱涂層的玻璃吸熱面(5)，或?yàn)閭?cè)面涂有高溫吸熱涂層的外部受光的圓柱形。
全文摘要
一種雙工質(zhì)太陽能高溫吸熱/蓄熱器屬于太陽能高溫?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域。它包括腔體、換熱器、吸熱面和換熱器內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)，其特征在于還包括蓄熱工質(zhì)；蓄熱工質(zhì)和換熱器同置于殼體內(nèi)，換熱器和殼體間充滿蓄熱工質(zhì)；蓄熱工質(zhì)從吸熱面獲取熱量，儲存能量，同時(shí)將一部分熱量傳給循環(huán)工質(zhì)。換熱器為單螺旋或雙螺旋的金屬盤管，或?yàn)榧永邿峁軗Q熱器，或?yàn)閁型換熱器。蓄熱工質(zhì)采用高溫相變的熔鹽。循環(huán)工質(zhì)采用空氣等氣體工質(zhì)，或水。吸熱/蓄熱器為圓臺或錐形，端面為涂有高溫吸熱涂層的吸熱面，或?yàn)閭?cè)面涂有高溫吸熱涂層的外部受光的圓柱形。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可降低成本，熱損失小，熱效率得到提高。
文檔編號F24J2/34GK1776322SQ20051012761
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者馬重芳, 吳玉庭, 張麗娜 申請人:北京工業(yè)大學(xué)