一種相變蓄熱裝置、應(yīng)用該裝置的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)及運(yùn)行方式的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種相變溫度梯度蓄熱裝置及采用了該種相變溫度梯度蓄熱裝置的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)及運(yùn)行方式，提供一種蓄熱特性好、熱可用率高的蓄熱裝置并應(yīng)用于太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)。蓄熱裝置采用相互串聯(lián)的若干獨(dú)立蓄熱單元實(shí)現(xiàn)有溫度梯度的蓄熱，并在蓄熱過(guò)程中利用蓄熱介質(zhì)的潛熱，提高了蓄熱效果和熱利用率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以根據(jù)需求靈活調(diào)節(jié)蓄熱單元。本發(fā)明還將上述蓄熱裝置應(yīng)用到太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)，充分利用了蓄熱介質(zhì)的潛熱和顯熱蓄熱能力，降低了蓄熱介質(zhì)的需求量，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，提高了太陽(yáng)能熱可用率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種相變蓄熱裝置、應(yīng)用該裝置的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)及運(yùn)行方式

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱交換設(shè)備，尤其涉及一種相變溫度梯度蓄熱裝置及采用了該種相變溫度梯度蓄熱裝置的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)以及該系統(tǒng)的運(yùn)行方式。
技術(shù)背景
[0002]在眾多新能源中，太陽(yáng)能因具有儲(chǔ)量近乎無(wú)限、分布廣泛、能源清潔等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而日益受到世界各國(guó)的關(guān)注。但是，太陽(yáng)能能量密度較低，且受季節(jié)、氣候、地理環(huán)境及晝夜交替等多種因素的影響，具有較強(qiáng)的隨機(jī)性、間歇性和不穩(wěn)定性。因此，太陽(yáng)能的利用一般需要進(jìn)行蓄熱，將不穩(wěn)定的能源經(jīng)過(guò)蓄熱再穩(wěn)定釋放進(jìn)行利用，通過(guò)太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)把太陽(yáng)熱能變成一種可長(zhǎng)期儲(chǔ)存、可持續(xù)穩(wěn)定供給的熱能。
[0003]太陽(yáng)能蓄熱技術(shù)主要有以下六項(xiàng)核心要求:①高的蓄熱密度高的蓄熱效率；③恒溫放熱；④高的熱量可用率(Exergy);⑤較小熱脹冷縮量；⑥蓄熱裝置簡(jiǎn)單，容易制造、運(yùn)行維護(hù)、檢修。
[0004]目前太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)中常用的蓄熱裝置是傳統(tǒng)的蓄熱罐——一種沒(méi)有溫度梯度的顯熱蓄熱裝置，這種蓄熱裝置的蓄熱方式是利用熔鹽的顯熱蓄熱，如圖5所示，利用熔鹽顯熱蓄熱的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)工作原理如下:冷鹽罐中存有低溫的液態(tài)熔鹽，低溫熔鹽經(jīng)過(guò)冷鹽泵加壓輸送到太陽(yáng)能熔鹽加熱器，經(jīng)過(guò)加熱后的熔鹽存儲(chǔ)在熱鹽罐中；高溫熔鹽經(jīng)過(guò)泵加壓輸送到蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，加熱給水，產(chǎn)生的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)工作，而釋放完熱量的低溫液態(tài)熔鹽則回到低溫熔鹽罐中，就此完成了熔鹽吸熱-放熱的全過(guò)程。
[0005]這種傳統(tǒng)的蓄熱裝置有以下缺點(diǎn):
1)因?yàn)槿埯}既是蓄熱介質(zhì)也是傳熱介質(zhì)，而傳熱介質(zhì)只能是液體，故不能利用熔鹽的固液相變潛熱來(lái)蓄熱，而只能利用熔鹽的顯熱來(lái)蓄熱，因此使得蓄熱密度不夠大，即不能滿足蓄熱技術(shù)的①項(xiàng)要求；
2)因?yàn)樾顭崦芏炔粔虼?，?dǎo)致總的熔鹽耗量較大，從而使蓄熱罐設(shè)備龐大，因此不能滿足蓄熱技術(shù)的⑤⑥項(xiàng)要求。
[0006]因采用這種顯熱蓄熱裝置的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)有以下缺點(diǎn):
1)熔鹽相關(guān)輔助設(shè)備較多。熔鹽罐、熔鹽換熱器、熔鹽泵等設(shè)備制造難度大，提高了制造成本、運(yùn)行成本、工程成本。
[0007]2)對(duì)配件要求高。熔鹽的特性導(dǎo)致需要采用特殊的儀器、儀表、閥門(mén)等。
[0008]3)系統(tǒng)安全性較低。整個(gè)系統(tǒng)中熔鹽不允許凝固，為了保證熔鹽不凝固又需要增添一些輔助設(shè)備和輔助系統(tǒng)，提高了控制難度。
[0009]因此，人們又相繼研發(fā)出三種目前較先進(jìn)的蓄熱裝置:1)沒(méi)有溫度梯度的潛熱蓄熱裝置，它在①②③⑤⑥項(xiàng)有優(yōu)勢(shì)，但在④項(xiàng)上劣勢(shì)明顯；2)有溫度梯度的顯熱蓄熱裝置，它在③④項(xiàng)有優(yōu)勢(shì)，但在①②⑤⑥項(xiàng)上劣勢(shì)明顯；3)有溫度梯度的潛熱蓄熱裝置，它在①②③④項(xiàng)有優(yōu)勢(shì)，但在⑤⑥項(xiàng)上劣勢(shì)明顯。因此，上述三種目前較先進(jìn)的蓄熱裝置還不能同時(shí)兼顧蓄熱技術(shù)的六項(xiàng)核心要求，因此很難利用它們來(lái)改造傳統(tǒng)的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有蓄熱裝置及太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的上述缺陷，提出一種高蓄熱密度、高蓄熱效率、恒溫放熱、高熱量可用率(Exergy)，又只有較小熱脹冷縮量、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造的相變溫度梯度蓄熱裝置。同時(shí)也提出了一種利用上述蓄熱裝置的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)及其運(yùn)行方式，把傳統(tǒng)的利用熔鹽顯熱蓄熱的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)改造成新型的利用蓄熱介質(zhì)潛熱蓄熱的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)，從而顯著降低了了太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)行成本，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和安全性。
[0011]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種相變蓄熱裝置，包括若干串聯(lián)的蓄熱單元，所述蓄熱單元包括蓄熱箱及穿過(guò)蓄熱箱的換熱基管，蓄熱箱內(nèi)裝有可固液相變的蓄熱介質(zhì)，換熱基管內(nèi)流通有傳熱介質(zhì)，所述相鄰蓄熱單元的換熱基管的進(jìn)出口首尾串聯(lián)。每個(gè)蓄熱單元均作為獨(dú)立的個(gè)體相互串聯(lián)，可以根據(jù)實(shí)際蓄熱需求進(jìn)行增減蓄熱單元的數(shù)量。蓄熱箱內(nèi)的上部具有滿足蓄熱介質(zhì)熱脹冷縮需求的空間。蓄熱時(shí)，各蓄熱單元按串聯(lián)順序依次蓄熱，即傳熱介質(zhì)在第一個(gè)蓄熱單元經(jīng)過(guò)高效的熱交換，將熱量轉(zhuǎn)移至第一個(gè)蓄熱單元的蓄熱介質(zhì)中，而傳熱介質(zhì)在到達(dá)第一個(gè)蓄熱單元的換熱基管出口時(shí)熱量完成交換，基本不給后續(xù)蓄熱單元蓄熱。而當(dāng)?shù)谝粋€(gè)蓄熱單元蓄熱介質(zhì)溫度上升、蓄熱能力不足時(shí)，傳熱介質(zhì)進(jìn)入第二蓄熱單元時(shí)尚有殘余熱量，此時(shí)第一蓄熱單元繼續(xù)蓄熱直至達(dá)到蓄熱上限，而第二蓄熱單元蓄熱開(kāi)始。當(dāng)?shù)谝恍顭釂卧_(dá)到蓄熱上限傳，熱介質(zhì)在第一個(gè)蓄熱單元不發(fā)生熱交換，繼而給下一個(gè)蓄熱單元蓄熱。按照上述過(guò)程，串聯(lián)的各蓄熱單元依次蓄熱。采用上述梯度蓄熱，使熱量依次集中蓄熱到部分蓄熱介質(zhì)中，而不是平分到所有蓄熱介質(zhì)中蓄熱。反之，在逆向放熱時(shí)，也是將部分蓄熱介質(zhì)中熱量先釋放，能使傳熱介質(zhì)持續(xù)獲得更高的溫度，從而獲得更高的熱量可用率。因此理論上設(shè)置更多的蓄熱單元有利于提高熱量可用率。本裝置各蓄熱單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相互之間的串聯(lián)結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際需求增減蓄熱單元，靈活可變，維護(hù)方便，大大降低了相變蓄熱裝置的成本。作為優(yōu)選，蓄熱介質(zhì)為熔鹽。
[0012]作為優(yōu)選，所述蓄熱單元具有多根并行換熱基管，相鄰蓄熱單元的換熱基管進(jìn)出口之間通過(guò)中間聯(lián)箱轉(zhuǎn)接串聯(lián)。中間聯(lián)箱起分流和匯集的作用，使傳熱介質(zhì)的溫度更均勻。因此當(dāng)蓄熱箱內(nèi)為單根換熱基管，不需要混流時(shí)，可不設(shè)置中間聯(lián)箱結(jié)構(gòu)。
[0013]作為優(yōu)選，兩端蓄熱單元的換熱基管端部連接有進(jìn)出口聯(lián)箱。進(jìn)出口聯(lián)箱跟中間聯(lián)箱作用類(lèi)似，起分流和匯集作用。因此當(dāng)蓄熱箱內(nèi)為單根換熱基管時(shí)，可不設(shè)置進(jìn)出口聯(lián)箱結(jié)構(gòu)。
[0014]作為優(yōu)選，所述換熱基管的進(jìn)出口設(shè)于蓄熱箱箱壁的上部，換熱基管的中段位于蓄熱箱底部并在管壁外設(shè)有換熱翅片，換熱基管的進(jìn)出口與中段之間通過(guò)彎管轉(zhuǎn)接。中段換熱基管可用無(wú)縫鋼管作為換熱基管，再在換熱基管外套焊螺旋翅片組成，增加螺旋翅片是為了增加換熱面積，提高換熱效率。中段換熱基管在箱內(nèi)部分是直接放置在箱底而沒(méi)入蓄熱介質(zhì)里的，這種接觸而不固定的連接關(guān)系，主要是為了讓箱底承受換熱基管的重量，但又不讓鋼材的熱脹冷縮破壞箱底和換熱基管。換熱基管的形狀可以是直管也可以是蛇形管，數(shù)量可以是一根也可以是多根，換熱基管之間是水平緊密排列的。換熱基管進(jìn)出口采用彎管與中段連接，使進(jìn)出口設(shè)置在蓄熱箱箱壁較高位置，進(jìn)出口管道底側(cè)高于換熱翅片頂部10mm以上，防止蓄熱介質(zhì)溢出。
[0015]作為優(yōu)選，所述換熱翅片承重架設(shè)于蓄熱箱箱底，所述蓄熱箱箱壁上緣向下開(kāi)設(shè)供換熱基管進(jìn)出口穿過(guò)的u形槽。U形槽高于換熱翅片頂部10mm以上，防止蓄熱介質(zhì)溢出。換熱基管的彎管與箱壁U形槽之間是不固定的連接關(guān)系，主要是為了不讓換熱基管的熱脹冷縮破壞箱壁和換熱基管。
[0016]作為優(yōu)選，蓄熱箱頂部采用可翻蓋的蓋板封閉。
[0017]作為優(yōu)選，所述相變蓄熱裝置具有至少三個(gè)相互串聯(lián)的蓄熱單元。由若干個(gè)相互隔熱的蓄熱箱通過(guò)中間聯(lián)箱串聯(lián)固定連接起來(lái)，多個(gè)蓄熱箱是串聯(lián)而不是并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，是為了蓄熱裝置在蓄熱或放熱時(shí)使每個(gè)蓄熱箱中的溫度不一樣，而能按串聯(lián)順序依次形成溫度梯度。這樣因多個(gè)蓄熱箱串聯(lián)而形成的具有溫度梯度的蓄熱裝置，就保證了在放熱時(shí)傳熱介質(zhì)能以較高的溫度(注:這個(gè)溫度越接近蓄熱時(shí)傳熱介質(zhì)進(jìn)來(lái)時(shí)的溫度，說(shuō)明蓄熱裝置的熱量可用率(Exergy)越高)從蓄熱裝置里出來(lái)，從而提高了傳熱介質(zhì)的熱品質(zhì)，即提高了熱量可用率(Exergy)。并且，蓄熱裝置中串聯(lián)的蓄熱箱數(shù)量越多，其熱量可用率(Exergy)就越高，放熱溫度就越穩(wěn)定，所以蓄熱裝置中串聯(lián)的蓄熱箱數(shù)量可以是3個(gè)或3個(gè)以上。
[0018]作為優(yōu)選，各蓄熱單元之間采用可拆換連接?？梢愿鶕?jù)熱能利用系統(tǒng)的蓄熱要求靈活變換蓄熱單元的串聯(lián)數(shù)量。
[0019]作為優(yōu)選，各蓄熱單元具有相互隔熱的保溫層。保證各蓄熱單元獨(dú)立蓄熱，形成溫度梯度，提高熱量可用率(Exergy)。
[0020]本發(fā)明蓄熱裝置的優(yōu)點(diǎn)在于:1、選用能產(chǎn)生溫度梯度的串聯(lián)蓄熱結(jié)構(gòu)以提高熱量可用率(Exergy)并保證恒溫放熱；2、采用可動(dòng)的非固定連接方式或預(yù)留空間來(lái)防止熱脹冷縮破壞蓄熱裝置；3、在保證采用有溫度梯度的潛熱蓄熱方法的前提下，采用常規(guī)簡(jiǎn)單容易制造的結(jié)構(gòu)，降低了蓄熱裝置的成本；4、各蓄熱單元相對(duì)獨(dú)立，相互串聯(lián)，可靈活增減調(diào)節(jié)蓄熱單元數(shù)量滿足不同蓄熱需求。
[0021]一種采用了上述相變蓄熱裝置的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)，包括回水箱，回水箱通過(guò)回水循環(huán)泵連接汽包，汽包出水口經(jīng)強(qiáng)制循環(huán)泵連接太陽(yáng)能蒸發(fā)加熱器、并回流至汽包形成蒸發(fā)循環(huán)，汽包出汽口連接太陽(yáng)能過(guò)熱加熱器繼而連接至相變蓄熱裝置蓄熱進(jìn)口，相變蓄熱裝置蓄熱出口連接回水箱，所述相變蓄熱裝置至少并聯(lián)設(shè)置兩個(gè)；相變蓄熱裝置蓄熱出口還作為放熱進(jìn)口連接有給水管，相變蓄熱裝置蓄熱進(jìn)口還作為放熱出口連接有出汽管；所述相變蓄熱裝置蓄熱進(jìn)口和蓄熱出口處設(shè)有切換蓄熱-放熱的閥門(mén)。汽包中的水利用輸水管道經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能蒸發(fā)加熱器加熱，產(chǎn)生的汽水混合物再回到汽包，汽包出汽進(jìn)入太陽(yáng)能過(guò)熱加熱器進(jìn)一步加熱形成高溫蒸汽進(jìn)入相變蓄熱裝置，蓄熱完成后重新變?yōu)橐合嗷亓髦粱厮?，整個(gè)系統(tǒng)利用水的液-汽相變潛熱傳遞更多熱量，再利用相變蓄熱裝置的固-液相變蓄熱，大大提高了太陽(yáng)能熱利用效率。隨著光照強(qiáng)度的不同，調(diào)節(jié)流量，使得循環(huán)倍率保持相對(duì)穩(wěn)定，保證太陽(yáng)能蒸發(fā)加熱器的安全運(yùn)行。根據(jù)蓄熱裝置蒸汽進(jìn)口母管的參數(shù)要求及光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)汽包出汽量，并同時(shí)隨著汽包液位、壓力的變化，調(diào)節(jié)進(jìn)水量。系統(tǒng)至少包括兩個(gè)蓄熱裝置，汽包中的蒸汽到蓄熱裝置，放熱后形成凝結(jié)水到回水箱。當(dāng)其中一個(gè)蓄熱裝置儲(chǔ)熱完畢，則切換到另一蓄熱裝置進(jìn)行儲(chǔ)熱。此時(shí)，可以根據(jù)需要對(duì)儲(chǔ)熱完畢的蓄熱裝置進(jìn)行熱利用，給水管將經(jīng)過(guò)水處理的軟水輸送到儲(chǔ)熱完畢的蓄熱裝置，加熱后即可得到需要的蒸汽從出汽口送出。每個(gè)蓄熱裝置在蓄熱和放熱這兩個(gè)狀態(tài)間切換運(yùn)行。多個(gè)蓄熱裝置可以交替進(jìn)行蓄熱和放熱，保證熱能的持續(xù)供應(yīng)。
[0022]一種太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的運(yùn)行方式，蓄熱過(guò)程為:汽包中的水經(jīng)過(guò)強(qiáng)制循環(huán)泵進(jìn)入太陽(yáng)能蒸發(fā)加熱器，產(chǎn)生的汽水混合物再回到汽包，汽包出汽進(jìn)入太陽(yáng)能過(guò)熱加熱器進(jìn)一步加熱后送到其中一個(gè)蓄熱裝置，熱交換后形成凝結(jié)水到回水箱，當(dāng)一個(gè)蓄熱裝置儲(chǔ)熱完畢，則切換到另外的蓄熱裝置進(jìn)行儲(chǔ)熱，根據(jù)回水箱的液位、壓力以及汽包液位、壓力的情況控制回水循環(huán)泵的循環(huán)水量給汽包補(bǔ)充循環(huán)水；放熱過(guò)程為:給水管將經(jīng)過(guò)水處理的軟水輸送到儲(chǔ)熱完畢的蓄熱裝置，在蓄熱裝置中完成蒸發(fā)、過(guò)熱的全過(guò)程，從出汽管獲得需求參數(shù)的蒸汽。
[0023]本發(fā)明太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于:1、熱量可用率(Exergy)高，較少的換熱次數(shù)，且采用溫度梯度蓄熱的方式，使得全系統(tǒng)的熱量可用率(Exergy)損失較小。2、減少了預(yù)熱器、蒸發(fā)器、過(guò)熱器等中間熱交換設(shè)備，因此減少了熱損失和成本，同時(shí)降低了泵、閥門(mén)和管道的設(shè)計(jì)要求，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3、因?yàn)槿埯}不再作為傳熱介質(zhì)而只作為蓄熱介質(zhì)，故熔鹽不再需要流動(dòng)，解決了熔鹽長(zhǎng)距離輸送易凝固的問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用的可能性。4、利用蓄熱介質(zhì)的相變潛熱進(jìn)行蓄熱，相對(duì)原本只利用液態(tài)熔鹽顯熱蓄熱的系統(tǒng)，該系統(tǒng)不但可以利用相變潛熱，還可以利用固態(tài)、液態(tài)蓄熱介質(zhì)的顯熱，拓寬了蓄熱的溫度范圍，提高了蓄熱介質(zhì)的蓄熱密度，大幅減少了需要的蓄熱介質(zhì)的量。5、利用水代替熔鹽作為傳熱介質(zhì)，也減少了需要的蓄熱介質(zhì)的量，利用水的相變提高了傳熱能力。6、蓄熱裝置非現(xiàn)場(chǎng)制造，降低了現(xiàn)場(chǎng)施工的難度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明一種蓄熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明圖1結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0026]圖3是本發(fā)明單一蓄熱單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4是本發(fā)明圖3的側(cè)視圖。
[0028]圖5是本發(fā)明【背景技術(shù)】中提到的熔鹽顯熱蓄熱的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)示意圖。
[0029]圖6是本發(fā)明利用熔鹽潛熱蓄熱的一種太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)示意圖。
[0030]圖中:1 一汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口管，2—汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱，3—第一蓄熱單元，4一中間聯(lián)箱，5—第二蓄熱單元，6—蓄熱箱，7—第三蓄熱單元，8—液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱，9一液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口管，10—保溫層，11 一換熱基管，12—換熱翅片，13—箱底，14一箱壁，15一箱蓋，16一冷鹽--!，17一冷鹽栗，18一太陽(yáng)能溶鹽加熱器，19一熱鹽--!，20一熱鹽泵，21—過(guò)熱器，22——汽包，23——蒸發(fā)器，24—預(yù)熱器，25—回水箱，26—回水循環(huán)泵，27—汽包，28—強(qiáng)制循環(huán)泵，29—太陽(yáng)能蒸發(fā)加熱器，30—太陽(yáng)能過(guò)熱加熱器，31—蓄熱裝置A，32—蓄熱裝置B，33—給水管，34—出汽管。

【具體實(shí)施方式】
[0031]下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032]實(shí)施例1:一種相變蓄熱裝置，如圖1、圖2所示。本裝置采用水作為傳熱介質(zhì)，采用熔鹽作為蓄熱介質(zhì)。本裝置包括依次串聯(lián)的汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口管1、汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱2、第一蓄熱單元3、中間聯(lián)箱4，第二蓄熱單元5、中間聯(lián)箱4，第三蓄熱單元7、液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱8，液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口管9 ;整個(gè)蓄熱裝置外包裹保溫層10且各蓄熱單元的保溫層相互獨(dú)立進(jìn)行熱隔離。單個(gè)蓄熱單元包括蓄熱箱6和穿過(guò)蓄熱箱的三根并行的換熱基管11，三根換熱基管的進(jìn)出口均架設(shè)在蓄熱箱的兩側(cè)壁上并伸出箱體外與汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱2、中間聯(lián)箱4或液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱8串聯(lián)，并固定連接。汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱2、中間聯(lián)箱4及液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱8起分流和匯集的作用，并使傳熱介質(zhì)的溫度更均勻。保溫層10包裹著整個(gè)蓄熱裝置起保溫隔熱作用，保溫層10材料可以是巖棉、硅酸鋁棉或玻璃棉等。
[0033]汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱2 —側(cè)開(kāi)一個(gè)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口接口孔，使之與汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口管1固定連接；另一側(cè)開(kāi)一排孔，使之與蓄熱箱6中外伸的換熱基管11固定連接，開(kāi)排孔數(shù)量由與之相焊的換熱基管11數(shù)量決定。中間聯(lián)箱4兩側(cè)分別與對(duì)應(yīng)的蓄熱箱6中外伸的換熱基管11固定連接。液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱8與汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱2采用相同連接結(jié)構(gòu)與液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口管9連接。
[0034]如圖3、圖4所示，單個(gè)蓄熱單元包括蓄熱箱6和三根并行的換熱基管11。換熱基管11的中段管壁上設(shè)有螺旋環(huán)繞的換熱翅片12，換熱翅片12套焊在換熱管11外面形成翅片管。蓄熱箱6包括箱底13、箱壁14、箱蓋15三部分組成，箱底13和箱壁14直接焊接成箱體，作為盛裝熔鹽的容器，而箱蓋15為可打開(kāi)翻蓋結(jié)構(gòu)。
[0035]蓄熱介質(zhì)是直接裝在蓄熱箱6內(nèi)與翅片管之間的間隙空間里的，高度剛好沒(méi)過(guò)翅片管的換熱翅片12、且蓄熱介質(zhì)在蓄熱箱6內(nèi)是不流動(dòng)；傳熱介質(zhì)在換熱基管11里流動(dòng)。
[0036]翅片管可用無(wú)縫鋼管作為換熱基管11，再在換熱基管11外套焊螺旋的換熱翅片12組成，可用0)2氣體保護(hù)焊把換熱基管11與換熱翅片12焊牢成翅片管；增加螺旋翅片12是為了增加換熱面積，提高換熱效率。翅片管部分在箱內(nèi)是直接放置在箱底13而沒(méi)入蓄熱介質(zhì)里的，這種接觸而不固定的連接關(guān)系，主要是為了讓箱底13承受翅片管的重量，但又不讓鋼材的熱脹冷縮破壞箱底13和翅片管。具體的翅片管尺寸規(guī)格可為:換熱基管11長(zhǎng)2?12m、換熱基管11直徑DN10?150，換熱翅片12螺距3?15mm、高度5?40mm。
[0037]如圖4所不，換熱基管11與箱壁14的連接關(guān)系是:換熱基管11的兩端進(jìn)出口彎成S型，再在箱壁14的上端對(duì)應(yīng)換熱機(jī)關(guān)數(shù)量開(kāi)有一排U型槽，U型槽的底部應(yīng)當(dāng)高于螺旋翅片12上部約10mm以防止熔鹽溢出到箱外，這樣在組裝時(shí)就可以方便的直接把換熱基管11進(jìn)出口卡放在箱壁14的U型槽上，同時(shí)換熱基管11也可以自由通過(guò)箱壁14，不讓鋼材的熱脹冷縮破壞箱壁14和換熱基管11。箱蓋15直接蓋在箱壁14上而讓箱壁14來(lái)承受箱蓋15的重量，箱蓋15四周邊緣焊接有扣條能更好的蓋在箱壁14上，箱壁14和箱蓋扣條之間留有一定的間隙給箱體熱脹冷縮留出空間。
[0038]蓄熱裝置的工作過(guò)程分蓄熱和放熱。由于工作過(guò)程與傳熱介質(zhì)、蓄熱介質(zhì)的物性有關(guān)，首先要確定傳熱介質(zhì)及蓄熱介質(zhì)的參數(shù)。放熱過(guò)程出汽參數(shù)為8.83MPa、535°C的過(guò)熱蒸汽，放熱過(guò)程的給水溫度為180°C。選定蓄熱過(guò)程進(jìn)口參數(shù)為llMPa、560°C的過(guò)熱蒸汽。蓄熱介質(zhì)為熔鹽(主要成分為硝酸鈉)，熔點(diǎn)為308°C。
[0039]為了說(shuō)明方便，假定熔鹽的初始溫度為180°C。蓄熱過(guò)程中，llMPa，560°C的水蒸汽開(kāi)始時(shí)出口為略高于180°C的熱水，到熔鹽全部熔化后，或者剩余的熔鹽已經(jīng)無(wú)法吸收蒸汽的凝結(jié)熱時(shí)，出口出現(xiàn)濕蒸汽，此時(shí)標(biāo)志著蓄熱過(guò)程結(jié)束。同樣，用180°C熱水反向取熱出來(lái)的蒸汽可以達(dá)到略低于560°C高溫的水蒸汽，而熔鹽的溫度變化區(qū)間為從180°C到略低于560°C。具體過(guò)程如下:
1、蓄熱:
①蓄熱第一階段:汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱2內(nèi)通入llMPa、560°C過(guò)熱蒸汽，第一蓄熱單元3殼側(cè)180°C固態(tài)熔鹽吸熱變成略低于560°C的液態(tài)熔鹽，當(dāng)?shù)谝恍顭釂卧?蓄熱能力足夠時(shí)，第一蓄熱單元3管側(cè)560°C過(guò)熱蒸汽放熱變成略高于180°C的熱水后流入中間聯(lián)箱，再經(jīng)第二蓄熱單元5管側(cè)、中間聯(lián)箱、第三蓄熱單元7管側(cè)、液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱8流出，第二蓄熱單元5和第三蓄熱單元7沒(méi)有發(fā)生蓄熱行為。
[0040]②蓄熱第二階段:汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱2內(nèi)通入llMPa、560°C過(guò)熱蒸汽，當(dāng)?shù)谝恍顭釂卧?蓄熱能力不夠時(shí)，經(jīng)第一蓄熱單元3管側(cè)、中間聯(lián)箱4進(jìn)入第二蓄熱單元5，第二蓄熱單元5殼側(cè)180°C固態(tài)熔鹽吸熱，溫度升高，同時(shí)第二蓄熱單元5管側(cè)560°C過(guò)熱蒸汽放熱變成略高于180°C的熱水后流入中間聯(lián)箱，再經(jīng)第三蓄熱單元7管側(cè)、液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱8流出。第一蓄熱單元3蓄熱量逐漸達(dá)到上限，失去蓄熱能力；第三蓄熱單元7沒(méi)有發(fā)生蓄熱行為。
[0041]③蓄熱第三階段:汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱2內(nèi)通入llMPa、560°C過(guò)熱蒸汽，再經(jīng)第一蓄熱單元3管側(cè)、中間聯(lián)箱中間聯(lián)箱進(jìn)入第二蓄熱單元5，第二蓄熱單元5殼側(cè)熔鹽吸熱變成略低于560°C的液態(tài)熔鹽，當(dāng)?shù)诙顭釂卧?蓄熱能力足夠時(shí)，第二蓄熱單元5管側(cè)560°C過(guò)熱蒸汽放熱變成略高于180°C的熱水后流入中間聯(lián)箱，再經(jīng)第三蓄熱單元7管側(cè)、液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱8流出。第一蓄熱單元3和第三蓄熱單元7沒(méi)有發(fā)生蓄熱行為。
[0042]④蓄熱結(jié)束:按①-③的順序蓄熱單元逐個(gè)蓄熱，當(dāng)經(jīng)液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱8流出的熱水開(kāi)始明顯大于180°C，且熱水溫度越來(lái)越高，最終達(dá)到250.4°C的濕蒸汽時(shí)，標(biāo)志整個(gè)蓄熱裝置蓄熱完畢。
[0043]2、放熱:
①放熱第一階段:蓄熱裝置放熱，液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱8內(nèi)通入180°C熱水，第三蓄熱單元7殼側(cè)略低于560°C的液態(tài)熔鹽放熱變成略高于180°C的固態(tài)熔鹽，當(dāng)?shù)谌顭釂卧?放熱能力足夠時(shí)，第三蓄熱單元7管側(cè)180°C熱水吸熱變成略低于560°C的過(guò)熱蒸汽后流入中間聯(lián)箱，再經(jīng)第二蓄熱單元5管側(cè)、中間聯(lián)箱、第一蓄熱單元2管側(cè)、汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱2流出，第一蓄熱單元3和第二蓄熱單元5沒(méi)有發(fā)生放熱行為。
[0044]②放熱第二階段:液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱8內(nèi)通入180°C熱水，當(dāng)?shù)谌顭釂卧?放熱能力不夠時(shí)，經(jīng)第三蓄熱單元7管側(cè)、中間聯(lián)箱進(jìn)入第二蓄熱單元5，第二蓄熱單元5殼側(cè)略低于560°C的液態(tài)熔鹽放熱，溫度降低，同時(shí)第二蓄熱單元5管側(cè)180°C熱水吸熱變成略低于560°C過(guò)熱蒸汽后流入中間聯(lián)箱，再經(jīng)第一蓄熱單元5管側(cè)、汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱2流出，第三蓄熱單元7放熱量逐漸達(dá)到上限，失去放熱能力；第一蓄熱單元3沒(méi)有發(fā)生放熱行為。
[0045]③放熱第三階段:液態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱8內(nèi)通入180°C熱水，再經(jīng)第三蓄熱單元7管側(cè)、中間聯(lián)箱進(jìn)入第二蓄熱單元5，第二蓄熱單元5殼側(cè)熔鹽放熱變成略高于180°C固態(tài)熔鹽，當(dāng)?shù)诙顭釂卧?放熱能力足夠時(shí)，第二蓄熱單元5管側(cè)180°C熱水吸熱變成略低于560°C的過(guò)熱蒸汽后流入中間聯(lián)箱，再經(jīng)第一蓄熱單元5管側(cè)、汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱2流出，第一蓄熱單元3和第三蓄熱單元7沒(méi)有發(fā)生放熱行為。
[0046]④放熱結(jié)束:按①-③的順序蓄熱單元逐個(gè)放熱，當(dāng)經(jīng)汽態(tài)傳熱介質(zhì)進(jìn)出口聯(lián)箱2流出的蒸汽開(kāi)始小于560°C，且蒸汽溫度越來(lái)越低，最終達(dá)到212°C的濕蒸汽時(shí)，標(biāo)志整個(gè)蓄熱裝置放熱完畢。
[0047]實(shí)施例2: —種利用實(shí)施例1中所提到蓄熱裝置的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)，如圖6所示。本裝置包括回水箱25，回水箱通過(guò)回水循環(huán)泵26連接汽包27，汽包出水口連接輸水管道、輸水管道通過(guò)強(qiáng)制循環(huán)泵28經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能蒸發(fā)加熱器29回流至汽包形成蒸發(fā)循環(huán)，汽包出汽口連接輸汽管道，輸汽管道經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能過(guò)熱加熱器30連接至蓄熱裝置蓄熱進(jìn)口，相變蓄熱裝置蓄熱出口連接回水箱；相變蓄熱裝置蓄熱出口還作為放熱進(jìn)口連接有給水管33，相變蓄熱裝置蓄熱進(jìn)口還作為放熱出口連接有出汽管34;所述相變蓄熱裝置蓄熱進(jìn)口和蓄熱出口處設(shè)有切換蓄熱-放熱的閥門(mén)。系統(tǒng)具有相互并聯(lián)的蓄熱裝置A31和蓄熱裝置B32。
[0048]其運(yùn)行過(guò)程如下:汽包27中的水經(jīng)過(guò)強(qiáng)制循環(huán)泵28進(jìn)入太陽(yáng)能蒸發(fā)加熱器29，產(chǎn)生的汽水混合物再回到汽包27，汽包27出汽進(jìn)入太陽(yáng)能過(guò)熱加熱器30。隨著光照強(qiáng)度的不同，調(diào)節(jié)強(qiáng)制循環(huán)泵28的功率來(lái)調(diào)節(jié)流量，使得循環(huán)倍率保持相對(duì)穩(wěn)定，并保證太陽(yáng)能蒸發(fā)加熱器29的安全運(yùn)行。根據(jù)蓄熱裝置蒸汽進(jìn)口母管的參數(shù)要求及光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)汽包27出汽量，使得太陽(yáng)能過(guò)熱加熱器30出汽參數(shù)達(dá)到要求。同時(shí)隨著汽包27液位、壓力的變化，調(diào)節(jié)給水量以及循環(huán)回水量；系統(tǒng)包括并聯(lián)的蓄熱裝置A和蓄熱裝置B。汽包中的蒸汽輸送到蓄熱裝置A，放熱后形成凝結(jié)水到回水箱25，蓄熱裝置的具體工作過(guò)程如實(shí)施例1中所述，當(dāng)蓄熱裝置A儲(chǔ)熱完畢，則切換到蓄熱裝置B進(jìn)行儲(chǔ)熱，反之亦然。根據(jù)回水箱25的液位、壓力以及汽包液位、壓力的情況控制回水循環(huán)泵26的循環(huán)水量給汽包補(bǔ)充循環(huán)水。
[0049]系統(tǒng)運(yùn)行中，可以根據(jù)需要進(jìn)行熱利用。給水加熱出汽采用直流加熱，即中間無(wú)汽包，給水管33將經(jīng)過(guò)水處理的軟水輸送到儲(chǔ)熱完畢的蓄熱裝置，在蓄熱裝置中完成蒸發(fā)、過(guò)熱的全過(guò)程，具體過(guò)程如實(shí)施例1所述。出汽管34可獲得需求參數(shù)的蒸汽。
[0050]每個(gè)蓄熱裝置在蓄熱和放熱這兩個(gè)狀態(tài)間切換運(yùn)行，一個(gè)蓄熱裝置蓄熱時(shí)另一個(gè)蓄熱裝置可切換放熱。同時(shí)由于蓄熱裝置具有恒溫放熱的特點(diǎn)，因此蓄熱完成并不是放熱的必要條件，即假設(shè)蓄熱只有70%，依然可以進(jìn)行放熱。在蓄熱裝置較少時(shí)可以進(jìn)行多次切換以滿足蓄熱、放熱要求。
[0051]在蓄熱裝置冷啟動(dòng)時(shí)，需要預(yù)熱，預(yù)熱過(guò)程與運(yùn)行過(guò)程幾乎一致，但不采用汽包中的蒸汽加熱，而是采用汽包中的水，此時(shí)，為了保證汽包中不產(chǎn)生蒸汽，強(qiáng)制循環(huán)泵28需要加大流量。但在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，由于初始太陽(yáng)能強(qiáng)度一般都不太大，因此正好符合蓄熱裝置的預(yù)熱要求。
【權(quán)利要求】
1.一種相變蓄熱裝置，其特征在于:包括若干串聯(lián)的蓄熱單元，所述蓄熱單元包括蓄熱箱及穿過(guò)蓄熱箱的換熱基管，蓄熱箱內(nèi)裝有可固液相變的蓄熱介質(zhì)，換熱基管內(nèi)流通有傳熱介質(zhì)，所述相鄰蓄熱單元的換熱基管的進(jìn)出口首尾串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄熱裝置，其特征在于:所述蓄熱單元具有多根并行換熱基管，相鄰蓄熱單元的換熱基管進(jìn)出口之間通過(guò)中間聯(lián)箱轉(zhuǎn)接串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種相變蓄熱裝置，其特征在于:兩端蓄熱單元的換熱基管端部連接有進(jìn)出口聯(lián)箱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種相變蓄熱裝置，其特征在于:所述換熱基管的進(jìn)出口設(shè)于蓄熱箱箱壁的上部，換熱基管的中段位于蓄熱箱底部并在管壁外設(shè)有換熱翅片，換熱基管的進(jìn)出口與中段之間通過(guò)彎管轉(zhuǎn)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種相變蓄熱裝置，其特征在于:所述換熱翅片承重架設(shè)于蓄熱箱箱底，所述蓄熱箱箱壁上緣向下開(kāi)設(shè)供換熱基管進(jìn)出口穿過(guò)的U形槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種相變蓄熱裝置，其特征在于:所述相變蓄熱裝置具有至少三個(gè)相互串聯(lián)的蓄熱單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種相變蓄熱裝置，其特征在于:各蓄熱單元之間采用可拆換連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種相變蓄熱裝置，其特征在于:各蓄熱單元具有相互隔熱的保溫層。
9.一種應(yīng)用權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)所述相變蓄熱裝置的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)，其特征在于:包括回水箱，回水箱通過(guò)回水循環(huán)泵連接汽包，汽包出水口經(jīng)強(qiáng)制循環(huán)泵連接太陽(yáng)能蒸發(fā)加熱器、并回流至汽包形成蒸發(fā)循環(huán)，汽包出汽口連接太陽(yáng)能過(guò)熱加熱器繼而連接至相變蓄熱裝置蓄熱進(jìn)口，相變蓄熱裝置蓄熱出口連接回水箱，所述相變蓄熱裝置至少并聯(lián)設(shè)置兩個(gè)；相變蓄熱裝置蓄熱出口還作為放熱進(jìn)口連接有給水管，相變蓄熱裝置蓄熱進(jìn)口還作為放熱出口連接有出汽管；所述相變蓄熱裝置蓄熱進(jìn)口和蓄熱出口處設(shè)有切換蓄熱-放熱的閥門(mén)。
10.一種權(quán)利要求9所述太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的運(yùn)行方式，其特征在于:蓄熱過(guò)程為:汽包中的水經(jīng)過(guò)強(qiáng)制循環(huán)泵進(jìn)入太陽(yáng)能蒸發(fā)加熱器，產(chǎn)生的汽水混合物再回到汽包，汽包出汽進(jìn)入太陽(yáng)能過(guò)熱加熱器進(jìn)一步加熱后送到其中一個(gè)蓄熱裝置，熱交換后形成凝結(jié)水到回水箱當(dāng)一個(gè)蓄熱裝置儲(chǔ)熱完畢，則切換到另外的蓄熱裝置進(jìn)行儲(chǔ)熱，根據(jù)回水箱的液位、壓力以及汽包液位、壓力的情況控制回水循環(huán)泵的循環(huán)水量給汽包補(bǔ)充循環(huán)水； 放熱過(guò)程為:給水管將經(jīng)過(guò)水處理的軟水輸送到儲(chǔ)熱完畢的蓄熱裝置，在蓄熱裝置中完成蒸發(fā)、過(guò)熱的全過(guò)程，從出汽管獲得需求參數(shù)的蒸汽。
【文檔編號(hào)】F24J2/34GK104266523SQ201310190961
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月22日
【發(fā)明者】朱亞農(nóng), 顧向明, 姚利森, 彭才元, 田偉豐 申請(qǐng)人:上海工電能源科技有限公司