储热装置

文档序号:254031 发布日期:2021-11-16 浏览:17次 >En<

阅读说明:本技术 储热装置 (Heat storage device ) 是由 马建华 于 2021-09-17 设计创作,主要内容包括:本发明为一种储热装置,它包括储热模块,带有热端口和冷端口,通过热交换存储或释放热量;储热循环管路,两端分别与储热模块的热端口和冷端口连接,在储热循环管路上设有第一控制阀门、第一气泵以及太阳能空气加热器;放热循环管路,两端分别与储热模块的热端口和冷端口连接,在储热循环管路上设有第二控制阀门、第二气泵以及热交换装置;所述储热模块包括至少一个储热装置,所述储热装置包括一个储热仓,设置于储热仓内壁面的隔热层以及设置于隔热层内的若干固态储热柱。较之前技术而言,本发明的有益效果为:采用了储热仓并搭配固态硅酸盐进行储热,具有易安装、易运营维护、储、放热快等特点。(The invention relates to a heat storage device, which comprises a heat storage module, a heat storage module and a heat exchange module, wherein the heat storage module is provided with a hot port and a cold port and stores or releases heat through heat exchange; the two ends of the heat storage circulating pipeline are respectively connected with the hot port and the cold port of the heat storage module, and a first control valve, a first air pump and a solar air heater are arranged on the heat storage circulating pipeline; the two ends of the heat release circulating pipeline are respectively connected with the hot port and the cold port of the heat storage module, and a second control valve, a second air pump and a heat exchange device are arranged on the heat storage circulating pipeline; the heat storage module comprises at least one heat storage device, and the heat storage device comprises a heat storage bin, a heat insulation layer arranged on the inner wall surface of the heat storage bin and a plurality of solid-state heat storage columns arranged in the heat insulation layer. Compared with the prior art, the invention has the beneficial effects that: the heat storage bin is matched with solid silicate for heat storage, and the solar energy heat storage device has the characteristics of easiness in installation, operation and maintenance, quickness in heat storage and release and the like.)

储热装置

技术领域

本发明涉及储能设备领域,特别是一种采用固态储热柱进行储热的储热装置。

背景技术

目前主流的太阳能发电站采用的是金属融盐进行储热。其工作流程为:聚集的太阳反射光投射吸热器的金属管道外壁上,金属管道外壁作为吸热面产生了高温热能;由于金属具有优良的导热性,金属管道外壁产生的该高温热能可以很快地传输到金属管道的内壁;运用融盐填充在金属管道内作为换热介质,融盐泵驱动融盐在金属管道内流动,将金属管道的该高温热能转换到融盐,金属管道降温的同时,管道内的融盐温度升高,并且被融盐泵带到储热仓储存或用于热发电。上述流程称为吸热器的吸热和换热流程。

金属融盐吸热器具有技术要求门槛高,制造生产成本高,以及使用维护成本高的特点。金属融盐吸热器的上述特点不利于太阳能光热发电的成本降低和小规模光热运用的推广开发。因此有必要研发易生产,易运营维护的吸热器来推广太阳能塔式光热多元化利用的市场需求。

发明内容

本发明的目的在于:提供一种储热装置,它采用固态储热柱进行储热,具有易安装、易运营维护、储、放热快等特点。

本发明通过如下技术方案实现:储热装置,它包括

储热模块,带有热端口和冷端口,通过热交换存储或释放热量;

储热循环管路,两端分别与储热模块的热端口和冷端口连接,在储热循环管路上设有第一控制阀门、第一气泵以及太阳能空气加热器;

放热循环管路,两端分别与储热模块的热端口和冷端口连接,在储热循环管路上设有第二控制阀门、第二气泵以及热交换装置;

所述储热模块包括至少一个储热装置,所述储热装置包括一个储热仓,设置于储热仓内壁面的隔热层以及设置于隔热层内的若干固态储热柱;

在储热装置上设有热端口A和冷端口A,所述热端口位于储热装置的上部,所述冷端口位于储热装置的下部;

储热装置数量不少于两个时,所述储热装置依序排列且相邻储热装置的热端口和冷端口相互连接,首个储热装置的热端口A和尾部储热装置的出气口A分别作为储热模块的热端口和冷端口。

进一步,所述储热柱的横截面呈现圆形,且储热柱的上下两端横截面积大于储热柱中部的横截面积。

进一步,所述储热柱的材料为固态硅酸盐。

进一步,所述热交换装置为蒸汽发生器。

较之前技术而言,本发明的有益效果为:

采用了储热仓并搭配固态硅酸盐进行储热,具有易安装、易运营维护、储、放热快等特点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图;

图2为图1中储热模块处的结构示意图;

图3为储热仓的结构示意图;

图4为储热柱的排列关系图;

图5为储热柱的结构示意图。

标号说明:7储热模块、71储热仓、72隔热层、73储热柱、731头部、732柱身、733脚部、74热端口A、75冷端口A、8储热循环管路、81第一控制阀门、82第一气泵、83太阳能空气加热器、9放热循环管路、91第二控制阀门、92第二气泵、93热交换装置。

具体实施方式

下面结合附图说明对本发明做详细说明:

如图1-3所示储热装置,它包括

储热模块7,带有热端口和冷端口,通过热交换存储或释放热量;

储热循环管路8,两端分别与储热模块7的热端口和冷端口连接,在储热循环管路8上设有第一控制阀门81、第一气泵82以及太阳能空气加热器83;

放热循环管路9,两端分别与储热模块7的热端口和冷端口连接,在储热循环管路8上设有第二控制阀门91、第二气泵92以及热交换装置93;

所述储热模块7包括至少一个储热模块7,所述储热模块7包括一个储热仓71,设置于储热仓71内壁面的隔热层72以及设置于隔热层72内的若干固态储热柱73;

在储热模块7上设有热端口A74和冷端口A75,所述热端口位于储热模块7的上部,所述冷端口位于储热模块7的下部;

储热模块7数量不少于两个时,所述储热模块7依序排列且相邻储热模块7的热端口和冷端口相互连接,首个储热模块7的热端口A74和尾部储热模块7的出气口A分别作为储热模块7的热端口和冷端口。

储热模块主要是由至少一个储热仓制成,储热仓按既定储热功率与储热介质的比热容,来核定该储热仓的体积容量,且要求储热仓具有较好密封性能。

储热仓的构建步骤为:采用耐高温陶瓷契合拼装成既定容积且结构稳定的储热仓拱形主体外壳;将该储热仓地基硬化后,在该储热仓底部铺设耐高温的保温材料;按照该储热仓具体位置的高度,竖直排放既定高度的储热柱;在储热柱与拱形主体外壳之间填充耐高温的保温隔热材料。这里的保温隔热材料采用耐高温石棉。

所述保温隔热材料是能够实现长时间储热的关键设施,需要覆盖在储热仓下列设施的外表:负压固态储热仓主体、热端口A和冷端口A。

如图4、5所示:所述储热柱的横截面呈现圆形,且储热柱的上下两端横截面积大于储热柱中部的横截面积。所述储热柱作为储热介质,装满整个储热仓。所述储热柱分为头部,脚部和柱身,头部和脚部的直径相等,柱身的直径则比头部,脚部的直径略小。安装时竖直排放储热柱,要求每个储热柱都与相邻的6个储热柱的头部于脚部相切,防止储热柱自由摆动。相邻储热柱的柱身之间既定宽度的缝隙形成过风口。该过风口不宜太宽,以利于作为传热介质的换热空气充分的流经每一个储热柱的表面。储热柱由化学性能稳定的硅酸盐制成,要求长时间处在800摄氏度环境时结构能保持稳定。储热柱的体积与表面积的比值越大,则储热柱把热能完全释放需要的时间越长。

实际使用过程中,储热模块主要是由多个储热仓的热端口A和冷端口A串联起来组成。每个储热仓内部均采用化学性能稳定的固态硅酸盐所形成的储热柱作为储热介质,采用无须除氧的空气作为换热传热介质。

目前固态硅酸盐成本1600元/吨,现在主流的固态硅酸盐主要指代高温水泥或高温陶瓷;现在主流的融盐矿物盐指液态硝酸钾,成本3000元/吨。相比于液态的矿物盐的高温高压工作状况,固态硅酸盐属于高温低压的工况,安全性和维护成本有较大的优势。主流的换热介质使用液态融盐,属于高温高压安全标准,安全方面的成本高。我们采用无需除氧的空气作为换热介质,属于高温低压安全标准,成本和安全性有突出的优势。

储热仓内的流通空气在对流效果的作用下,温度最高密度最小的空气将聚集在储热仓的顶部位置。所述热空气连通端口设置在储热仓的顶部或者靠近顶部的位置,保证热空气连通端口优先获得储热仓内温度最高的空气。一个储热仓可以设置有多个所述的热端口A。

储热仓内的流通空气在对流效果的作用下,温度最低密度最大的空气将聚集在储热仓的底部位置。所述冷空气连通端口设置在储热仓的底部或者靠近底部的位置,保证冷空气连通端口优先获得储热仓内温度最低的空气。一个储热仓可以设置有若干个所述冷端口A。

储热循环管路,两端分别与储热模块的热端口和冷端口连接,在储热循环管路上设有第一控制阀门、第一气泵以及太阳能空气加热器。

放热循环管路,两端分别与储热模块的热端口和冷端口连接,在储热循环管路上设有第二控制阀门、第二气泵以及热交换装置。

上述第一控制阀门、第二控制阀门均属于空气流动控制阀门,以耐高温陶瓷材料制作完成。

在实际应用过程中,储热循环管路上设有的太阳能空气加热器开始接受太阳光投射进行吸热工作流程时,则需要打开相应的第一控制阀门,如停止吸热工作流程时,则需要关闭相应的第一控制阀门。同理储热仓进行或停止释放热量工作流程时,也需要打开或者关闭相应的空气流动控制阀门。

具体工作流程为:太阳能空气加热器工作时,所述第一气泵启动,第一控制阀门全部打开(该过程放热循环管路处于不参与循环的状态),储热循环管路气体开始循环,将空气从储热装置内的冷端口抽出,通过太阳能空气加热器加热空气后,重新从热端口送入储热装置进行储热。热交换装置工作时,所述第二气泵启动,第二控制阀门全部打开(该过程储热循环管路处于不参与循环的状态),放热循环管路气体开始循环,将空气从储热装置内的热端口抽出,通过热交换装置将空气中的热能带走后,重新从冷端口送入储热装置吸热。

第二空气泵将冷却空气输送到储热仓内的冷却空气喷射口喷出,冷却空气在吸热腔内被加热成高温的热空气(吸热过程),该热空气对流会聚到吸热器的最高水平位置,最终吸入到储热仓组。该热空气在储热仓组中把热量释放给储热介质(放热过程),储热介质升温的同时,该热空气降温成为温度较低的冷却空气。该冷却空气被抽取进入储热循环管路后,进行下一个吸热循环。从而达成吸热器的目标功能。

储热循环管路8和放热循环管路9具有较好的隔离密封性,且用保温隔热材料加以包裹。所述储热循环管路8允许的最高工作温度为1000摄氏度,该管道用耐温1300摄氏度的石棉作为保温层包裹。

储热模块的储热容量和输出温度是主要的指标。若我们设计的储热仓容量为1MW*10H,则其进行吸热工作流程时,若吸热功率2.2MW,则需要5小时完成储热;其进行放热工作流程时,若放热功率1MW时,则可以持续输出热量10小时。

储热模块7可以由多个储热仓串联而成,其中前一级储热仓的冷端与后一级储热仓的热端连通,实现前一级储热仓的最低温度大于或等于后一级储热仓的最高温度。采用储热模块在实际应用时有利于扩大储热仓的储热容量,且有利于提高储热模块的输出温度,即提高输出热能的品质。

单个的储热仓采用化学性能稳定的固态硅酸盐作为储热介质,采用无须除氧的空气作为换热传热介质。

优选地:所述储热模块7、储热循环管路8、放热循环管路9上都增设有压力传感器,温度传感器和中控系统,实时监控各个参数,确保吸热器安全稳定的工作。

根据计算,储热模块7储热容量为:30MW*10小时。由3个储热仓的冷热端口串联起来组成。单个的负压固态储热仓容积为2000立方米。采用化学性能稳定的固态硅酸盐作为储热介质。

单个储热仓的最高允许温度为400摄氏度,采用耐高温陶瓷契合拼装成结构稳定拱形的储热仓,内腔的有效尺寸:长度为25米,长度为16米,平均高度为5米。

所述储热柱由化学性能稳定的固态硅酸盐制成;储热柱的头部和脚部为外径0.5米;储热柱的柱身为外径0.495米;形成的过风口宽度为1厘米。所述储热柱的高度设多种规格,直立安装在储热仓的不同位置。

尽管本发明采用具体实施例及其替代方式对本发明进行示意和说明,但应当理解,只要不背离本发明的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此,应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外,本发明不受任何意义上的限制。

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