[发明专利]熔融盐中高温斜温层混合蓄热方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能吸热储能利用技术，特别涉及一种熔融盐中高温斜温层混合蓄热方法及装置。

背景技术

太阳能的开发利用已成为当今社会能源战略的重要组成部分。在制约太阳能开发的诸多因素中，低温利用模式导致的效率偏低是太阳能热电市场竞争力较弱的关键之所在，提高太阳能热利用的温度，研发太阳能热电站是大规模利用太阳能的主要途径之一。太阳能热发电系统中高辐射密度热流转换、输运与储存回路主要由吸热器、蒸汽发生器和蓄热器等构成，因此强化热能器件能量转换效率和存储密度成为太阳能热发电的关键技术之一。

目前熔融盐双罐蓄热方式已成为太阳能热发电系统中蓄热技术的主要型式，但是要制造两个蓄热罐、熔融盐使用量大、高温维持等因素导致单位造价与运行维护成本相对比较高，降低其电力成本的空间非常有限；另一个比较有潜力的方式就是采用斜温层单罐蓄热，用熔融盐斜温层单罐蓄热系统代替较通用的熔融盐双罐蓄热系统，可以大幅度降低成本，但该系统的单位体积有效蓄热容量有所降低，熔融盐液的注入和出料结构，即扩散器与集液器要求比较高，以尽可能减少湍流，单罐上、下端各有独立的扩散器与集液器，组成两个流程，分别供放热与蓄热工作状态使用，扩散器常采用多个径向分布的圆管扩散器，集液器为采用有3至5个接口的集液管，结构比较复杂，且进出口效应会产生一定扰动；同时在多孔介质填料中每隔一定距离左右需配置不锈钢网作为成层元件，使得斜温层单罐轴向是一维层流运动，保障罐内斜温层更好地维持，但不锈钢网作为成层元件，其导热率小，单位体积有效蓄热容量低，不能作为蓄热材料使用，不具有明显的蓄热效果；并且对多孔介质填料要求不仅有良好的化学稳定性，还要有良好的物理稳定性，以免形成碎屑堵塞各种通道。

为了降低太阳能热发电的发电成本，提高发电的有效性与年利用率，这就需要一种单位有效蓄热容量更大、长期稳定、制造成本与运行维护成本更低的中高温蓄热方法及装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的熔融盐蓄热系统存在的缺点(双罐熔融盐系统制造成本及运行维护相对较高；熔融盐斜温层单罐系统有两套注入和出料结构，比较复杂，安装难度大且占用罐内空间，不锈钢网作为成层设备导热率小，单位体积有效蓄热容量较低)，研究设计一种既能满足太阳能热发电对蓄热技术的要求，又能显著降低制造成本，提高单位体积有效蓄热容量的熔融盐中高温斜温层混合蓄热装置。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述装置实现的熔融盐中高温斜温层混合蓄热方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种熔融盐中高温斜温层混合蓄热装置，包括熔融盐液的注入部件、出料部件、多孔介质填料段，其特征在于：所述注入部件及出料部件为高温壳管式相变换热器或低温壳管式相变换热器；所述多孔介质填料段设置泡沫碳化硅陶瓷片，所述泡沫碳化硅陶瓷片既作为分隔成层件，又作为固态介质的显热蓄热组件。

本装置为单罐结构形式，罐体直径与高度等结构尺寸取决于蓄热温度与蓄热容量。罐体底部及顶部均可采用椭圆封头，顶部椭圆封头上安装有安全阀，罐体与罐盖可采用法兰连接。高温壳管式相变换热器及低温壳管式相变换热器在罐体内采用间隙安装。所述罐体外缠绕伴随加热丝，供启动时维持熔融盐处于液态、加热多孔介质与罐体以及平衡热损等，在罐体最外面包裹玻璃纤维隔热层，隔热层的厚度选择取决于蓄热温度与对热损的要求。

所述高、低温壳管式相变换热器的筒形外壳均采用不锈钢材料，管束采用不锈钢管，在外壳内均布，两端端盖采用不锈钢板，其中一端盖上焊接有充装相变蓄热材料接口，充装相变蓄热材料接口侧面还有抽真空的连接管。高、低温相变换热器的主要结构区别只是管束与外形的高度尺寸不同。

所述高温壳管式相变换热器管侧流过熔融盐液，壳侧灌装高温熔融盐相变材料。根据应用场合上限工作温度来选择合适熔点的高温熔融盐相变材料。该换热器替代简化了熔融盐液的注入和出料结构，并增加了蓄热容量。

所述低温壳管式相变换热器管侧流过熔融盐液，壳侧灌装低温熔融盐相变材料。根据应用场合下限工作温度来选择合适熔点的低温熔融盐相变材料。该换热器也替代简化了熔融盐液的注入和出料结构，并增加了蓄热容量。

所述多孔介质填料段即为斜温层显热蓄热段，在多孔介质填料段内按一定间隔均匀设置泡沫碳化硅陶瓷片；所述间隔可为100～150mm。所述泡沫碳化硅陶瓷片既代替不锈钢网作为成层元件，又可作为蓄热体使用，具有明显的蓄热效果。

所述泡沫碳化硅陶瓷片之间填充石英岩与硅质沙混合多孔介质，作为主要固态多孔介质的显热蓄热材料。