[发明专利]一种改良式混合蓄热单罐

说明书

本发明公开了一种改良式混合蓄热单罐，包括相变蓄热器，斜温层蓄热单罐，熔融盐，相变蓄热材料，壳管式换热器管道，多孔介质填料，上侧散流器和下侧散流器。所述相变蓄热器与斜温层蓄热单罐上下紧密连接，所述斜温层蓄热单罐内填充大量的多孔介质填料，所述壳管式换热器管道和相变蓄热材料均布置在相变蓄热器中，壳管式换热器管道内部为波节管结构，所述上侧散流器安装在相变蓄热器上部且外接罐体顶部入口，下侧散流器安装在斜温层蓄热单罐下部且外接罐体底部出口。本发明提高了蓄热罐的蓄热和放热效率，并增加了蓄热罐的有效蓄热和放热量，同时，相比于双罐蓄热系统，具有结构简单，投资成本低的特点。

技术领域

本发明涉及换热器和蓄热罐技术领域，具体是一种改良式混合蓄热单罐。

背景技术

蓄热技术目前主要包括显热蓄热、潜热蓄热、化学反应蓄热和相变蓄热。由于物质的潜热要比显热大很多，且相变材料在发生相变时保持温度恒定，所以相变蓄热技术具有储能密度高、放热过程温度波动范围小等优点。对于太阳能热电站来说，相变蓄热是太阳能热利用的最主要应用形式，其中，应用最为广泛的蓄热系统便是双罐蓄热系统，但双罐蓄热系统在工作过程中，罐体散热量较大，并且结构设计复杂，投资成本高。为克服以上缺点，便产生了单罐斜温层蓄热系统，但有效蓄热和放热量较低。目前，已有学者提出一种混合蓄热装置，且其中间段为斜温层显热蓄热罐，上段为高温相变换热器，下段为低温相变换热器，但该混合蓄热装置未对相变换热器进行优化，因此，蓄热罐的蓄热和放热效率往往会比较低；另外，相比于双罐蓄热系统，其装置设计中在单罐上下侧增加两个相变换热器，无疑增加了蓄热罐的投资成本，甚至可能超过相同设计工况下双罐蓄热系统的投资成本。因此，在蓄热罐的技术研究与工程应用中，蓄热罐的蓄热和放热效率低，有效蓄热和放热量差，以及投资成本高一直是制约着蓄热罐应用与发展的关键因素。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种改良式混合蓄热单罐。本发明所要解决的技术问题是：通过增加波节管结构-壳管式换热器来提高蓄热罐的蓄热和放热效率；另外，通过增加相变换热器，并与斜温层蓄热单罐上下组合，尽可能的将储存在斜温层内的热量最大程度的利用起来，提高了斜温层蓄热单罐中热量的利用率，增加了蓄热罐的有效蓄热和放热量，同时，相比于双罐蓄热系统，结构设计简单，投资成本低。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种改良式混合蓄热单罐，包括相变蓄热器，斜温层蓄热单罐，熔融盐，相变蓄热材料，壳管式换热器管道，多孔介质填料，上侧散流器和下侧散流器。所述相变蓄热器与斜温层蓄热单罐上下紧密连接，所述斜温层蓄热单罐内填充大量的多孔介质填料，所述壳管式换热器管道和相变蓄热材料均布置在相变蓄热器中，所述上侧散流器安装在相变蓄热器上部且外接罐体顶部入口，下侧散流器安装在斜温层蓄热单罐下部且外接罐体底部出口。

所述相变换热器由数量众多(几百根)的壳管式换热器管道竖直平行排列组成。

所述熔融盐材料选择三元硝酸盐(53％KNO₃-40％NaNO₂-7％NaNO₃)。

所述相变蓄热材料采用无机硝酸盐KNO₃。

所述多孔介质填料采用石灰石。

所述高温熔融盐首先从罐体顶部入口经上侧散流器流入相变蓄热器中的壳管式换热器管道内，高温熔融盐将热量传递给固态相变蓄热材料，固态相变蓄热材料吸收热量后转化为液态，然后高温熔融盐从壳管式换热器管道向下流入斜温层蓄热单罐内的多孔介质填料孔隙之中，并将热量传给多孔介质填料，从而，高温熔融盐流体从上至下温度逐渐降低，最后，从下侧散流器经罐体底部出口流出，完成整个蓄热过程。