[發明專利]集吸熱、儲熱及蒸汽發生于一體的太陽能熱發電多功能設備

無效

• 申請號: 200810029316.8
• 申請日: 2008-07-09
• 公開（公告）號: CN101398231A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 張仁元;陳觀生;李風;毛凌波;陳梟;王波群;李石棟;鐘浩元;李輝鵬;劉宗健;朱文潔
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: F24J2/34
• 分類號: F24J2/34;F24J2/46;F28D20/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域?本發明涉及一種中高溫太陽能熱利用設備，尤其涉及一種集吸熱、儲熱及蒸汽發生于一體的太陽能熱發電設備。

背景技術?為了克服太陽能熱發電中由于天氣變化造成的間歇性，實現全天候連續供電，最大程度發揮太陽能熱發電系統的發電能力，聚光類太陽能熱發電裝置中一般都會配備儲能系統及輔助熱源系統，其中儲能系統把白天太陽輻射強時多余的熱量儲存起來，在晚上等需要時候再釋放出來發電，從而提高太陽能及其設備的總體利用率。目前聚光類太陽能熱發電裝置中使用的儲能方式主要有以下兩種：雙箱儲能方式，即一個熱箱和一個冷箱來儲存熱量。儲能時冷箱內的儲能介質吸熱后儲存在熱箱內，需要時把熱量釋放出來后再回到冷箱；單箱儲能方式，由于雙箱儲能需要兩個儲能箱，儲能介質也相應增加，導致系統初投資增加，發電成本較高。為降低發電成本，提高太陽能熱發電的競爭力，在雙箱的基礎上開發出了單箱儲能方式。單箱儲能又稱溫躍層儲能(Thermocline?Storage)，即只有一個儲能箱，箱內的冷熱流體通過一個厚度很小但溫度梯度很大的溫躍層(也稱為斜溫層)分隔開來，儲能時溫躍層上面的熱流體逐漸增加，下面的冷流體逐漸減少，釋熱時則相反。

無論雙箱還是單箱儲能方式，都需要先通過熱流體將熱量從集熱器傳遞給儲能容器里的儲能介質；如果熱流體與儲能介質不是同一種物質，那么中間還需要一個熱交換器；然后提熱時又需要通過提熱介質把熱量從儲熱容器傳遞給蒸汽鍋爐。因此，目前的太陽能熱發電系統中所需的設備較多，連接這些設備的管路也較為復雜，最終導致該技術的推廣使用困難。

除太陽能熱發電外，工業生產過程中也需要大量的中高溫熱源，這都對集吸熱、儲熱及蒸汽發生于一體的太陽能熱發電設備，尤其是涉及中高溫太陽能熱利用中集吸熱、儲熱與產生蒸汽或熱水于一體的緊湊型設備提出了現實的需求。

發明內容?擬用于中高溫太陽能熱利用中的設備，是一個集吸熱、儲熱與產生蒸汽或熱水等功能于一身的儲熱裝置，可以大大簡化塔式太陽能熱發電等中高溫太陽能熱利用裝置中的集熱和儲熱系統(后面簡稱為熱系統)。本設備采用吸熱器、儲熱器和蒸汽發生器一體化的結構，由吸熱層、儲熱層、提熱層及保溫層組成，其特征是：整個設備為圓桶型中空結構，最內側為吸熱層，其外側依次為儲熱層和提熱層，最外側為保溫層；吸熱層直接吸收太陽輻射并將其轉化為熱量，由其外側儲熱層中的儲熱材料所儲存；儲熱層采用熔點為360～660℃的金屬作為儲熱材料；提熱層向外供應的熱媒為熱水或水蒸氣；提熱層是圓柱環形空間或由環形管路組成。

該設備的能量傳遞過程為：儲熱過程中吸熱層將太陽輻射轉化為熱能傳遞給與之接觸的金屬相變儲能材料并儲存起來，使儲能材料溫度升高，溫度到達熔點后熔化，以顯熱和潛熱的方式將熱量儲存起來；提熱時，儲存于金屬相變儲能材料中的熱量通過金屬相變儲能材料與水之間的換熱面傳遞給水，使水溫升高，需要時可加熱至水沸騰產生蒸汽。本設備采用的金屬相交儲能材料為鋁基二元合金鋁硅、三元合金鋁硅鎂、鋁鎂鋅之一或其混合物，儲能密度可以達到2000MJ/m3，工作溫度為360～660℃。利用上述合金作為儲能材料設計制造的儲熱鍋爐具有體積小，效率高，壽命長和良好的性能價格比。該設備的熱效率根據儲能量大小和供熱型式，可達90～95％。

與公知技術相比本發明具有的優點及積極效果：

(1)結構緊湊，加工方便；

(2)工況可調，一機多用；

(3)可自動調整加熱面積，適合提熱需要。

附圖說明?圖1～圖3為集吸熱、儲熱及蒸汽發生于一體的太陽能熱發電設備結構示意圖。從圖可看出，該設備由以下的主要組件組成：吸熱層(1)、儲能層(2)、提熱層(3)及保溫層(4)；整個設備為圓桶型中空結構，最內側為吸熱層，其外側依次為儲熱層和提熱層，最外側為保溫層；吸熱層直接吸收太陽輻射并將其轉化為熱量，由其外側儲熱層中的儲熱材料所儲存；儲熱層采用熔點為360～660℃的金屬作為儲熱材料；提熱層向外供應的熱媒為熱水或水蒸氣；提熱層是圓柱環形空間或由環形管路組成；吸熱層是圓柱環的內表面，或吸熱層為拋物面。

具體實施方式