[發明專利]帶有折流板的斜溫層太陽能儲熱系統

無效

• 申請號: 201110196337.0
• 申請日: 2011-07-14
• 公開（公告）號: CN102305480A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 徐超;王志峰;李鑫;白鳳武
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: F24J2/34
• 分類號: F24J2/34;F24J2/46
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及太陽能儲熱系統，尤其涉及一種斜溫層太陽能儲熱系統。

背景技術

太陽能熱利用領域中，尤其是太陽能熱發電領域，由于太陽輻照的強烈的不穩定性，系統的運行也具有強烈的波動性和間歇性。為了克服這一困難，太陽能熱利用系統中一般都帶有儲熱系統。儲熱系統可將白天的太陽輻照轉換為熱量儲存起來，在沒有太陽輻照時再把熱量釋放出來利用。尤其對于太陽能熱發電領域，儲熱系統的引入不僅可以對太陽能“移峰填谷”以延長系統發電時間，而且可以有效地穩定系統運行和提高系統發電效率。

目前太陽能熱利用領域中可以選擇的儲熱方式主要包括三種：顯熱儲熱、潛熱儲熱和化學能儲熱。其中顯熱儲熱技術簡單成熟，成本較低，在太陽能熱利用中應用最廣。在太陽能熱發電領域，基于顯熱儲熱的儲熱系統主要有兩種：雙罐儲熱系統和單罐儲熱系統。雙罐儲熱系統中有一個熱罐和一個冷罐，儲熱時冷罐內的儲熱介質(通常為液體介質)吸收熱量后被存儲在熱罐內，放熱時熱罐內的高溫介質把熱量釋放出來后再回到冷罐。雙罐儲熱系統結構簡單，技術成熟，但是由于具有兩個儲熱罐，儲熱介質也相應增加，導致系統儲熱成本較高。單罐儲熱系統只有一個儲熱罐，使用液體介質的單罐儲熱又稱為斜溫層儲熱。單罐內的冷、熱流體通過一個厚度較小但溫度梯度很大的斜溫層(又稱為溫躍層)分隔開來，儲熱時斜溫層上面的熱流體逐漸增加，下面的冷流體逐漸減少，斜溫層向下移動，放熱時則相反。單罐斜紋層儲熱具有成本較低，儲熱效率較高的優點。

美國專利US4124061，記載了一種單罐斜溫層儲熱系統，其特征在于儲熱罐內填充固體顆粒作為固體儲熱介質，換熱流體(在罐內亦作為儲熱流體)上下流經固體顆粒填充層，與固體顆粒做直接熱交換，且系統運行時罐內溫度分布從上往下呈斜溫層特征。但是，此系統運行時斜溫層厚度所占罐高度的比例較大，而且導熱和局部紊流引起的斜溫層擴張(即高、低溫流體的混合)很難抑制，導致系統運行效率逐漸下降、系統運行不穩定。

為了避免斜溫層儲熱系統運行時冷、熱流體的混合導致的系統效率降低，一些專利設計中引入了主動式或被動式的水平隔板或豎直隔板，比如美國專利US4523629，US4543978，US4643212，US20100301062A1，中國專利CN201184766Y等。此類系統運行時隔板隨著冷熱流體的進出而主動或被動的移動，直接將冷、熱流體分隔開來，避免了冷熱流體的直接接觸，儲熱效率較高，但是結構比較復雜，成本較高，而且只能使用液體作為換熱和儲熱介質，不能引入固體儲熱介質，也不適用于使用氣體作為換熱流體和使用固體作為儲熱介質的儲熱系統。

發明內容

本發明的主要目的在于克服上述現有單罐斜溫層儲熱系統的缺點，提供一種結構簡單、成本較低、性能穩定、儲熱和換熱效率較高的單罐斜溫層太陽能儲熱系統。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

本發明太陽能儲熱系統在儲熱罐體內布置多個折流板，在儲熱、放熱過程中具有斜溫層特性。本發明包括一個外表面包裹保溫層的儲熱罐，儲熱罐的兩端各裝有一個開口管道，供換熱流體進出儲熱罐。儲熱罐內布置多個平行的折流板，在折流板的作用下，儲熱罐內形成一條或多條蛇形的流道。儲熱系統工作時，換熱流體從儲熱罐的進口進入儲熱罐，然后沿著折流板形成的蛇形流道按照層流流型流向儲熱罐的另一端，最后從儲熱罐的出口流出，完成儲、放熱過程。

所述折流板在儲熱罐內通過多個結構支柱的逐級支撐來安裝固定，并按照多層分布、交錯布置的方式布置。所述的多層分布、交錯布置的折流板布置方式，一方面是為了在儲熱罐內形成供換熱流體流過的蛇形通道，很大程度的增加換熱流體在儲熱罐內的流程，另一方面是為了將系統工作時可能出現的由于局部擾流引起的高、低溫流體的混合限制在平行的折流板之間，最大程度的降低混合沿著儲熱罐高度方向的擴張。

所述帶有折流板的儲熱罐在流體蛇形通道的拐彎處布置有曲面的過渡彎板。所述的拐角處的彎板是為了避免流體在流經彎道直角處出現渦流，從而抑制了拐彎時渦流引起的冷熱流體的混合。

所述折流板為使用具有低導熱系數的平板，其導熱系數一般低于1W/m.℃。

材料的薄的平板，如陶瓷板、高溫混凝土板、耐高溫高分子材料薄板等。低導熱系數薄板是為了減少折流板兩側的流體經過折流板的熱交換，實現折流板兩側儲熱流體的絕熱。這樣可以避免系統運行時溫度不相等的折流板兩側流體通過折流板的熱混合，保證高溫區的高品質熱量能夠得到最大限度的有效利用，提高了系統的儲熱效率。