[發明專利]用于太陽能的單罐相變儲熱裝置

無效

• 申請號: 201310087482.4
• 申請日: 2013-03-16
• 公開（公告）號: CN103115443A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 范多旺;王成龍;范多進;楊樹本
• 申請（專利權）人: 蘭州大成科技股份有限公司;蘭州大成真空科技有限公司;常州大成綠色鍍膜科技有限公司
• 主分類號: F24J2/34
• 分類號: F24J2/34;F24J2/30;F24J2/46
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 張真

技術領域

本發明屬太陽能領域，涉及太陽熱能儲熱技術，尤其涉及一種太陽能單罐相變儲熱裝置。

背景技術

太陽能指太陽的輻射能量。太陽能的主要利用形式有太陽能的光電轉換、光熱轉換以及光化學轉換3種主要方式。太陽能光伏發電，通過光電轉換把太陽輻射轉化為電能；太陽能光熱利用，利用太陽輻射加熱水，或產生蒸汽為工業工藝用熱或汽輪機發電提供蒸汽等。歸納講，太陽能具有以下的優點：（1）普遍：太陽光普照大地，沒有地域的限制無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發和利用，且無須開采和運輸。(2）無害：開發利用太陽能不會污染環境，它是最清潔能源之一，在環境污染越來越嚴重的今天，這一點是極其寶貴的。(3）巨大：每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于130萬億噸煤，其總量屬現今世界上可以開發的最大能源。(4）長久：根據目前太陽產生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。太陽能清潔環保，無任何污染，更沒有能源短缺這一說法，其種種優點決定了在未來能源更替中的不可取代的地位。但是太陽能作為清潔的可再生能源，在實際應用中也存在如下的缺點：（1）分散性：到達地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說來，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時太陽輻射的輻照度最大，在垂直于太陽光方向1平方米面積上接收到的太陽能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1/5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽能時，想要得到一定的轉換功率，往往需要面積相當大的一套收集和轉換設備，造價較高。(2）不穩定性：由于受到晝夜、季節、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響，所以，到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩定的，這給太陽能的大規模應用增加了難度。為了使太陽能成為連續、穩定的能源，從而最終成為能夠與常規能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環節之一。

針對太陽能分散性的缺點，可以通過聚光的方式進行利用，即通過太陽能聚光器，如槽式、塔式或碟式等聚光器將太陽光先聚光，提高能流密度后再進行利用。如太陽能光熱發電以及聚光光伏等。對于太陽能不穩定及間歇性的缺點，解決的有效途徑之一就是通過儲熱的方式。目前通過儲熱技術已經實現了太陽能光熱電站24小時連續發電運行。

按照儲熱時間，太陽能儲熱可分為短期儲熱和季節性儲熱。其中季節性儲熱容積較大、充放熱循環周期比較長。季節性儲熱的裝置可置于地面以上，一般較常見的有鋼質儲熱水塔，如荷蘭Bunnik儲熱水塔，但這種儲熱方式投資相對較高，且儲熱容積有一定的限制。對保溫性能也有較高的要求。地下存儲被認為是跨季節儲熱最有前途的方案之一。如加拿大渥太華Carleton大學的太平洋農業研究中心等。但此類方法受地質條件影響較大，具有一定的局限性。專利200910066825.2（申請日期：2009.4.16）公開了一種太陽能地下跨季節儲熱方法。短期儲熱裝置中相變儲熱是一種非常有效且具有潛力的方法。相變儲熱裝置是相變材料相變過程中吸收和放出熱量來實現熱交換的裝置。現編儲熱換熱裝置與普通換熱設備和顯熱儲熱設備相比，其突出的特點是換熱設備中布置流體管道的同時需布置相變材料，并且根據相變傳熱的特征，相變材料與流體傳熱的過程中因相變材料不斷發生相變而使相變材料側的傳熱熱阻逐漸增大，當相變材料層完全發生相變后會使系統的有效面積逐漸減小，從而導致流體側溫度隨之發生變化。專利201220098353.6（申請日：2012.3.16）公開了一種用于太陽能熱發電的高溫儲熱換熱裝置。專利201010128656.3（申請日：2010.3.18）公開了一種應用于太陽能熱利用中的套管式高溫儲熱裝置，該裝置具有結構簡單、安全可靠且換熱效率高得特點。但現有專利技術或存在高溫高壓下工作的穩定性和安全性欠佳或存在為安全考慮將相變儲熱材料存儲在管道中而使得儲熱容量非常有限等缺陷。

發明內容

本發明的目的在于避免現有技術的不足提供一種用于太陽能的單罐相變儲熱裝置。將相變儲熱材料與盤管式強制換熱技術和真空保溫技術結合起來，以解決目前存在的太陽能存儲過程中的問題，使太陽能等非穩定新能源實現穩定、高效和環保的利用。