[發明專利]一種噴淋式填充床蓄熱裝置

有效

• 申請號: 201310255879.X
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103388999A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 謝寧寧;王亮;陳海生;盛勇;柴磊;譚春青
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F28D20/00
• 分類號: F28D20/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及中高溫熱能儲存領域，是一種利用噴淋裝置使液態流體傳熱介質霧化成微小液滴或細液柱，與填充床式固體儲熱介質發生熱交換而儲存/或釋放熱量的蓄熱裝置。

背景技術

本發明公開的噴淋式填充床蓄熱裝置主要適用于中高溫太陽能熱發電系統，以及工業余熱儲存等其他中高溫蓄熱的應用。

面對能源危機，世界各國正在積極開展水能、風能、生物質能、太陽能等新型清潔可再生能源的研究工作。太陽能光伏發電技術中電池板的生產過程能耗高CO₂排放量大，發電效率低是制約該技術發展的瓶頸問題。而太陽能熱發電是除光伏發電技術之外的另一個有很大發展潛力的太陽能發電技術，它也是除風電以外最具經濟競爭力的可再生能源發電技術，太陽能集熱器把收集到的太陽輻射能經熱交換器轉變為過熱蒸汽，用傳統的電力循環來產生電能，具有技術成熟，發電成本低和容易與化石燃料形成混合發電系統的優點。但是由于太陽能的晝夜間斷性以及由于多云陰雨而造成的不穩定性等一系列問題，對太陽能光熱發電系統電力的平穩輸出產生了很大的影響。因此在太陽能熱發電系統中設置蓄熱裝置是最有效的方法之一。

太陽能蓄熱根據儲熱機制的不同可分為顯熱蓄熱、潛熱蓄熱與化學蓄熱。顯然蓄熱技術在以上三種技術中最為成熟的一種，但是要得到更為經濟性、可控性及高效率的蓄熱方式也面臨眾多問題，影響蓄熱裝置的因素主要有以下幾個：1）單位體積或單位質量的蓄熱材料的蓄能密度；2）傳熱介質與蓄熱介質之間的熱交換能力；3）蓄熱材料的化學性能；4）充、放熱循環的次數及可逆性；5）導熱流體與換熱器或蓄熱介質之間的兼容性；6）散熱損失。并且太陽能蓄熱系統的發展方向是低成本、高效率和長時間蓄熱。但現有儲熱技術在各方面存在不足：熔融鹽儲熱腐蝕性強，易凝固；過熱蒸汽儲熱壓力高，所需儲罐成本太高；導熱油儲熱成本太高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種噴淋式填充床蓄熱裝置，用于中高溫的熱能存儲領域，該蓄熱裝置是一種采用液態流體為傳熱介質，固體材料為蓄熱介質，通過噴淋裝置，將液態傳熱介質霧化成微小液滴/或分流成若干液柱，在填充床內的持液量不超過填充床空隙的50%，只需少量液態傳熱介質，大幅度降低成本的新型蓄熱裝置；本發明的蓄熱裝置的另一特點是，采用外殼承壓、保溫層介于外殼與內殼之間、填充床入口為單/多個排列的噴淋裝置、殼內承裝固體蓄熱介質的蓄熱結構。本發明提出的噴淋式填充床蓄熱裝置具有結構簡單、成本低、工作壽命長、蓄熱效率高、熱能品位高等優點，還具有傳熱介質與蓄熱介質之間的熱交換能力強、成本低、效率高、可靠性高的優勢，非常適合太陽能熱發電系統等中高溫儲熱系統。

本發明的技術解決方案是：

一種噴淋式填充床蓄熱裝置，其特征在于，所述蓄熱裝置包括殼體填充床頂部的噴淋裝置以及填充于所述殼體內部的固體蓄熱介質填充床，其特征在于，

所述蓄熱裝置還包括設置在所述殼體頂部的液體傳熱介質進口及噴淋裝置，所述液體傳熱介質進口的進口端位于所述殼體外，出口端與位于所述殼體內的噴淋裝置連接，所述噴淋裝置包括液體傳熱介質容納腔，其底部設置至少一個噴淋口；

所述殼體由外到內依次包括厚壁外殼、保溫層、薄壁內殼，其中，所述厚壁外殼為承壓部件，所述薄壁內殼為非承壓部件，所述薄壁內殼與保溫層不連通，保證內殼中的液體不會泄漏至保溫層內；所述薄壁內殼和保溫層上分別設置至少一通過管路與外界穩壓系統連通的通壓口，所述外界穩壓系統的壓力至少大于等于所述薄壁內殼內和保溫層內的壓力；

液體傳熱介質在所述固體蓄熱介質填充床內的持液量不超過所述固體蓄熱介質填充床空隙的50%。所述固體蓄熱介質填充床內部的持液量是指處于液體狀態下的傳熱介質在填充床空隙內的存量，包括靜持液量和動持液量。

本發明的噴淋式填充床蓄熱裝置中，液態傳熱介質通過噴淋裝置，將被霧化成微小液滴/或分流成若干液柱，均勻地噴淋至頂層固體蓄熱介質表面，在重力作用下，通過固體蓄熱介質間空隙流至填充床底部，在此過程中與固體蓄熱介質發生熱交換；填充床內殼不起承壓作用，保溫層通過通壓口與外界穩壓系統的壓力一致，使外殼起承壓作用；內殼與保溫層無任何連通裝置，保證填充床內的液體不會泄漏至保溫層內。

優選地，所述噴淋裝置安置在所述固體蓄熱介質填充床上端。

優選地，所述蓄熱裝置還包括至少一個固態蓄熱介質進料口、至少一個底部液態傳熱介質出口、至少一個固態蓄熱介質排料口，所述底部液態傳熱介質出口的出口端或入口端至少有一處裝有液體過濾裝置。優選地，所述外界穩壓系統包括壓力源和壓力控制閥。