[實(shí)用新型]一種固體儲(chǔ)熱系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320830325.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN203785502U
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京兆陽光熱技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): F28D20/00
• 分類號(hào): F28D20/00;F28F9/00;F28F1/24;F24J2/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種儲(chǔ)熱系統(tǒng)，尤其涉及一種太陽能光熱利用系統(tǒng)中的儲(chǔ)熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)

太陽能是比較理想的新能源，但利用上卻存在時(shí)效性問題，日照期間所接受的能量超過所需，日落之后卻無法發(fā)揮作用。因而如何把日照時(shí)多余的能量?jī)?chǔ)存起來，以用于日落后系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，即取有余以補(bǔ)不足，成為實(shí)現(xiàn)太陽能熱利用裝置連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵問題。

目前太陽能儲(chǔ)存技術(shù)中使用的蓄熱材料分為：顯熱型、潛熱型和化學(xué)反應(yīng)型3大類，應(yīng)用較廣泛的為顯熱型和潛熱型，主要有導(dǎo)熱油、耐高溫混凝土、無機(jī)鹽等。導(dǎo)熱油在高溫時(shí)，易引發(fā)火災(zāi)，易老化，價(jià)格昂貴；耐高溫混凝土作為蓄熱的固體熱媒一直被看好，其蓄熱成本大約為$1/kWhthermal（每千瓦時(shí)蓄熱1美元），有很好的應(yīng)用前景，安全穩(wěn)定，成本低廉，但存在導(dǎo)熱系數(shù)較低，換熱管道數(shù)量多，溫度持續(xù)下降，無法獲得較高的參數(shù)等不足；換熱管道與固體材料間由于膨脹系數(shù)不同，會(huì)在反復(fù)升溫降溫后出現(xiàn)材料破壞或裂縫，對(duì)換熱效果和使用壽命均產(chǎn)生不良影響；無機(jī)鹽作為蓄熱材料的使用多是利用其較大的相變潛熱，但相變材料在儲(chǔ)熱過程中發(fā)生相變，由于體積的變化，容易發(fā)生泄漏的隱患。

太陽能儲(chǔ)存技術(shù)中使用的蓄熱按照換熱方式分為：通過式換熱和原位換熱兩種方式。在通過式蓄熱中，管式換熱器被嵌入在鑄造陶瓷或混凝土中，高溫液體由泵推動(dòng)從中流過進(jìn)行蓄熱，低溫液體從中流過進(jìn)行取熱。Herrmann和Kearney?2002年曾得出：以混凝土為固體熱媒、導(dǎo)熱油為液體熱媒、鋼管作換熱器的蓄熱系統(tǒng)，在1994年的蓄熱成本大約為$40/kWhthermal。Laing等在2006年進(jìn)行了這種蓄熱系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，其工作溫度上限為325℃，蓄熱成本大約為$32/kWhthermal。此外，Laing還進(jìn)行了用鑄造陶瓷作為固體熱媒的實(shí)驗(yàn)。盡管陶瓷不會(huì)產(chǎn)生開裂，但是混凝土產(chǎn)生的最小裂紋相比更小，同時(shí)混凝土的成本和強(qiáng)度使其比鑄造陶瓷更適合作為固體熱媒。Tamme等在2004年使用計(jì)算機(jī)模型對(duì)通過式蓄熱中各項(xiàng)參數(shù)的影響進(jìn)行了研究，得出優(yōu)化后的系統(tǒng)效率可大幅提高。通過式換熱技術(shù)還包括，常見的雙罐技術(shù)和斜溫層技術(shù)，在單罐斜溫層蓄熱系統(tǒng)中，高溫和低溫?zé)崦絻?chǔ)存在同一個(gè)罐子中，使用固體熱媒以減少液體熱媒的最小用量。高溫區(qū)和低溫區(qū)通過液體熱媒溫度梯度產(chǎn)生的自然浮力分割開（熱流體的密度比冷流體低，處在容器的上部）。目前已知的大部分系統(tǒng)都采用固體填料層，其材料包括石英砂，石英巖或者其它細(xì)砂石，但反復(fù)的加熱循環(huán)會(huì)使填料沉積到容器底部，導(dǎo)致容器壁面產(chǎn)生破壞性的破裂；原位換熱技術(shù)通常采用的是在混凝土儲(chǔ)熱介質(zhì)中布置存熱和取熱換熱管道，換熱管道外部不布置液態(tài)介質(zhì)的技術(shù)；但由于混凝土儲(chǔ)熱介質(zhì)與換熱管道的膨脹系數(shù)不一致，反復(fù)加熱循環(huán)會(huì)在混凝土儲(chǔ)熱介質(zhì)與換熱管道之間形成縫隙，滲透到該縫隙的空氣，減弱了儲(chǔ)熱介質(zhì)與換熱管道之間的熱交換，導(dǎo)致儲(chǔ)熱效率較低。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供了一種低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、能高效實(shí)現(xiàn)熱能高品位利用的一種固體儲(chǔ)熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)可應(yīng)用于各種儲(chǔ)熱應(yīng)用系統(tǒng)，特別是太陽能熱利用系統(tǒng)。

本實(shí)用新型提供了一種固體儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其特征在于，所述固體儲(chǔ)熱系統(tǒng)實(shí)施無支架整體自支撐布置，包括多個(gè)具有獨(dú)立自支撐結(jié)構(gòu)，且在高度方向上疊加的儲(chǔ)熱單元；所述儲(chǔ)熱單元包括規(guī)則形狀的固體儲(chǔ)熱介質(zhì)、固體儲(chǔ)熱介質(zhì)中布置的換熱管道、儲(chǔ)熱單元內(nèi)部填充的液態(tài)導(dǎo)熱材料及儲(chǔ)熱單元外部的包覆層；所述液態(tài)導(dǎo)熱材料在儲(chǔ)熱單元中僅填充固體儲(chǔ)熱介質(zhì)、換熱管道、外部包覆層三者之間的縫隙，不參與通過式換熱，用于改善換熱管道與固體儲(chǔ)熱介質(zhì)之間的熱傳導(dǎo)效果；所述換熱管道包括金屬管和金屬管外部布置的散熱管；所述散熱管包括基管和翅片，其中所述基管與金屬管之間緊密接觸；翅片布置于基管上，所述散熱管的基管和翅片材料優(yōu)選為耐腐蝕且導(dǎo)熱良好的材料，例如銅、鋁或鋁合金材質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述固體儲(chǔ)熱介質(zhì)為花崗巖、玄武巖、石英巖、磷石灰、剛玉、玻璃、混凝土。

進(jìn)一步地，所述固體儲(chǔ)熱介質(zhì)為規(guī)則形狀的長方體、菱形體、圓柱體。

進(jìn)一步地，所述固體儲(chǔ)熱介質(zhì)表面開槽或者固體儲(chǔ)熱介質(zhì)貫穿穿孔，形成換熱管道槽或換熱管道孔。

優(yōu)選地，所述固體儲(chǔ)熱介質(zhì)上、下面分別開半圓槽，多個(gè)固體儲(chǔ)熱介質(zhì)高度方向上疊加，相鄰的兩個(gè)半圓槽合并形成柱狀換熱管道槽。