[發明專利]一種多層堆積球儲熱器的設計方法

在審

• 申請號: 201911188314.8
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN111047164A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 李志篤;袁帆
• 申請（專利權）人: 李志篤;袁帆
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06;F24S60/00;G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國

一種多層堆積球儲熱器的設計方法，首先，根據使用溫度范圍、熔點、導熱系數、比熱容等條件，對儲熱材料進行篩選。然后，進行堆積球儲熱器的熱力學計算：根據儲熱材料、換熱流體、封裝材料和罐體材料等物性參數建立傳熱流體和儲熱球之間的Dispersion?Concentric傳熱模型，對儲熱器多次充熱?放熱循環的熱力學計算，獲得多個循環周期內的充放熱規律及任意位置、任意時刻的溫度分布。最后，對儲熱器進行性能分析：計算各次循環中儲熱材料的儲熱量及放熱量，以及充放熱效率等評價指標，并對儲熱器的效果進行評價，最終完成儲熱器的設計。本發明可迅速有效地進行多層堆積球儲熱器結構與熱性能設計，為儲熱器的制造提供指導，有效降低企業開發周期與成本。

技術領域

本發明屬于太陽能熱能存儲以及利用領域，具體涉及一種多層堆積球儲熱器的設計方法。

背景技術

太陽能作為一種主要的可再生能源，具有豐富、清潔以及易獲取等特點，有效利用太陽能是解決目前全球面臨的能源危機的方法之一。而太陽能具有波動和不穩定的缺點，在聚光-集熱-發電環節中增加儲熱環節，能夠有效緩解太陽能的波動問題。儲熱設備能夠在日照條件較好時對多余的熱能進行存儲，而在太陽輻射大幅度波動時維持較恒定的能量輸出，在夜間或陰雨天向外供給能量，從而提高能源利用效率。

堆積球儲熱器通過流體直接沖刷儲熱球從而傳遞熱量的方式，大大增加了換熱面積，是一種高效的儲熱設備。不僅如此，而且相比于雙罐系統，節省了一個罐體，能夠縮減成本、減少占地體積和系統的復雜性，因此堆積球儲熱器受到了廣泛的關注，具有很高的應用價值。

然而，堆積球儲熱器中可以選擇的材料眾多，既可以使用各種價格低廉的固體填料進行顯熱蓄熱，也可以選擇填充高儲熱密度的相變儲熱材料的堆積球。根據大量文獻總結，涵蓋低溫至高溫儲熱環境中可用作儲熱材料的各種材料多達一千多種，因此如何根據實際使用工況快速篩選出最佳的儲熱材料是設計者面臨的一大難題。此外，組合多種不同儲熱材料構成多層堆積球儲熱器，例如在進出口處使用適量的高儲熱密度的相變材料以穩定進出口溫度，在儲熱器內部主體部分使用廉價儲熱材料以削減成本，能夠結合不同儲熱材料的優勢，從而進一步提高儲熱器的性能。因此，不僅需對各層儲熱材料逐一進行優選，而且各層的結構參數，如孔隙率、堆積球直徑等也需要進行優化求解。除此外，罐體的外型尺寸、罐體材料、保溫層等對儲熱性能和成本也有不可忽略的影響。綜上，需要開發一套設計方法，以開發多次充-放熱循環使用中性能最佳的儲熱器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種針對于多次充-放熱循環使用中的多層堆積球儲熱器的設計方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

1)根據儲熱器設計參數要求選擇使用溫度范圍、熔點、導熱系數、比熱容與之對應的一種或多種符合儲熱器設計參數要求的備選儲熱材料；

2)確定儲熱器運行時的運行參數，確定備選的一種或多種換熱流體、儲熱材料、封裝材料、保溫材料，確定備選的一套或多套儲熱器基本幾何結構參數后，分別根據各層儲熱體的高度、粒徑、孔隙率、儲熱材料物性建立多層儲熱體的物理模型和Dispersion-Concentric傳熱模型；

儲熱器運行時的運行參數包括：

儲熱材料的物性參數包括：

儲熱器基本幾何結構參數包括：

3)求解換熱流體與儲熱材料之間的傳熱過程：充放熱過程均在出口溫度達到閾值溫度或運行時間達到閾值時間時結束計算，得到多個循環周期內的充放熱規律及溫度數據后，計算各次循環中儲熱材料的儲熱量及放熱量，以及充放熱效率評價指標；

4)根據儲熱材料、封裝材料、罐體材料及保溫材料的成本，計算儲熱器的總成本和平均儲放熱成本的評價指標；