一种兼具热储及放热功能的热能储存装置及其用图

文档序号:9394836阅读:643来源:国知局
一种兼具热储及放热功能的热能储存装置及其用图
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种热能储存装置,尤指一种兼具热储及放热功能的热能储存装置及 其用途。
【背景技术】
[0002] 太阳热能发电是利用太阳热能结合热能储存来驱使发电机组持续发电,不受阴雨 天候影响外,并且可于夜间发电,是最具潜力的再生能源,而热能储存是太阳热能发电的关 键技术。现有技术中的太阳热能储存方式,大致分为使用显热(sensibleheat)储存材料、 使用潜热(latentheat)储存材料及使用化学反应式(thermochemicalreaction)储热材 料=类。
[0003] 在太阳热能发电领域中,最常使用的显热储存材料,是使用烙点为22rC且成分含 66. 3%硝酸钢(NaN〇3)及33. 7%硝酸钟(KN03)的融烙盐(moltensalt)。现有技术的太阳 热能发电系统,除了使用显热型融烙盐作为热能储存的物质外,显热型融烙盐本身也作为 热传递流体化eattransferfluid,HT巧使用。但是,太阳热能发电系统使用显热型融烙 盐作为热传递流体(HT巧的缺点,包括:显热型融烙盐溫度过低时会凝固,易发生管道阻塞 问题,加上显热型融烙盐本身具腐蚀性,溫度过高时会分解劣化及腐蚀金属管路。
[0004] 为了确保显热型融烙盐不会阻塞及腐蚀金属管路,显热型融烙盐的操作溫度范 围,在太阳热能发电系统中,一般只能限于290~565°C,此限制不但造成太阳热能发电系 统的储热溫度范围只介于29(TC至565°C,更造成太阳热能发电系统释出的热能只能产生 溫度不超过565°C的蒸汽,在蒸汽溫度不超过600°C的条件下,太阳热能发电系统需要搭 配使用面积式太阳热能集热器。但是,面积式太阳热能集热器是由垂直金属管路制成,受 到金属管路的热应力限制,面积式太阳热能集热器的阳光聚集强度只限于数百个太阳的 照射强度,总集热效率约只达57%。当太阳热能发电系统使用面积式太阳热能集热器与 效率约达34%的蒸汽满轮机(steam化rbine)搭配发电时,其整体太阳热能发电效率为 (0. 57X0. :34 = )19. 5%不超过 20%。
[0005] 潜热(latentheat)是物质在(固态、液态、气态)相变化过程中吸收或释放的能 量,而相变化材料(phase-changematerial,下文简称PCM材料)是一种具高烙化热的潜热 储热材料,利用在恒溫状况下固态/液态/气态相变化过程中吸热及放热来储热。在相变 化溫度时,PCM材料经由吸收热能会使物质状态从固态烙化成液态,且PCM材料在吸收热能 的过程中,PCM材料的溫度并没有明显的升高;当外在环境溫度降低,PCM材料经由释放热 能会使物质状态将从液态固化成固态,故PCM材料具有储存或释放大量能量的能力。
[0006]PCM材料在低溫状况下为固态,在太阳热能发电系统中是无法直接作为热传递流 体(HT巧使用,故使用潜热储热材料的太阳热能发电系统,在集热及储热系统的设计较为 复杂。不过,潜热储热材料的潜热储热密度远高于显热储存材料,在储热量及体积上占有相 对优势,应用于太阳热能发电系统,将提高太阳热能发电效率。
[0007] 太阳热能发电系统的储热溫度愈高,太阳热能发电效率愈高。当太阳热能发电系 统使用高溫储热器与相当于1,000至数千个太阳照射强度的体积式太阳热能集热器结合, 集热及储热的整体效率为70~80%,溫度可达1200°C,所释出的热能用于将气满轮机(gas 化rbine)的进气溫度加热,W推动气满轮机复循环(Combined切cle)发电机组;在气满 轮机出口气体的余热仍高达60(TC的状况下,将进一步应用来再推动蒸汽满轮机发电。当 太阳热能发电系统使用前述高溫储热器及体积式太阳热能集热器与效率约达50%的气满 轮机复循环发电机组搭配发电时,其整体太阳热能发电效率将达(0. 7X0. 5~0. 8X0. 5 =)35 ~40%。
[0008] 据此,开发一种使用潜热储存材料的热储存器,并且兼备储热量高、储热溫度高、 耐高压W及储热/放热热交换效率高的特性,将有助于提高太阳热能发电效率。
[0009] 现有技术中兼具高热传速率,高热交换效率及耐高压的热交换器,有通道热交换 器(micro-channelheatexchanger)及结构类似的印刷线路微管道热交换器(printed circuitheatexchanger,简称PCHE热交换器)。
[0010] 如图1所示,现有微通道热交换器90的构造,是由多个热交换单元91堆找而成; 每个热交换单元91由一片第一热交换板93及一片第二热交换板95交互堆找,再使用扩散 焊接(difTusionbonding)结成一体。其中,第一热交换板93的板面上,设有多个第一微 通道94,作为供热传递流体F1流过的流道;第二热交换板95的板面上,设有多个第二微通 道96,与第一热交换板93的第一微通道94呈90度交错,且作为供热传递流体F2流过的 流道。当热传递流体F1流经第一微通道94的时候,与流经第二微通道96且流向互成90 度交错的热传递流体F1产生高热传速率的热交换,加上第一微通道94与第二微通道96之 间仅W厚度极薄的第一热交换板93或第二热交换板95相隔,故热交换效率高达94%。
[0011] 上述微通道热交换器及PC肥热交换器,都具备高热传速率、高热交换效率及耐高 压特性,但两者都不具备储热功能。

【发明内容】

[0012] 有鉴于此,本发明的发明动机在于实现使现有技术中的微信道热交换器(或PCHE 热交换器)与潜热储存材料结合而构成一种兼具热储及放热功能的热能储存装置。
[0013] 本发明的主要目的在于掲露一种热能储存装置,使用潜热储存材料兼具热储及放 热功能,W单台或多台并联或串联或并联及串联组合使用,且应用于太阳热能发电系统中 作为热能储存的用途,可利用空气或其它热传递流体(HT巧吸收体积式太阳集热器的热能 并与气满轮机复循环发电机组结合,有助于将整体太阳热能发电效率提升至达35~40%。
[0014] 所述热能储存装置的具体构造,包括一热效应机构及两个W上集流分流罩体,所 述热效应机构进一步包括一外部架构及一储热放热机构,其中,所述外部架构用于构成所 述热效应机构的刚性架构,且供所述储热放热机构设置于其内部;所述储热放热机构是由 多个热储/热交换单元堆找而成,每个热储/热交换单元由一热储存板及一热交换板叠合 制成,且所述热储存板设有多个并列管道槽,供PCM材料存放其内;所述热交换板设有一组 W上微管道群组,优选为设有两组分开的"Z"形微管道群组,作为热传递流体的流动通道, 且每组微管道群组由多个微管道单元并列构成,供热传递流体经过时与所述热储存板的 PCM材料进行热交换。
[0015] 所述集流分流罩体,由一中空腔体及一管路构成,其中,所述中空腔体设于所述热 效应机构的储热放热机构外部,将所述储热放热机构的每个热储/热交换单元的微管道群 组的进口端或出口端笼罩在其内,且所述管路与所述中空腔体相通,作为输入或输出热传 递流体的管路。
[0016] 所述热储/热交换单元的热储存板的板厚5~20mm,其中并列的管道槽的底部厚 度0. 3~3mm、槽道宽度5~20mm,且管道槽之间的槽道间隔介于0. 3~3mm。
[0017] 所述热储/热交换单元的热交换板的板厚1~4mm,其中所述微管道群组的微管道 单元的管道构造,包括管道深度0. 5~1. 5mm、管道宽度1. 0~3. 0mm,且相邻微管道单元之 间的最小壁厚为0. 3~1. 5mm;优选管道构造为直径1. 0~3. 0mm的半圆形微管道。
[0018] 所述PCM材料选自碳酸裡化i2C〇3)、氣化裡化iF)、氣化钢(NaF)、氣化钟(KF)、氣 化儀(MgFz)、氣化巧府F2)、氧化巧(CaO)、46. 5%氣化裡/II. 5%氣化钢742%氣化钟混合 融烙盐、80. 5 %氣化裡/19. 5 %氣化巧混合融烙盐或66. 3 %硝酸钢/33. 7 %硝酸钟混合融 烙盐的其中一种;优选为所述PCM材料中添加石墨或金属。
[0019] 所述热能储存装置的储热溫度达1000°CW上,优选为介于1200°c~1500°C,最优 选为达150(TCW上,适用于太阳热能发电系统中作为热能储存的用途。
[0020] 本发明的热能储存装置,具有W下有益效果:
[0021] 1、所述热能储存装置具备同时输入热能、同时吸取热能或一面输入热能一面吸取 热能的功能。
[0022] 2、所述热能储存装置使用潜热储存材料,兼具热储及放热功能,彻底解决及突破 现有微通道热交换器或PC肥热交换器不具备储热功能的缺点。
[0023] 3、所述热能储存装置能W单台或多台并联或串联或并联及串联组合使用,且储热 溫度达1200°CW上,应用于太阳热能发电系统中作为热能储存的用途,有助于将整体太阳 热能发电效率提升至达35~40%。
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