专利名称：高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及太阳能热发电蓄热技术领域，特别涉及一种高温熔融盐可移动分隔板 单罐蓄热装置及其使用方法。
背景技术：
随着能源危机、温室效应等环境问题的日益严重，开发利用新能源和可再生能源 已经成为全世界的共同课题。太阳能热发电由于具有对环境无污染、不排放温室气体、能源 可再生等优点，逐渐成为发展潜力巨大的可再生能源技术。
太阳能热发电通过镜面反射将太阳能聚集起来产生高温流体，高温流体通过管道 传递到位于地面的蒸汽发生器，产生高压过热蒸汽，推动传统气轮机发电。一般的太阳能热 发电系统包括日光反射系统、高温吸热传热系统和传统的蒸汽发电系统。太阳能热发电站 的形式主要有太阳能塔式发电系统、太阳能槽式发电系统和太阳能碟式发电系统。
由于昼夜、云层的飘逸或下雨气象原因都会影响太阳能的传递，太阳辐射地表的 能量具有间歇性和不稳定性，经聚光设备聚集的太阳辐射具有非连续、非稳态的特点。因此 简单的太阳能热发电系统存在太阳能发电周期和用电需求周期不匹配，太阳辐射能流密度 的突然变化导致的系统热应力的剧烈变化等问题。为了提高发电效率、减少发电成本、提 高太阳能热电系统的稳定性和连续性，则需要对太阳能热发电系统增加蓄热装置，以使系 统在没有太阳辐射能量的时候能继续满足发电需要，从而实现工业化大规模连续供能的要 求。开发低成本传热蓄热介质，发展高效蓄热技术(thermal energy storage, TES)，强化热 能器件能量转换效率和存储密度，以有效地解决太阳能的转换、储存与输运问题成为太阳 能高温热发电的关键技术之一。蓄热系统已成为衡量热发电系统成本和效率的重要因素。
目前熔融盐双罐蓄热方法已成为太阳能热发电系统中蓄热技术的主要型式，双罐 蓄热系统是指太阳能热发电系统包含两个蓄热罐，一个为高温熔融盐蓄热罐，一个为低温 熔融盐蓄热罐。双罐蓄热系统中冷罐和热罐分别单独放置，技术风险低，但是要制造两个蓄 热罐、高温维持、高低温罐的温差较小等因素导致单位造价与维护成本相对比较高，降低其 电力成本的空间非常有限。另一个研究较多的方式就是采用斜温层单罐蓄热，单罐蓄热系 统是指作为蓄热介质的低温熔融盐和高温熔融盐都储存在一个单罐中，在蓄热或放热过程 中，冷流体和热流体会相互接触，在接触区域形成一个温度斜温层，而当换热过程结束后， 单罐中的熔融盐温度维持相同。熔融盐斜温层单罐蓄热系热系统的好处是投资费用比双罐 蓄热系统节省了约35%，但该系统的由于冷热熔融盐的接触传热而导致单位体积有效蓄热 容量有所降低，同时由于冷热熔融盐的导热和对流作用，真正实现温度分层有一定困难。为 了维持温度分层单罐上下端各有独立的扩散器与集液器组成两个流程，分别供放热和蓄热 工作状态使用。扩散器常采用多个径向分布的圆管扩散器，集液器采用具有多个接口的集 液管，结构比较复杂。为了缩短斜温层的距离，防止冷热熔融盐对流混合，增加蓄热量，一般 会在罐内填充石英岩或石英砂等材料来增加斜温层的效应。要求填料具有良好的高温物理 和化学稳定性，以免形成碎屑堵塞通道。可见熔融盐单罐蓄热系统设计比较复杂，蓄放热过程控制难度较高、发电效率比较低。
为了减少太阳能热发电的发电成本、提高发电效率和年利用率、提高太阳能热电 系统的稳定性和连续性，这就需要一种单位有效蓄热容量更大、长期稳定、制造成本与运行 维护成本更低的蓄热方法与装置。发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能有效提高单位体积有效蓄热 容量的高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置。
本发明的另一目的在于提供一种上述高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置的 使用方法。
本发明的技术方案为一种高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置，包括罐体、 上罐盖、下罐盖、分隔板和直立柱，上罐盖和下罐盖分别设于罐体的上下两端，上罐盖顶部 设有高温熔融盐进出口，下罐盖底部设有低温熔融盐进出口，罐体上部设有上端盖，上端盖 上开有高温熔融盐罐体进出口，罐体下部设有下端盖，下端盖上开有低温熔融盐罐体进出 口，罐体中部设有上下活动于罐体内的分隔板，多个保持分隔板平衡用的直立柱穿过分隔 板，各个直立柱的上下两端分别固定于上端盖和下端盖上；罐体内，分隔板与上端盖之间的 空间为高温熔融盐区，分隔板与下端盖之间的空间为低温熔融盐区；高温熔融盐进出口与 低温熔融盐进出口之间分别外接有换热器和太阳能集热器，换热器和太阳能集热器并联设 置。其中，多个直立柱起到了使分隔板保持平衡的作用，分隔板随着蓄放热过程的进行可以 在罐体内上下移动，使高低温熔融盐保持在上下两个不同的区域，避免了高低温接触后形 成的传热损失。
所述上端盖设于上罐盖与罐体的连接处，上端盖通过焊接固定于罐体上；所述下 端盖设于下罐盖与罐体的连接处，下端盖通过焊接固定于罐体上。
所述上罐盖与罐体通过法兰连接，下罐盖与罐体通过法兰连接。
所述分隔板和/或直立柱的材料为高温陶瓷，高温陶瓷具有低的热导率，可以起 到隔热和减少热损失的效果。
所述上端盖和/或下端盖的材料为不锈钢，所述罐体的材料为不锈钢。
所述直立柱有3根，在圆周方向上均勻分布于罐体内。
所述上罐盖和/或下罐盖的竖向截面为半椭圆形，上罐盖顶部的高温熔融盐进出 口处和下罐盖底部的低温熔融盐进出口处分别设有安全阀。
所述罐体外周缠绕有保证蓄热装置启动时熔融盐处于液态、加热罐体并且平衡热 损失用的电加热丝，罐体最外周包裹有防止传导、对流和辐射造成热损失用的玻璃纤维隔 执层。
本高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置中，罐体直径与高度等尺寸取决于太阳 能热发电过程中的蓄热温度与蓄热容量，其它各部件的尺寸根据罐体尺寸进行设计。本蓄 热装置采用熔融盐作为蓄热和放热过程中的传热介质，其工作温度范围为200 1000°C。
本蓄热装置的工作原理是由于太阳能热发电的连续性，要求充当蓄热和传热介 质的熔融盐能连续提供热量完成循环过程，则必须使高低温熔融盐都保存在罐中，本蓄热 装置利用分隔板对高温熔融盐和低温熔融盐进行机械性隔离，使高低温流体在蓄热过程和放热过程中保持在分隔板的两个空间内，从而有效的避免了由于高低温流体直接接触而形 成的斜温层所造成的热量损失。
上述高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置的使用方法，包括蓄热阶段的使用和 放热阶段的使用，蓄热阶段和放热阶段蓄热装置内的熔融盐流动方向相反，具体为
(1)蓄热阶段蓄热阶段开始时，分隔板处于罐体上部靠近上端盖处，分隔板与下 端盖之间的空间充满低温熔融盐；蓄热阶段开始后，低温熔融盐从下端盖上的低温熔融盐 罐体进出口流出低温熔融盐区，再由下罐盖上的低温熔融盐进出口流向太阳能集热器，经 太阳能集热器后吸热升温，形成高温熔融盐，高温熔融盐由上罐盖上的高温熔融盐进出口 流入，再由上端盖上的高温熔融盐罐体进出口流入高温熔融盐区，该过程分隔板沿着直立 柱逐渐向下运动；蓄热阶段结束后，分隔板处于罐体下部靠近下端盖处，分隔板与下端盖之 间的空间充满高温熔融盐，罐体内无低温熔融盐；
(2)放热阶段放热阶段开始时，分隔板处于罐体下部靠近下端盖处，分隔板与下 端盖之间的空间充满高温熔融盐；放热阶段开始后，高温熔融盐从上端盖上的高温熔融盐 罐体进出口流出高温熔融盐区，再由上罐盖上的高温熔融盐进出口流向换热器，经过换热 器释放热量后形成低温熔融盐，低温熔融盐由下罐盖上的低温熔融盐进出口流入，再由下 端盖上的低温熔融盐罐体进出口流入低温熔融盐区，该过程分隔板沿着直立柱逐渐向上运 动；放热阶段结束后，分隔板处于罐体上部靠近上端盖处，分隔板与下端盖之间的空间充满 低温熔融盐，罐体内无高温熔融盐。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果
(1)单位体积的有效蓄热量大。由于蓄热装置中冷热流体无直接接触，在罐体内没 有因温度斜温层而造成的损失，较大的提高了蓄热能力。
(2)单罐蓄热装置结构简单、紧凑、使用和维护方便。罐体采用机械性的陶瓷分 隔板使冷热熔融盐保持在板的上下端，与原有斜温层单罐蓄热系统相比，减少了维持斜温 层的扩散器、集液器和填充材料等结构，大大的简化了罐体的结构，对罐体的维护也非常方 便；同时采用了陶瓷柱体和陶瓷板材料使得系统的防腐蚀性能得到了提高。
(3)进出口熔融盐工作温度恒定。太阳能热发电要求高温熔融盐的温度尽量恒定， 与原有斜温层单罐蓄热系统熔融盐温度在斜温层内会发生变化不同，可移动分隔板的单罐 蓄热装置可以使高低温熔融盐的温度保持恒定。
(4)制造成本低、应用范围广。可移动分隔板的单罐蓄热系统与双罐蓄热系统、斜 温层单罐蓄热系统比较，制造成本明显降低，维护费用也相应减少；系统不仅适用于太阳能 热发电高温蓄热装置，也适用于需要蓄热介质完成循环的中低温蓄能场合，具有较广的应 用范围。
(5)蓄热量可进行调节。由于蓄热装置中高低温熔融盐被陶瓷板隔开，因此熔融盐 的放热量可根据实际需要进行调节，相比斜温层单罐蓄热系统，其可以较好的避免高低温 熔融盐之间的相互传热损失。
图1为本高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不 限于此。
实施例
本实施例一种高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置，其结构如图1所示，包括 罐体1、上罐盖2、下罐盖11、分隔板7和直立柱6，上罐盖2和下罐盖11分别设于罐体1的 上下两端，上罐盖2顶部设有高温熔融盐进出口 3，下罐盖11底部设有低温熔融盐进出口 10，罐体1上部设有上端盖4，上端盖4上开有高温熔融盐罐体进出口 5，罐体1下部设有下 端盖8，下端盖8上开有低温熔融盐罐体进出口 9，罐体1中部设有上下活动于罐体内的分 隔板7，多个保持分隔板7平衡用的直立柱6穿过分隔板7，各个直立柱6的上下两端分别 固定于上端盖4和下端盖8上；罐体1内，分隔板7与上端盖4之间的空间为高温熔融盐 区，分隔板7与下端盖8之间的空间为低温熔融盐区；高温熔融盐进出口与低温熔融盐进 出口之间分别外接有换热器和太阳能集热器，换热器和太阳能集热器并联设置。其中，多个 直立柱6起到了使分隔板7保持平衡的作用，分隔板7随着蓄放热过程的进行可以在罐体 1内上下移动，使高低温熔融盐保持在上下两个不同的区域，避免了高低温接触后形成的传 热损失。
上端盖4设于上罐盖2与罐体1的连接处，上端盖4通过焊接固定于罐体1上；下 端盖8设于下罐盖11与罐体1的连接处，下端盖8通过焊接固定于罐体1上。
上罐盖2与罐体1通过法兰连接，下罐盖11与罐体1通过法兰连接。
分隔板7和/或直立柱6的材料为高温陶瓷，高温陶瓷具有低的热导率，可以起到 隔热和减少热损失的效果。
上端盖4和/或下端盖8的材料为不锈钢，罐体1的材料为不锈钢。
直立柱6有3根，在圆周方向上均勻分布于罐体1内。
上罐盖2和/或下罐盖11的竖向截面为半椭圆形，上罐盖2顶部的高温熔融盐进 出口 3处和下罐盖11底部的低温熔融盐进出口 9处分别设有安全阀。
罐体1外周缠绕有保证蓄热装置启动时熔融盐处于液态、加热罐体并且平衡热损 失用的电加热丝，罐体1最外周包裹有防止传导、对流和辐射造成热损失用的玻璃纤维隔 执层。
本高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置中，罐体1的直径与高度等尺寸取决于 太阳能热发电过程中的蓄热温度与蓄热容量，其它各部件的尺寸根据罐体1的尺寸进行设 计。本蓄热装置采用熔融盐作为蓄热和放热过程中的传热介质，其工作温度范围为200 1000°C。
本蓄热装置的工作原理是由于太阳能热发电的连续性，要求充当蓄热和传热介 质的熔融盐能连续提供热量完成循环过程，则必须使高低温熔融盐都保存在罐中，本蓄热 装置利用分隔板7对高温熔融盐和低温熔融盐进行机械性隔离，使高低温流体在蓄热过程 和放热过程中保持在分隔板的两个空间内，从而有效的避免了由于高低温流体直接接触而 形成的斜温层所造成的热量损失。
上述高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置的使用方法，包括蓄热阶段的使用和 放热阶段的使用，蓄热阶段和放热阶段蓄热装置内的熔融盐流动方向相反，具体为
(1)蓄热阶段蓄热阶段开始时，分隔板7处于罐体1上部靠近上端盖4处，分隔板 7与下端盖8之间的空间充满低温熔融盐；蓄热阶段开始后，低温熔融盐从下端盖8上的低 温熔融盐罐体进出口 9流出低温熔融盐区，再由下罐盖11上的低温熔融盐进出口 10流向 太阳能集热器，经太阳能集热器后吸热升温，形成高温熔融盐，高温熔融盐由上罐盖2上的 高温熔融盐进出口 3流入，再由上端盖4上的高温熔融盐罐体进出口 5流入高温熔融盐区， 该过程分隔板7沿着直立柱6逐渐向下运动；蓄热阶段结束后，分隔板7处于罐体下部靠近 下端盖8处，分隔板7与下端盖8之间的空间充满高温熔融盐，罐体1内无低温熔融盐；
(2)放热阶段放热阶段开始时，分隔板7处于罐体1下部靠近下端盖8处，分隔板 7与下端盖8之间的空间充满高温熔融盐；放热阶段开始后，高温熔融盐从上端盖4上的高 温熔融盐罐体进出口 5流出高温熔融盐区，再由上罐盖2上的高温熔融盐进出口 3流向换 热器，经过换热器释放热量后形成低温熔融盐，低温熔融盐由下罐盖8上的低温熔融盐进 出口 10流入，再由下端盖8上的低温熔融盐罐体进出口 9流入低温熔融盐区，该过程分隔 板7沿着直立柱6逐渐向上运动；放热阶段结束后，分隔板7处于罐体1上部靠近上端盖4 处，分隔板7与下端盖8之间的空间充满低温熔融盐，罐体1内无高温熔融盐。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用 来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要 求所要求保护的范围所涵盖。
权利要求
1.高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置，其特征在于，包括罐体、上罐盖、下罐盖、分 隔板和直立柱，上罐盖和下罐盖分别设于罐体的上下两端，上罐盖顶部设有高温熔融盐进 出口，下罐盖底部设有低温熔融盐进出口，罐体上部设有上端盖，上端盖上开有高温熔融盐 罐体进出口，罐体下部设有下端盖，下端盖上开有低温熔融盐罐体进出口，罐体中部设有上 下活动于罐体内的分隔板，多个保持分隔板平衡用的直立柱穿过分隔板，各个直立柱的上 下两端分别固定于上端盖和下端盖上；罐体内，分隔板与上端盖之间的空间为高温熔融盐 区，分隔板与下端盖之间的空间为低温熔融盐区；高温熔融盐进出口与低温熔融盐进出口 之间分别外接有换热器和太阳能集热器，换热器和太阳能集热器并联设置。
2.根据权利要求1所述的高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置，其特征在于，所述 上端盖设于上罐盖与罐体的连接处，上端盖通过焊接固定于罐体上；所述下端盖设于下罐 盖与罐体的连接处，下端盖通过焊接固定于罐体上。
3.根据权利要求1所述的高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置，其特征在于，所述 上罐盖与罐体通过法兰连接，下罐盖与罐体通过法兰连接。
4.根据权利要求1所述的高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置，其特征在于，所述 分隔板和/或直立柱的材料为高温陶瓷。
5.根据权利要求1所述的高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置，其特征在于，所述 上端盖和/或下端盖的材料为不锈钢，所述罐体的材料为不锈钢。
6.根据权利要求1所述的高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置，其特征在于，所述 直立柱有3根，在圆周方向上均勻分布于罐体内。
7.根据权利要求1所述的高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置，其特征在于，所述 上罐盖和/或下罐盖的竖向截面为半椭圆形，上罐盖顶部的高温熔融盐进出口处和下罐盖 底部的低温熔融盐进出口处分别设有安全阀。
8.根据权利要求1所述的高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置，其特征在于，所述 罐体外周缠绕有保证蓄热装置启动时熔融盐处于液态、加热罐体并且平衡热损失用的电加 热丝，罐体最外周包裹有防止传导、对流和辐射造成热损失用的玻璃纤维隔热层。
9.根据权利要求1 8任一项所述高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置的使用方 法，其特征在于，包括蓄热阶段的使用和放热阶段的使用，蓄热阶段和放热阶段蓄热装置内 的熔融盐流动方向相反，具体为(1)蓄热阶段蓄热阶段开始时，分隔板处于罐体上部靠近上端盖处，分隔板与下端盖 之间的空间充满低温熔融盐；蓄热阶段开始后，低温熔融盐从下端盖上的低温熔融盐罐体 进出口流出低温熔融盐区，再由下罐盖上的低温熔融盐进出口流向太阳能集热器，经太阳 能集热器后吸热升温，形成高温熔融盐，高温熔融盐由上罐盖上的高温熔融盐进出口流入， 再由上端盖上的高温熔融盐罐体进出口流入高温熔融盐区，该过程分隔板沿着直立柱逐渐 向下运动；蓄热阶段结束后，分隔板处于罐体下部靠近下端盖处，分隔板与下端盖之间的空 间充满高温熔融盐，罐体内无低温熔融盐；(2)放热阶段放热阶段开始时，分隔板处于罐体下部靠近下端盖处，分隔板与下端盖 之间的空间充满高温熔融盐；放热阶段开始后，高温熔融盐从上端盖上的高温熔融盐罐体 进出口流出高温熔融盐区，再由上罐盖上的高温熔融盐进出口流向换热器，经过换热器释 放热量后形成低温熔融盐，低温熔融盐由下罐盖上的低温熔融盐进出口流入，再由下端盖上的低温熔融盐罐体进出口流入低温熔融盐区，该过程分隔板沿着直立柱逐渐向上运动； 放热阶段结束后，分隔板处于罐体上部靠近上端盖处，分隔板与下端盖之间的空间充满低 温熔融盐，罐体内无高温熔融盐。
全文摘要
本发明公开一种高温熔融盐可移动分隔板单罐蓄热装置及其使用方法，蓄热装置包括罐体、上罐盖、下罐盖、分隔板和直立柱，上、下罐盖分别设于罐体的上下两端，上罐盖顶部设有高温熔融盐进出口，下罐盖底部设有低温熔融盐进出口，罐体上、下部分别设有上端盖和下端盖，上端盖上开有高温熔融盐罐体进出口，下端盖上开有低温熔融盐罐体进出口，罐体中部设有上下活动于罐体内的分隔板，多个直立柱穿过分隔板，各个直立柱的上下两端分别固定于上端盖和下端盖上；其使用方法包括蓄热阶段的使用和放热阶段的使用，蓄热阶段和放热阶段蓄热装置内的熔融盐流动方向相反。本蓄热装置单位体积的有效蓄热量大，单罐蓄热装置结构简单、紧凑、使用和维护方便。
文档编号F28F21/04GK102032824SQ20101057495
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者丁静, 杨小平, 杨建平, 杨晓西, 陆建峰 申请人:东莞理工学院, 中山大学