专利名称：用于太阳能的单罐相变储热装置的制作方法
技术领域：
本发明属太阳能领域，涉及太阳热能储热技术，尤其涉及一种太阳能单罐相变储热装置。
背景技术：
太阳能指太阳的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光电转换、光热转换以及光化学转换3种主要方式。太阳能光伏发电，通过光电转换把太阳辐射转化为电能；太阳能光热利用，利用太阳辐射加热水，或产生蒸汽为工业工艺用热或汽轮机发电提供蒸汽等。归纳讲，太阳能具有以下的优点:(1)普遍:太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。(2)无害:开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。(3)巨大:每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。(4)长久:根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。太阳能清洁环保，无任何污染，更没有能源短缺这一说法，其种种优点决定了在未来能源更替中的不可取代的地位。但是太阳能作为清洁的可再生能源，在实际应用中也存在如下的缺点:(1)分散性:到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向I平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。(2)不稳定性:由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。针对太阳能分散性的缺点，可以通过聚光的方式进行利用，即通过太阳能聚光器，如槽式、塔式或碟式等聚光器将太阳光先聚光，提高能流密度后再进行利用。如太阳能光热发电以及聚光光伏等。对于太阳能不稳定及间歇性的缺点，解决的有效途径之一就是通过储热的方式。目前通过储热技术已经实现了太阳能光热电站24小时连续发电运行。按照储热时间，太阳能储热可分为短期储热和季节性储热。其中季节性储热容积较大、充放热循环周期比较长。季节性储热的装置可置于地面以上，一般较常见的有钢质储热水塔，如荷兰Bunnik储热水塔,但这种储热方式投资相对较高,且储热容积有一定的限制。对保温性能也有较高的要求。地下存储被认为是跨季节储热最有前途的方案之一。如加拿大渥太华Carleton大学的太平洋农业研究中心等。但此类方法受地质条件影响较大，具有一定的局限性。专利200910066825.2 (申请日期:2009.4.16)公开了一种太阳能地下跨季节储热方法。短期储热装置中相变储热是一种非常有效且具有潜力的方法。相变储热装置是相变材料相变过程中吸收和放出热量来实现热交换的装置。现编储热换热装置与普通换热设备和显热储热设备相比，其突出的特点是换热设备中布置流体管道的同时需布置相变材料，并且根据相变传热的特征，相变材料与流体传热的过程中因相变材料不断发生相变而使相变材料侧的传热热阻逐渐增大，当相变材料层完全发生相变后会使系统的有效面积逐渐减小，从而导致流体侧温度随之发生变化。专利201220098353.6 (申请日:2012.3.16)公开了一种用于太阳能热发电的高温储热换热装置。专利201010128656.3(申请日:2010.3.18)公开了一种应用于太阳能热利用中的套管式高温储热装置，该装置具有结构简单、安全可靠且换热效率高得特点。但现有专利技术或存在高温高压下工作的稳定性和安全性欠佳或存在为安全考虑将相变储热材料存储在管道中而使得储热容量非常有限等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种用于太阳能的单罐相变储热装置。将相变储热材料与盘管式强制换热技术和真空保温技术结合起来，以解决目前存在的太阳能存储过程中的问题，使太阳能等非稳定新能源实现稳定、高效和环保的利用。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:一种用于太阳能的单罐相变储热装置，其主要特点在于包括有在罐体上设有呼吸口、储热介质进料口、上盖、储热介质出料口、储热介质排料口，罐体内设有多环多层热交换盘管，多环多层热交换盘管并联设于热交换盘管上端传热介质出口管和设于热交换盘管下端的传热介质入口管之间，构成传热介质流通管道；罐体由内壁、上盖和储热介质排料口围成储热室，内装储热介质；储罐内壁和储罐外壁构成密闭的保温夹层；罐内设有温度计。所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，还包括有所述的储罐内壁和储罐外壁构成密闭的保温夹层为真空绝热层，在储罐外壁上设有抽真空口，与真空设备相连；真空度为
101Pa 10 3Pa0所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，还包括有在盘管中心设有竖管，且与各层盘管并联。所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，还包括有所述的盘管设于角钢支撑板上。所述的温度计为远传输直显双金属温度计。所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，还包括有所述的多环多层热交换盘管的传热介质入口管与太阳能集热场传热介质的出口相连，传热介质出口管与传热介质膨胀罐相连。所述的多环多层热交换盘管为2至6环。为了使得传热均匀，盘管周围的熔盐小于 1 SOmnin所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，还包括有在罐体上设有支腿、吊耳。所述的由储罐内壁、上盖和储热介质排料口围成的储热室通过呼吸口与大气相连。
所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，所述的储热介质为储热材料石蜡或熔融硝酸盐或Al-Cu-Mg-Zn相变合金材料中的一种。所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，所述的传热介质为导热油或水或蒸汽或三元或两元硝酸熔融盐介质中的一种。由于采用了上述方案，本发明的有益效果:1.由于该用于太阳能的单罐相变储热装置中采用相变储热的技术，使得储热密度大大提高，相同储热容量的前提下有效减小了储热容积；相变材料热量的存储与释放过程在同一装置中进行，有效简化了储热装置结构，降低了成本。2.通过真空夹层的隔热技术，降低了储热装置对保温材料的苛刻要求，降低了热损失，有效提闻了储热效率。3.通过将相变储热材料存储在储热装置中容积相对较大的储热室内，在储热装置容积不变的条件下，显著增加了储热容量；传热介质在盘管流道中流通，提高了装置的安全性，降低了装置承压要求。4.通过储热系统，解决了太阳能不稳定及间歇性的缺点，实现了太阳能稳定持续供应，有效提升了太阳能的高效稳定利用。
:图1:本发明的主视示意图；图2:图1的A向俯视示意图；图3:图1的B-B剖视示意图。图中:1.呼吸口，2.储热介质进料口，3吊耳，4上盖5.储罐外壁，6.传热介质出口，7.真空绝热层，8.储罐内壁，9.远传输直显双金属温度计，10.储热介质，11.传热介质入口，12.支腿，13.储热介质出料口，14.储热介质排料口，15.抽真空口，16.第I层热交换盘管，17.第2层热交换盘管，18.第3层热交换盘管，19.和中心热交换盘管，20.角钢支撑板
具体实施例方式以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例1:一种用于太阳能的单罐相变储热装置，见图1，图2，图3，有在罐体上设有呼吸口 1、储热介质进料口 2、上盖4、储热介质出料口 13、储热介质排料口 14，罐体内设有多环多层热交换盘管，多环多层热交换盘管并联设于热交换盘管上端传热介质出口管6和设于热交换盘管下端的传热介质入口管11之间，构成传热介质流通管道，构成的传热介质流道中的流向为下进上出。罐体由内壁8、上盖4和储热介质排料口 14围成储热室，内装储热介质10，所述的传热介质与储热介质在储热与放热过程中的热交换均由罐内的传热介质流道完成。储罐内壁8和储罐外壁5构成密闭的保温夹层7 ;罐内设有温度计9。所述的温度计为远传输直显双金属温度计。所述的多环多层热交换盘管的传热介质入口管11与太阳能集热场传热介质的出口相连，传热介质出口管6与传热介质膨胀罐相连。
所述的多环多层热交换盘管为2至6环，层数为15层以上，为了使得传热均匀，盘管周围的熔盐小于150mm。所述的罐体上设有支腿12、吊耳3。所述的由储罐内壁8、上盖4和储热介质排料口 14围成的储热室通过呼吸口 I与大气相连。储罐直径为2m，热交换盘管在径向上共分布2环，其中第一环热交换盘管16到中心环热交换盘管之间盘管的环数为2环，所述的盘管设于角钢支撑板20上，保证间距相等。盘管直径为20mm。储热介质为石蜡储热材料。导热介质为水。实施例2:所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，所述的盘管中心处设有竖管，并与各层盘管并联。其余结构与实施例1相同。实施例3:所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，还包括有所述的储罐内壁8和储罐外壁5构成密闭的保温夹层7为真空绝热层，在储罐外壁5上设有抽真空口 15，与真空设备相连，真空度为10_2Pa。其余结构与实施例1相同。不同之处在于:储罐直径为4m，热交换盘管在径向上共分布6环，其中第一环热交换盘管16到中心环热交换盘管之间盘管的环数为6环，间距相等，盘管直径为20mm。储热介质为石蜡储热材料。导热介质为高温蒸汽，蒸汽参数为:压力4MPa，温度300°C。实施例4:一种用于太阳能的单罐相变储热装置，见图1，包括呼吸口 1，储热介质进料口 2、吊耳3、上盖4、储罐外壁5、传热介质出口 6、真空绝热层7、储罐内壁8、远传输直显双金属温度计9、储热介质10、传热介质入口 11、支腿12、储热介质出料口 13、储热介质排料口 14、抽真空口 15、第I环热交换盘管16、第2环热交换盘管17、第3环热交换盘管18和中心环热交换盘管19。储罐内壁8、上盖4和储热介质排料口 14围成储热室，内装储热介质10 ;储罐内壁8和储罐外壁5构成密闭的保温夹层7 ;传热介质入口 11、第I环热交换盘管16、第2环热交换盘管17、第3环热交换盘管18和中心环热交换盘管19以及传热介质出口 6构成传热介质流通管道。其中，由传热介质入口 11、第I环热交换盘管16、第2环热交换盘管17、第3环热交换盘管18和中心环热交换盘管19以及传热介质出口 6构成的传热介质流道的入口与外界太阳能集热场传热介质的出口相连，传热介质流道出口与传热介质膨胀罐相连。储罐内壁8和储罐外壁5构成密闭的真空夹层7的真空度为10_2Pa。储罐直径为2m，热交换盘管在径向上共分布4环，其中第一环热交换盘管16到中心环热交换盘管19之间盘管的环数为4环，间距相等，盘管直径为20mm。储热介质为硝酸盐储热材料，成分及配比为:硝酸钾53%，硝酸钠40%，亚硝酸钠7%。导热介质为导热油，型号为VP-1。使用时，将导热油VP-1加热到393°C，经过热交换盘管将熔融盐加热到370°C。实施例5:与实施例3基本相同，不同之处在于:
储罐直径为2m，热交换盘管在径向上共分布4环，其中第一环热交换盘管16到中心环热交换盘管19之间盘管的环数为4环，间距相等，盘管直径为20mm。储热介质为硝酸盐储热材料，成分及配比为:硝酸钾53%，硝酸钠40%，亚硝酸钠7%。导热介质为高温蒸汽，蒸汽参数为:压力4MPa，温度300°C。实施例6:与实施例3基本相同，不同之处在于:储罐直径为2m，热交换盘管在径向上共分布3环，其中第一环热交换盘管16到中心环热交换盘管19之间盘管的环数为3环，间距相等，盘管直径为20mm。储热介质为Al-Cu-Mg-Zn高温相变合金。导热介质为高纯硝酸钾熔融盐。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于太阳能的单罐相变储热装置，其特征在于包括有在罐体上设有呼吸口、储热介质进料口、上盖、储热介质出料口、储热介质排料口，罐体内设有多环多层热交换盘管，多环多层热交换盘管并联设于热交换盘管上端传热介质出口管和设于热交换盘管下端的传热介质入口管之间，构成传热介质流通管道；罐体由内壁、上盖和储热介质排料口围成储热室，内装储热介质；储罐内壁和储罐外壁构成密闭的保温夹层；罐内设有温度计。
2.如权利要求1所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，其特征在于还包括有所述的储罐内壁和储罐外壁构成密闭的保温夹层为真空绝热层，在储罐外壁上设有抽真空口，与真空设备相连；真空度为KT1Pa 10_3Pa。
3.如权利要求1所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，其特征在于还包括有在盘管中心设有竖管，且与各层盘管并联。
4.如权利要求1所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，其特征在于还包括有所述的盘管设于角钢支撑板上。
5.如权利要求1所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，其特征在于所述的温度计为远传输直显双金属温度计。
6.如权利要求1所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，其特征在于还包括有所述的多环多层热交换盘管的传热介质入口管与太阳能集热场传热介质的出口相连，传热介质出口管与传热介质膨胀罐相连。
7.如权利要求1所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，其特征在于所述的多环多层热交换盘管为2至6环。
8.如权利要求1所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，其特征在于还包括有在罐体上设有支腿、吊耳。
9.如权利要求1所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，其特征在于所述的由储罐内壁、上盖和储热介质排料口围成的储热室通过呼吸口与大气相连。
10.如权利要求1所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，其特征在于所述的储热介质为储热材料石蜡或熔融硝酸盐或Al-Cu-Mg-Zn相变合金材料中的一种。
11.如权利要求1所述的用于太阳能的单罐相变储热装置，其特征在于所述的传热介质为导热油或水或蒸汽或三元或两元硝酸熔融盐介质中的一种。
全文摘要
本发明属太阳能领域，涉及太阳热能储热技术，尤其涉及一种太阳能单罐相变储热装置。一种用于太阳能的单罐相变储热装置，其主要特点在于包括有在罐体上设有呼吸口、储热介质进料口、上盖、储热介质出料口、储热介质排料口，罐体内设有多环多层热交换盘管，多环多层热交换盘管并联设于热交换盘管上端传热介质出口管和设于热交换盘管下端的传热介质入口管之间，构成传热介质流通管道；罐体由内壁、上盖和储热介质排料口围成储热室，内装储热介质；储罐内壁和储罐外壁构成密闭的保温夹层；罐内设有温度计。本发明的优点是太阳能的单罐相变储热装置中采用相变储热技术，使得储热密度大大提高，相同储热容量的前提下有效减小了储热容积；相变材料热量的存储与释放过程在同一装置中进行，有效简化了储热装置结构，降低了成本。
文档编号F24J2/34GK103115443SQ20131008748
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月16日 优先权日2013年3月16日
发明者范多旺, 王成龙, 范多进, 杨树本 申请人:兰州大成科技股份有限公司, 兰州大成真空科技有限公司, 常州大成绿色镀膜科技有限公司