使用粉尘颗粒为储能材料的槽式太阳能全日供热系统的制作方法

本实用新型涉及一种显热储能与槽式太阳能技术，特别涉及一种使用粉尘颗粒为储能材料的槽式太阳能全日供热系统。

背景技术：

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源。目前太阳能加热的利用主要包括两方面：一是太阳能热利用，以全玻璃真空管集热器和平板集热器为主的太阳能热水器，我国已跃居世界总产量首位；二是太阳能热动力发电，利用反射聚焦阳光升温产生热蒸汽推动涡轮机进行发电，是目前太阳能发电工程中一项具有广阔发展前景的项目。

另外，随着国家对节能环保要求的不断提高，槽式太阳能这种最节能环保、又可操控的加热技术将随着该项目的研究完善，被广泛应用与油田的采油生产当中。槽式集热器能把导热油加热到50至400℃左右，导热液的循环需专业泵来推动。400号导热油通过热交换器把水加热到393℃的汽化水蒸气，水蒸气再去推动蒸汽轮机旋转带动发电机发电。为保证系统正常运行，在系统中要增设储热装置，以便装置在被挡住阳光时仍能运行。如果太阳能不充足时也使用电加热，保证设备对外输液的正常加热。

槽式聚光是太阳能集热器在对油田油井外输液过程中，如果要实现全日加热就必须在系统中增加储能设备，才能实现全时加热的目的。根据油田外输液的加温要求：1、原油加温的温度不能过90℃，否则会出现焦化现象，影响原油的品质；2、必须持续加温，不能断热，否则，外输液的低温会造成输油管道出现结蜡，管道淤堵造成灌输压力过高，有爆管的安全隐患。因此，设计专门针对这种加温要求的加热流程。

由于目前油价低迷，采油厂都在减员增效，降低设备成本才能使产品有生存的市场，在系统中其他设备的造价相对固定的情况下，减少储能设备的造价就成为最主要的降低系统成本途径。

现有的储能技术大致分为三类：显热储能、潜热储能和化学反应储能。显热储能包含熔盐储能（硝酸盐、碳酸盐、氟化盐）、固体物质储能（镁砖、混凝土、陶瓷、岩石，固体储能材料无法解决与换热器的接触面积问题，即无法正常进行热能输入和输出）、油水类液体储能（导热油、水、盐溶液）；潜热储能包含固-液相变储能（结晶水合盐、共晶体、石蜡、金属材料）、固-固相变储能（季戊四醇、新戊二醇、钙钛矿）、固气相变储能（干冰）、液-气相变储能（干蒸汽）；化学反应储能（ca(oh)2-ca，caco3；上述储能方式中唯独没有粉尘颗粒储能，粉尘颗粒储能应该归类在显热储能范畴内。目前，储能领域研究相变材料是趋势，但相变材料有四个暂时无法克服的显著缺点：1、一件相变材料的热容量是确定的，无法改变量，只能用于固定需求的使用。2、一件相变材料触发相变的温度条件是确定的，只能对应使用，不能通用。3、材料本身的价格高；4、运行系统的设备造价高，也造成整个储能系统造价超高。

根据其物质特性各有优缺点：1、水的优点是比热容高，成本低，缺点是沸点低，只有100℃，只能在这个温度以下使用，不适合高温、大容量等目标条件的储能；2、导热油的优势是可以配置成你所需要的高温级别的300℃-500℃导热油，而且传到热效果好，其缺点是造价太高，优质高温导热油每吨接近10000元/吨，大规模的使用经济效益不佳。3、熔融盐储能比较导热油储能造价要低一半，但其运维成本高，温度不能低于熔融盐的凝固温度，最低也要在100℃以上，而且，需要使用专业的融盐泵，熔融盐存储设备的造价也很贵。

但是，粉尘颗粒储能技术可随意控制储热量和放热量，系统结构简单，制造方法简单，操作也简单，且制作成本低，更具有通用性，利于实际生产应用，比其他形式的储能方案更有通用优势。因此，研究一种粉尘颗粒储能技术结合槽式太阳能技术实现对油田采油外输液的全时加热，具有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是针对现有储能技术存在的上述缺陷，提供一种用槽式太阳能加热粉尘颗粒储能介质的系统，将粉尘颗粒作为储能介质来储存热能，之所以使用粉尘颗粒作为储能介质，是利用粉尘颗粒的形态可以实现储能介质与换热管之间无缝隙接触问题，两种材料只有全面接触才能实现换热，粉尘与颗粒分别代表该物质中含有多种不同目数的岩石类、石英沙类、导热系数高的铁矿粉类物质，多种不同的目数、不同类别的粉尘颗粒进行混合配比，能够起到提高储能介质的数密实度、储能量、热传导系数等作用，该类物质在自然界存量数量丰富，价格低、容易取得，通过对这些经过筛选处理储能物质进行混合配比，可形成定型的储能介质产品，供用户使用。

本实用新型提到的一种使用粉尘颗粒为储能材料的槽式太阳能全日供热系统，其技术方案是：包括槽式太阳能集热场（1）、粉尘颗粒储能罐（2）、导热金属（3）、热能输入循环换热管（4）、热能输出循环换热管（5）、换热器（6）和保温层（9），粉尘颗粒储能罐（2）外壁设有保温层（9），所述粉尘颗粒储能罐（2）内安装导热金属（3）、热能输入循环换热管（4）、热能输出循环换热管（5）和粉尘颗粒（7），导热金属（3）纵向设有多组，热能输入循环换热管（4）与导热金属（3）接触，所述热能输出循环换热管（5）与导热金属（3）接触，粉尘颗粒（7）填充在粉尘颗粒储能罐（2）内腔；所述槽式太阳能集热场（1）加热导热油，导热油通过热能输入循环换热管（4）连接到粉尘颗粒储能罐（2），加热的导热油通过热能输入循环换热管（4）对粉尘颗粒（7）进行加热；所述热能输出循环换热管（5）的外端连接到换热器（6），粉尘颗粒（7）储存的热能通过换热管管壁释放到导热油中，利用循环油泵的动力将导热油中的热能通过热能输出循环换热管（5）输送至换热器（6），实现导热油对水的换热，换热后的高温水再对油井外输液进行加热。

优选的，上述的导热金属（3）设有多组，可横向、纵向或斜向固定。

优选的，上述的导热金属（3）垂直安装在粉尘颗粒储能罐（2）的底部时，热能输入循环换热管（4）设置有多组，每组依次沿着水平方向与导热金属（3）接触。

优选的，上述的热能输出循环换热管（5）设置有多组，每组依次沿着水平方向与导热金属（3）接触。

优选的，上述的导热金属（3）不仅与热能输入循环换热管（4）连接，还与换热盘管（8）连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的粉尘颗粒储能的换热方式是辐射吸热和放热，该种热传导方式的传导效率低，本实用新型通过增设加热换热管，以及增加连接于加热换热管的竖向或斜向的导热金属，并配合换热盘管，形成相对快速传热的蜂窝结构；本实用新型为提高粉尘颗粒储能罐内部的导热率，在储能罐体增加大量的横向、纵向的导热金属，可以采用金属导热板或导热柱；另外，增加导热油在不同导热区域的转换，对提高换热效率起到很好的作用，特别是采用分层的换热盘管实现循环换热，增加了粉尘颗粒储能罐内热能储能物质与导热油之间进行辐射换热的效率；

总之，粉尘颗粒储能技术由于其综合造价是熔融盐储能造价成本的1/3至1/4；大幅降低造价，结合了槽式太阳能发电，使其在油田油井外输液进行全时加热的成本大幅降低。

附图说明

附图1是本实用新型的实施例1的结构示意图；

附图2是实施例1的粉尘颗粒储能罐的内部结构截面示意图；

附图3是本实用新型的实施例2的结构示意图；

附图4是实施例2的粉尘颗粒储能罐的内部结构截面示意图；

上图中：槽式太阳能集热场1、粉尘颗粒储能罐2、导热金属3、热能输入循环换热管4、热能输出循环换热管5、换热器6、粉尘颗粒7、换热盘管8、保温层9。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1，参照图1，本实用新型提到的一种使用粉尘颗粒为储能材料的槽式太阳能全日供热系统，包括槽式太阳能集热场1、粉尘颗粒储能罐2、导热金属3、热能输入循环换热管4、热能输出循环换热管5、换热器6，圆筒形的粉尘颗粒储能罐2的外壁设有保温层9，粉尘颗粒储能罐2内安装导热金属3、热能输入循环换热管4、热能输出循环换热管5和粉尘颗粒7，导热金属3纵向设有多组，热能输入循环换热管4与导热金属3接触，所述热能输出循环换热管5与导热金属3接触，粉尘颗粒7填充在粉尘颗粒储能罐2内腔；所述槽式太阳能集热场1加热导热油，并通过导热油管连接到粉尘颗粒储能罐2，通过热能输入循环换热管4对粉尘颗粒7进行加热；所述热能输出循环换热管5的外端通过导热油管连接到换热器6，通过粉尘颗粒7对热能输出循环换热管5放热，实现对换热器6的油井外输液进行加热。

其中，上述的粉尘颗粒7包括硅酸盐粉尘和金属粉末，所述金属粉末采用铁粉，上述的硅酸盐粉尘和铁粉按重量比为5:1-5:3，上述的硅酸盐粉尘以石英石、碳酸钙、硅酸盐的粉末为主要原料。

优选的，上述的导热金属3设有多组，可横向、纵向或斜向固定；上述的导热金属3垂直安装在粉尘颗粒储能罐2的底部时，热能输入循环换热管4设置有多组，每组依次沿着水平方向与导热金属3接触，上述的热能输出循环换热管5设置有多组，每组依次沿着水平方向与导热金属3接触。

换热管中的导热介质为可以是水、水蒸气或导热油，本实施例以导热油为例进行说明。

本实用新型的粉尘颗粒储能的换热方式是辐射吸热和放热，热能是从高温向低温进行热传导，当槽式太阳能集热器收集的热能高于储能罐的温度时，热能通过加热导热油向储能罐进行热能传递，当储能罐的温度大大高于用热目标物的温度时，通过储能罐自身温度加热导热油，导热油将温度传导用热目标物。本实用新型再就是通过增加导热的面积，也就是采用加热换热管、以及增加连接于加热换热管的导热金属，形成相对快速传热的蜂窝结构，即根据储能、放热所需时间来计算换热面积，再根据换热面积分别计算的热能输入循环换热管和热能输出循环换热管所需的长度尺寸及表面积总量，以此来达到换热量要求。

粉尘颗粒储能技术结合槽式太阳能技术，其中，粉尘颗粒储能由于其综合造价是熔融盐储能造价成本的1/3至1/4；大幅降低造价，使其在油田油井外输液进行全时加热的成本大幅降低，既能使存储的热量值高，而且成本低、运维费用相对还低，适合推广使用。

实施例2，本实用新型提到的本实用新型提到的一种使用粉尘颗粒为储能材料的槽式太阳能全日供热系统，包括槽式太阳能集热场1、粉尘颗粒储能罐2、导热金属3、热能输入循环换热管4、热能输出循环换热管5、换热器6、换热盘管8、保温层9，粉尘颗粒储能罐2外壁设有保温层9，所述粉尘颗粒储能罐2内安装导热金属3、热能输入循环换热管4、热能输出循环换热管5、粉尘颗粒7、换热盘管8，导热金属3纵向设有多组，热能输入循环换热管4和换热盘管8分别与导热金属3接触，所述热能输出循环换热管5与导热金属3接触，粉尘颗粒7填充在粉尘颗粒储能罐2内腔；所述槽式太阳能集热场1加热导热油，并通过导热油管连接到粉尘颗粒储能罐2，通过热能输入循环换热管4和换热盘管8对导热金属3和粉尘颗粒7进行加热；所述热能输出循环换热管5的外端通过导热油管连接到换热器6，通过粉尘颗粒7对换热盘管8和导热金属3，通过热能输出循环换热管5传出热量，实现对换热器6的油井外输液进行加热。

上述的导热金属3和换热盘管8交错连接，且换热盘管8可以设有多层，每层分别与导热金属3连接接触，形成网状连接结构，再将粉尘颗粒7填充进去。

另外，粉尘颗粒储能罐2采用方形结构，当然，也可以采用其他形状结构。

实施例3，本实用新型采用提到的本实用新型提到的一种使用粉尘颗粒为储能材料的槽式太阳能全日供热系统，包括槽式太阳能集热场1、粉尘颗粒储能罐2、导热金属3、热能输入循环换热管4、热能输出循环换热管5、换热器6、保温层9，粉尘颗粒储能罐2外壁设有保温层9，所述粉尘颗粒储能罐2内安装导热金属3、热能输入循环换热管4、热能输出循环换热管5、粉尘颗粒7，导热金属3纵向设有多组，热能输入循环换热管4和换热盘管8分别与导热金属3接触，所述热能输出循环换热管5与导热金属3接触，粉尘颗粒7填充在粉尘颗粒储能罐2内腔；所述槽式太阳能集热场1加热导热油，并通过导热油管连接到粉尘颗粒储能罐2，通过热能输入循环换热管4和换热盘管8对导热金属3和粉尘颗粒7进行加热；所述热能输出循环换热管5的外端通过导热油管连接到换热器6，通过粉尘颗粒7对换热盘管8和导热金属3，通过热能输出循环换热管5传出热量，实现对换热器6的油井外输液进行加热。

参照图2，上述的热能输入循环换热管4、热能输出循环换热管5之间相互叠加，可以采用类似地暖盘管的布局形式，根据热向上传到的定律，热能输入循环换热管4在下，热能输出循环换热管5在上，为双管同心平面螺旋布置的竖向圆桶形结构，在储能罐内由下至上依次叠加为热输入层、热输出层，热输入层、热输出层不断叠加，直到完成设计要求的储能量体积，以及换热管的表面积达到换热面积设计要求。

以上所述，仅是本实用新型的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本实用新型的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本实用新型要求保护的范围。