集熱、儲熱及供熱一體化槽式太陽能中高溫熱利用裝置的製作方法
2023-04-29 05:37:36 2
專利名稱：集熱、儲熱及供熱一體化槽式太陽能中高溫熱利用裝置的製作方法
技術領域：
集熱、儲熱及供熱一體化槽式太陽能中高溫熱利用裝置技術領域本發明涉及一種太陽能熱利用裝置，尤其涉及一種集熱、儲熱及供熱一 體化槽式太陽能中高溫熱利用裝置。
背景技術：
為了克服太陽能熱利用過程中由於天氣變化造成的間歇性，實現全天 候連續供熱，最大程度利用太陽能，聚光類太陽能熱利用裝置中一般都會配備儲能系統，把 白天太陽輻射強時多餘的熱量儲存起來，在晚上等需要時再釋放出來，從而提高太陽能及 其設備的總體利用率。目前槽式聚光太陽能熱發電裝置中使用的儲能方式主要有以下兩 種1)雙箱儲能方式，即一個熱箱和一個冷箱來儲存熱量。儲能時冷箱內的儲能介質吸熱 後儲存在熱箱內，需要時把熱量釋放出來後再回到冷箱；雙箱儲能需要兩個儲能箱，儲能介 質也相應增加，導致系統初投資增加，發電成本較高。2)單箱儲能方式，為降低發電成本，提高太陽能熱發電的競爭力，在雙箱的基礎上 開發出了單箱儲能方式。單箱儲能又稱溫躍層儲能，即只有一個儲能箱，箱內的冷熱流體 通過一個厚度很小但溫度梯度很大的溫躍層分隔開來，儲能時溫躍層上面的熱流體逐漸增 加，下面的冷流體逐漸減少，釋熱時則相反。無論雙箱還是單箱儲能方式，都需要先通過熱流體將熱量從集熱器傳遞給儲能容 器裡的儲能介質；如果熱流體與儲能介質不是同一種物質，那麼中間還需要一個熱交換器； 然後提熱時又需要通過提熱介質把熱量從儲熱容器傳遞給蒸汽鍋爐。因此，目前的太陽能 熱發電系統中所需的設備較多，連接這些設備的管路也較為複雜，最終導致該技術的推廣 使用困難。除太陽能熱發電外，工業生產過程中也需要大量的中高溫熱源，這對集熱、儲熱及 供熱一體化的太陽能熱利用裝置，尤其是涉及太陽能中高溫熱利用的集熱、儲熱及供熱一 體化的緊湊型設備提出了現實的需求。發明內容擬用於太陽能中高溫熱利用的集熱、儲熱及供熱一體化的太陽能熱利 用裝置，可以大大簡化太陽能熱發電等槽式太陽能中高溫熱利用裝置的系統組成並降低其 成本。本裝置由槽式聚光鏡、吸熱面、儲熱層及供熱管組成；吸熱面、儲熱層及供熱管為同心 布置的圓桶形結構，由外至內依次為吸熱面、儲熱層及供熱管；儲熱層中的儲熱材料為熔鹽 或鋁矽合金；供熱管中的熱流體為空氣、水、水蒸氣或導熱油。該裝置的能量傳遞過程為槽式聚光鏡將太陽輻射反射至位於儲熱層底部外側的 吸熱面，所吸收的熱量加熱儲熱層內的儲熱材料，儲熱材料加熱流經供熱管內的熱流體向 外供熱。該設備的供熱溫度為100 500°C，儲能密度最高可以達到2000MJ/m3，熱效率根 據儲能量大小和供熱型式，可達90 95%，具有體積小，效率高，壽命長和良好的性價比。與公知技術相比本發明具有的優點及積極效果(1)結構緊湊，加工方便；(2)工況可調，一機多用；(3)可靈活調整裝置的串並聯方式，滿足供熱溫度及流量的需要。
附圖為集熱、儲熱及供熱一體化槽式太陽能中高溫熱利用裝置示意圖。 從圖可看出，該裝置由以下的主要部件組成供熱管1、吸熱面2、儲熱層3及槽式聚光鏡4;3吸熱面、儲熱層及供熱管為同心布置的圓桶形結構，由外至內依次為吸熱面、儲熱層及供熱 管；儲熱層中的儲熱材料為熔鹽或鋁矽合金；供熱管中的熱流體為空氣、水、水蒸氣或導熱 油；槽式聚光鏡採用單軸跟蹤方式，把太陽輻射始終聚集在儲熱層底部的吸熱面上，所吸收 的熱量加熱儲熱層內的儲熱材料，儲熱材料加熱流經供熱管內的熱流體向外供熱。
具體實施方式
實施例1 將熔鹽作為儲能材料，按附圖說明中所述要點設計、加工和安裝組成 一臺集熱、儲熱及供熱一體化槽式太陽能中高溫熱利用裝置，其設計儲熱能力折合電量為 35. 5kWh。該裝置由以下的主要部件組成供熱管1、吸熱面2、儲熱層3及槽式聚光鏡4 ； 吸熱面、儲熱層及供熱管為同心布置的圓桶形結構，由外至內依次為吸熱面、儲熱層及供熱 管；儲熱層中的儲熱材料為熔鹽；供熱管中的熱流體為空氣；槽式聚光鏡採用單軸跟蹤方 式，把太陽輻射始終聚集在儲熱層底部的吸熱面上，所吸收的熱量加熱儲熱層內的熔鹽，熔 鹽加熱流經供熱管內的空氣向外供熱。該裝置採用聚光比為12倍、聚光面積為15m2的槽 式聚光器，照射約5. 5小時熔鹽被加熱至336°C。該裝置的供熱功率為2. 5 4. OkW，可在 200°C溫升的情況下以1000升/分鐘的流量連續供應高溫空氣11個小時。運行測試表明， 裝置熱效率達88.5%。實施例2 將熔鹽作為儲能材料，按附圖說明中所述要點設計、加工和安裝組成 一臺集熱、儲熱及供熱一體化槽式太陽能中高溫熱利用裝置，其設計儲熱能力折合電量為 52kWh。該裝置由以下的主要部件組成供熱管1、吸熱面2、儲熱層3及槽式聚光鏡4 ；吸熱 面、儲熱層及供熱管為同心布置的圓桶形結構，由外至內依次為吸熱面、儲熱層及供熱管； 儲熱層中的儲熱材料為熔鹽；供熱管中的熱流體為水；槽式聚光鏡採用單軸跟蹤方式，把 太陽輻射始終聚集在儲熱層底部的吸熱面上，所吸收的熱量加熱儲熱層內的熔鹽，熔鹽加 熱流經供熱管內的水向外供熱。該裝置採用聚光比為16倍、聚光面積為20m2的槽式聚光 器，照射約6小時熔鹽被加熱至356°C。該裝置的供熱功率為35 45kW，可在125°C水溫升 的情況下以5 10升/分鐘的流量連續供應高溫熱水1. 6個小時。運行測試表明，裝置熱 效率達90. 5%0實施例3 將鋁矽合金作為儲能材料，按附圖說明中所述要點設計、加工和安裝組 成一臺集熱、儲熱及供熱一體化槽式太陽能中高溫熱利用裝置，其設計儲熱能力折合電量 為103kWh。該裝置由以下的主要部件組成供熱管1、吸熱面2、儲熱層3及槽式聚光鏡4 ； 吸熱面、儲熱層及供熱管為同心布置的圓桶形結構，由外至內依次為吸熱面、儲熱層及供熱 管；儲熱層中的儲熱材料為鋁矽合金；供熱管中的熱流體為導熱油；槽式聚光鏡採用單軸 跟蹤方式，把太陽輻射始終聚集在儲熱層底部的吸熱面上，所吸收的熱量加熱儲熱層內的 鋁矽合金，鋁矽合金加熱流經供熱管內的導熱油向外供熱。該裝置採用聚光比為24倍、聚 光面積為35m2的槽式聚光器，照射約6. 5小時鋁矽合金被加熱熔化至606°C。該裝置的供 熱功率為80 91kW，可在225°C導熱油溫升的情況下以6 8升/分鐘的流量連續供應高 溫導熱油1.5個小時。運行測試表明，裝置熱效率達92.5%。實施例4 將鋁矽合金作為儲能材料，按附圖說明中所述要點設計、加工和安裝組 成一臺集熱、儲熱及供熱一體化槽式太陽能中高溫熱利用裝置，其設計儲熱能力折合電量 為196kWh。該裝置由以下的主要部件組成供熱管1、吸熱面2、儲熱層3及槽式聚光鏡4 ；4吸熱面、儲熱層及供熱管為同心布置的圓桶形結構，由外至內依次為吸熱面、儲熱層及供熱 管；儲熱層中的儲熱材料為鋁矽合金；供熱管中的熱流體為蒸汽；槽式聚光鏡採用單軸跟 蹤方式，把太陽輻射始終聚集在儲熱層底部的吸熱面上，所吸收的熱量加熱儲熱層內的鋁 矽合金，鋁矽合金加熱流經供熱管內的蒸汽向外供熱。該裝置採用聚光比為對倍、聚光面 積為52m2的槽式聚光器，照射約7. 5小時鋁矽合金被加熱熔化至601°C。該裝置的供熱功 率為40 53kW，可以25 30升/分鐘的流量連續供應高溫高壓蒸汽4. 5個小時。運行測 試表明，裝置熱效率達93.8%。
權利要求1.一種集熱、儲熱及供熱一體化槽式太陽能中高溫熱利用裝置，由槽式聚光鏡、吸熱 面、儲熱層及供熱管組成，其特徵是吸熱面、儲熱層及供熱管為同心布置的圓桶形結構，由 外至內依次為吸熱面、儲熱層及供熱管。
2.根據權利要求1所述的集熱、儲熱及供熱一體化槽式太陽能中高溫熱利用裝置，其 特徵是儲熱層中的儲熱材料為熔鹽或鋁矽合金。
3.根據權利要求1所述的集熱、儲熱及供熱一體化槽式太陽能中高溫熱利用裝置，其 特徵是供熱管中的熱流體為空氣、水、水蒸氣或導熱油。
專利摘要一種集熱、儲熱及供熱一體化槽式太陽能中高溫熱利用裝置，可以大大簡化太陽能熱發電等槽式太陽能中高溫熱利用系統中的吸熱、儲熱和供熱系統。該裝置由以下的主要部件組成供熱管1、吸熱面2、儲熱層3及槽式聚光鏡4；吸熱面、儲熱層及供熱管為同心布置的圓桶形結構，由外至內依次為吸熱面、儲熱層及供熱管；儲熱層中的儲熱材料為熔鹽或鋁矽合金；供熱管中的熱流體為空氣、水、水蒸氣或導熱油；槽式聚光鏡採用單軸跟蹤方式，把太陽輻射始終聚集在儲熱層底部的吸熱面上，所吸收的熱量加熱儲熱層內的儲熱材料，儲熱材料加熱流經供熱管內的熱流體向外供熱。
文檔編號F24J2/24GK201828043SQ20102054116
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者張仁元, 張莉, 朱文潔, 李風, 毛凌波, 陳觀生, 麥志豪 申請人:廣東工業大學