[发明专利]一种吸热、储热、换热一体化装置

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能领域的一种吸热、储热、换热一体化装置。 

背景技术

随着太阳能等可再生能源利用在全世界蓬勃发展，太阳能聚热发电（CSP）逐步为人们所认识和重视，在CSP体系中，吸热传热、储热和换热部分具有非常重要的地位。 

太阳能的集热管技术的换热介质，目前主要采用导热油为传热工质，经导热油换热后驱动常规蒸汽轮机带动发电机组发电。由于目前的导热油工作温度必须控制在400℃以内，超出这一温度将会导致导热油裂解等问题，因此限制了太阳能聚热发电的工作温度。目前国际太阳能集热技术的换热介质的替代品有熔融盐类材料，虽然其抗分解温度较高（一般超过500度），但其结晶点较高，大多在230至260℃左右，运行管理要求很高，同时夜间管路保温循环散热损失很大。当前熔融盐也主要用于热储能，采用冷热罐转换或单罐斜温层方式存取热量，对管路、泵阀要求很严，成本较高。用水直接作为换热介质的直接蒸汽发生（DSG）技术已经试验多年，该技术与蒸汽锅炉受热管道运行原理相似，以水为工质，将低温水自吸热管路一端注入，水在沿管路轴向行进过程中吸热逐渐升温，达到沸点后变为饱和蒸汽，再继续吸热变为过热蒸汽。由于水在受热管内发生沸腾时状态不稳定，存在两相流传输和汽化压力在集热管内不均匀等问题，发生例如水锤、振动、管路材料疲劳破坏现象。 

现有的太阳能储存技术中，有报道或使用过多种储热介质。近年有报道在实验室中获得以特定材料作基体支撑的复合相变材料（定形相变材料），用以储存热量，但其存在导热系数低的缺点，而且相变材料在储热过程中发生相变，由于体积的变化，容易发生泄露的隐患。固态储热方案有混凝土、鹅卵石储热等，在混凝土内部浇灌换热管路，成本较高，并且换热系数很低等等；砂石储热，虽然价格便宜，但导热率低，换热困难，不能定型自支撑，影响使用；且已有固体储热方案是将换热管道布置于固体储热材料内部，通过管道或翅片表面和储热材料表面的固体与固体间热传导完成热量传递，由于固体之间的接触多为不完全接触，且固体储热材料本身导热性能不良，再者固体之间的传热面积有限，导致总体导热效率低下，从而很难满足储存热量的输入功率要求，更多情况为传热介质的热量未完全释放于固体储热系统之前，就已经从固体储热系统流出，无法按所需功率圆满地完成向固体储热系统储热的功能。 

用水直接作为换热介质的直接蒸汽发生（DSG）技术已经试验多年，由于水在受热管内发生沸腾时状态不稳定，存在两相流传输和汽化压力在集热管内不均匀等问题，发生例如水锤、振动、管路材料疲劳破坏现象；工业上使用导热油、熔盐技术储热亦有自身的缺点；而普通的固体储热方案亦有导热能力差等等缺陷，仍停留在试验阶段。 

发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术中存在的上述问题，提供一种可应用于多领域的吸热、储热、换热一体化装置，同时具备吸热、储热及换热功能，特别适合应用于太阳能热利用系统中。 

本发明提供一种吸热、储热、换热一体化装置；主要包括罐体（1）、罐体（1）上的吸热结构（2）、罐体（1）外部的保温结构（3）、罐体（1）内部的储热介质及储热介质中布置的换热结构（4）；所述罐体（1）位于太阳能聚光系统的焦线或焦点附近位置，所述吸热结构（2）直接布置于全部或部分罐体表面，将接收的太阳光转化成热量后传递至罐体内部的储热介质；所述换热结构（4）通过流经内部的换热介质对一体化装置内部的热量进行传输调节。 

进一步地，所述吸热结构为高吸收率、低发射率涂层，将接收的太阳光转化成热量，同时减少向外部的热量的辐射。 

进一步地，所述吸热结构为空腔吸热结构，且空腔内部受光面具有高吸收率低发射率吸热涂层。 

进一步地，所述吸热结构的外部布置有辅助聚光器，将附近未能直接入射接收窗口的太阳光进一步反射后，进入吸热结构的接收窗口。 

进一步地，所述辅助聚光器为活动结构，在非吸收工作状态时，可活动关闭吸热结构的接收窗口，减少热量从接收窗口向外的辐射和对流损失。 

进一步地，所述罐体外部表面涂有低发射率涂层，以降低向外部的热量的辐射。 

进一步地，所述罐体外部布置的保温结构为真空保温结构，降低热量损失。 

优选地，所述真空保温结构内部布置多层隔热屏，减少热辐射量。 

进一步地，所述储热介质为特定温度范围内具有相变的相变材料或具有化学能的储热功能材料，该储热材料位置相对固定，不随传热介质的流动而移动。