[实用新型]一种热容换热装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种应用于太阳能热利用领域的热容换热装置。 

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，在CSP体系中，吸热传热部分具有非常重要的地位。太阳能的集热系统中的换热介质，目前主要采用导热油为传热工质，经导热油-蒸汽换热器后产生蒸汽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、粘度提高以及传热效率降低等问题；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，例如意大利的ENEA研究的熔盐介质集热器，熔盐介质结晶点较高，大多在230至260℃左右，目前也仍有诸多困难，例如运行过程中可能局部的温度过高，导致熔盐分解，夜晚集热器内部的熔盐需要加热循环以避免冷凝，控制异常复杂，维持该系统需要耗费大量电能，增加了电厂的自耗电，所以当前熔融盐主要用于热储能。 

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，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；其中相变过程最为复杂，该过程中两相经历细泡状流型、气塞状流型、气弹状流型、波状分层型和环状流型；在波状分层型过程和区域中，液态的水与饱和气与管壁交替接触，造成管壁温度快速周期性上升和下降，对整个集热器的材料结构强度造成很大影响，甚至损坏；在环状流型过程和区域中，管子上部和蒸汽直接接触，而底部与液态水直接接触，使得该过程和区域的管道上下部温度相差大，发生严重翘曲，缩短集热器管道使用寿命；或者在集热器内部产生蒸汽过程中，遇见云朵移动情况，造成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；另外在饱和蒸汽进入过热蒸汽段，管路受热不均匀时，管壁温差较大，会发生严重弯曲，带来其他损失（如真空密封破坏）；再者现有技术仍然没有解决DSG管道在局部无受热（例如镜场因云朵遮挡引起的局部出 现阴影），带来的一系列问题，例如水输入及汽输出流量控制，参数变化的影响。因此该技术仍停留在试验阶段，但只要这些问题能够得以解决，DSG技术就成为成本最低、效率最高的环保安全型太阳能热发电关键技术。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种可应用于太阳能光热应用领域的热容换热装置。 

本实用新型提供了一种热容换热装置，由内外布置的第一壳和第二壳、换热介质和热容介质组成；所述第一壳与第二壳之间的空间的全部或部分充有热容介质；外部的能量通过所述热容介质传递至换热介质，完成换热装置的热量收集。 

进一步地，所述第一壳和第二壳分别为第一金属管和第二金属管。 

进一步地，所述热容介质的相变温度点处于换热介质的正常使用温度范围内。 

优选地，所述热容介质具有较大的相变潜热。 

进一步地，所述换热介质为导热油（导热姆）、熔融盐、水、水-水蒸汽、压缩气体、超临界流体，完成显热或潜热的吸收后流出热容换热装置的外部。 [0011] 进一步地，所述热容介质为有机盐、无机盐、金属、合金，填充于第一金属管与第二金属管之间的内部空间。 

进一步地，所述热容介质为硝酸钾、硝酸钠或其它硝酸盐的单组分或混合盐；碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂或其它碳酸盐的单组分或混合盐；锌、铝、镁、锡金属及合金。 

进一步地，所述热容换热装置内部不同的区域，进行不同热容介质的填充，在高温度段实施高温度相变点的热容介质的填充，在低温度段实施低温度相变点的热容介质的填充。 

进一步地，所述热容介质内部填充固体材料，调节热容介质的热导率，在热量传输过程中获得合适的热容介质从外到内的温度差。 

进一步地，所述填充固体材料为泡沫金属、金属丝、金属片、金属颗粒、陶瓷纤维、陶瓷颗粒、石墨纤维、石墨粉或其它高导热率材料，以降低所述温度 差。 

进一步地，所述填充固体材料为泡沫玻璃、泡沫陶瓷、玻璃颗粒或陶瓷颗粒、玻璃纤维或陶瓷纤维、石材颗粒或其它低导热率材料，以升高所述温度差。 

进一步地，所述热容换热装置在不同的热容介质填充段的高温端，布置温度监控器，实施温度监控，保证热容介质的运行安全。