[发明专利]用于太阳能的单罐相变储热装置

说明书

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1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。