[发明专利]一种大容量井式太阳能集热‑蓄热装置

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能集热、储热技术领域，具体是涉及一种高温大容量井式太阳能集热-蓄热装置。

背景技术

太阳能作为一种储量大、清洁无污染的可再生能源，具有广阔的开发空间。光热利用技术是太阳能利用形式之一，如太阳能热水系统、太阳能供暖系统、太阳能蒸汽发生器、太阳能热发电等技术。但是，太阳能具有分散性和间歇性特点：投射到单位地面面积上的直射辐射能流密度低；而且，在乌云遮挡期和日落后直射辐射中断，限制了相关技术的推广应用。

目前，众多研究者已提供了多种集热和蓄热方案。在集热方面，包括点聚焦的塔式和碟式、线聚焦的槽式和菲涅尔式。相对而言，采用点聚焦可以获得更高的温度（>1000℃），而且集热场地面积较小。

在蓄热方面，从蓄热介质角度而言，目前主要包括显热蓄热（水、混凝土、鹅卵石等）、潜热蓄热（也叫相变蓄热，包括熔融盐、金属等）和化学蓄热形式。由于潜热蓄热具有相变温度恒定、储能密度大、蓄热温度上限高等优势，更适宜大容量、高温度太阳能光热应用领域，也与日后太阳能光热技术发展方向一致。

从蓄热装置结构角度而言，无论是单罐式还是两罐式，或者是形式各异的蓄热-蒸汽发生一体化装置，蓄热装置均是矗立在地面上的一个罐体，容量较大时，占用空间大，形式不甚美观。此外，它们基本上均包括传热系统，即将低温的传热介质（如空气、水/蒸汽、导热油、熔融盐）通过泵运送到聚焦太阳能焦点处，被加热后流经蓄热装置，热量被交换到蓄热介质中。这种传热蓄热模式存在以下问题：（1）输送传热介质需要泵、相关管路及导热油或熔融盐作为传热介质，增加了设备初期投资成本；（2）传热系统运行需要消耗额外的能量，对于塔式结构的太阳能聚焦点位于高达100m附近的半空中，同时设备及传热介质需要定期维护或更换，无疑增加了运行维护成本；（3）对于高温集热蓄热系统，目前主要采用熔融盐作为传热介质，存在最严重的问题是夜晚气温较低时，熔融盐凝固，冻结在传热管道内。即使在传热管道上缠绕电阻丝，通过电阻丝产生的热量为管道内熔融盐补热，可以缓解冻结问题。但并不能从根本上解决该问题；同时，也无疑增加了运行成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、维护成本低、蓄热容量大、占地面积小、形式美观的新型太阳能集热-蓄热装置。

本发明一种大容量井式太阳能集热-蓄热装置通过下述技术方案予以实现：一种高温大容量井式太阳能集热-蓄热装置的特征是：一次反射镜是一个曲率半径较大的凹面反光镜，固定在地面上，并配有太阳跟踪器，多台一次反射镜组成反射镜阵列；二次反射镜是一个凹面反光镜，其凹面与一次反射镜相对并通过刚性支架固定在高空中；二次反射镜正下方设置呈圆锥形的日光井，日光井上方设置采用耐高温、透光性好的耐高温玻璃制成中间有孔的圆盘形日光井盖，日光井的井底设置吸热体；日光井底部放置采用太阳辐射吸收率高、耐高温、带孔的石墨材料制成的吸热体，吸热体搁置在带孔的圆盘形隔板上；在吸热体上方的日光井侧壁上设置若干层热风管的管口，每层沿圆周均布8根热风管，热风管采用导热系数较高的空心金属管制成，浸没在蓄热罐体内的蓄热介质中，连通日光井与蓄热罐体上方空气；热风管上设计有换热翅片；在吸热体下方的日光井侧壁上沿圆周均布设置8个冷风管的管口，冷风管为具有保温效果的空心管，也穿过蓄热介质，连通日光井与蓄热罐体上方空气；蓄热罐体是里面盛装蓄热介质、中间为日光井的空心罐，蓄热罐体一部分掩埋在地下，即半掩式。

本发明一种大容量井式太阳能集热-蓄热装置有如下有益效果：本发明一种高温大容量井式太阳能集热-蓄热装置结合点聚焦集热和熔融盐蓄热优势，主要针对中高温、大功率蒸汽发生系统或太阳能热发电系统，提出无需特定传热系统的“一种井式太阳能集热-蓄热装置”，其结构简单，维护成本低，蓄热容量大，占地面积小，形式比较美观。

本发明的优点是：

1.   结构简单：借助空气的热浮冷沉自然对流原理实现蓄热，简化了蓄热装置结构。

2.   蓄热温度高、容量大：采用点聚焦集热形式，蓄热温度高；并且半掩式蓄热罐体的容积比较容易做到很大，再结合熔融盐潜热蓄热形式，则蓄热容量大。

3.   投资和维护成本低：没有采用熔融盐或导热油、泵和相关管道的传热系统；用冷风常闭阀和热风常闭阀自动控制蓄热和保温过程；蓄热罐部分掩埋在地下，可以减小蓄热罐热损失。以上措施共同降低了蓄热装置投资成本和设备运行维护成本。