[发明专利]一种储热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种储热装置，特别是涉及一种太阳能光热发电系统中的储热装置。

背景技术

太阳光通过汇聚生产的热能具有间歇性，若根据生产或生活的需要使用，就必须将太阳光汇聚产生的热能高效、可靠、经济地存储。高效是指存储过程快捷、方便，在存储和重新使用过程中热能损失小。可靠是指热能存储的装置结构简单、运行稳定、安全。经济是指热能存储装置的投资、运行成本低。

蓄热方式很多，目前太阳能热发电领域高温蓄热的主流技术是利用熔盐进行蓄热。熔盐为两种或两种以上无机盐按比例的混合物，该混合物在特定温度下会熔化。被规模化利用并得到长周期验证的熔盐为硝酸钠与硝酸钾按照6：4的比例混合物，加热到220℃时即开始熔化。蓄热过程是在熔盐熔化后将其再加热升温，利用其升温的显热进行热能存储，在蒸汽生产时利用熔盐温降放热加热水或蒸汽，整个过程是在熔盐的熔化状态下完成的。该技术的优点是可利用熔盐的流动性及熔盐良好的导热性能在不同的换热器间进行热传递，其局限性也是显而易见的，例如安全使用温度必须高于250℃，系统保温要求高、热损失大；而且熔盐易于凝固，为防止凝固，在涉及熔盐的管路、阀门、换热器等环节必须附加电伴热，限制了使用的灵活性；同时驱动熔盐流动的熔盐泵使用条件苛刻，国内无法生产，且使用的安全性、可靠性、寿命无法保障。由于熔盐的温度下限为250℃，该温度以下的热能无法利用，极大的限制了其有效蓄热量。而且当系统无热量输入时，如夜晚、或阴天，维持系统的高温必须耗费大量的额外的电能，运行成本高，严重影响其经济性，同时熔盐及复杂的蓄热系统的成本高昂，大幅度增加了发电系统的建设投资，当然有些熔盐的腐蚀性也会对系统寿命及安全造成影响。

目前熔盐材料技术得到较大的发展，如硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾按7:40:53比例混合可得到熔点低于150℃的熔盐，更有北京工业大学研究出熔点低于100℃的熔盐，使得熔盐利用的温度空间得到有效拓宽，但熔盐蓄热系统的构架是一致的，其安全使用温度仍高于100℃，高温运行储热以及放热时都需借助熔盐泵，无法根本解决熔盐蓄热所面临的根本问题。

另外，此前的所有太阳能光热技术均无法直接生产高温过热蒸汽，利用熔盐蓄热都是采用间接生产蒸汽的方式，即需要熔盐直接光照加热或与非水介质换热后实现蓄热，再通过熔盐与水介质换热实现熔盐的放热从而产生蒸汽，虽然蓄热方式最终目的都是再次生产蒸汽，蒸汽是热能传递、使用最好的介质，比如常规电站、核电站及各种工业热利用。在此条件下，熔盐是最好的蓄热方式，也是无奈的选择。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够较大得提高储热效率、并且储热装置整体结构简单，运行可靠、稳定，运行和维护成本低、整体成本也低的储热装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种储热装置，包括中空的金属箱体，位于金属箱体内的多层上下水平间隔设置的换热管，所述金属箱体的两端分别设有一端露出于所述金属箱体的连接管，所述连接管的另一端插入金属箱体内分别连接所述多层换热管的两端，其特征在于：所述金属箱体内包围所述换热管填充有蓄热介质，所述蓄热介质包括固体蓄热材料和高温下呈液体的无机蓄热材料。

优选地，所述固体蓄热材料包括至少两种以上固体铁基材料组成的混合物，所述无机蓄热材料为熔盐和/或导热油。

优选地，所述至少两种以上固体铁基材料组成的混合物为铁矿石粉末与碎铁块或者铁矿石粉末与碎铁粉末。

为了便于连接，所述金属箱体两端的连接管位于金属箱体外的一端分别连接至蒸汽分联箱和凝结水分联箱，并且分别通过蒸汽分联箱和凝结水分联箱连通至外界管道。

为了使热量在金属箱体内更加均匀分布，储热更加均匀，每一层的换热管为蛇形管，沿金属箱体的水平方向来回设置，并且相邻层的换热管在竖直方向上的投影交错设置。

为了防止因为热量分布不均而导致的蓄热材料的塌陷，所述金属箱体内多层换热管之间设有水平间隔设置的铁板，所述铁板与金属箱体固定，并且铁板上设有多个间隔分布的通孔供蓄热介质的流动以及连接管的通过。

为了防止热量流失，所述金属箱体的外侧设有外部保温层。

为了加强换热，所述固体蓄热材料还包括少量的石墨和/或铝。