[发明专利]一种基于流化床和相变材料的换热设备

说明书

本发明涉及一种基于流化床和相变材料的换热设备，该设备具体包括流化床、第一旋风分离器、高温固液分离器、集热场、液体相变材料储罐、第二旋风分离器、换热器、固体相变材料储罐。备本发明的设备因为采用了相变材料储热技术，相比于现较常用的显热储热技术有更高的能量密度，因其具有更高的热容量，更好的储能表现，所要求的装置占地面积相较显热储能技术小，能同时实现吸热和放热，且在吸放热的过程中，材料温度变化小、装置结构较简单，事故率较低。

技术领域

本发明涉及储能储热领域，具体涉及一种基于流化床和相变材料的换热设备。

背景技术

高温固体颗粒，作为第四代太阳能热发电系统的光热转换单元，近年来已经成为光热领域的研究热点之一。它具有成本低廉易得、耐温高(可达1000℃)、储热密度高、性能稳定，比热大，易于存储等特点，在大规模高温储热领域得到广泛应用，如固体颗粒光热发电领域，工业余热利用。

在光热发电领域中，通过定日镜通过跟踪将太阳光反射聚焦到吸热塔顶部的吸热器上，加热吸热介质。小陶瓷颗粒作为吸热介质通过吸热器，加热到1000℃以上。吸热器基础的概念是带有倾斜旋转轴的旋转圆柱体。通过离心力，颗粒被送入接收器并被强制靠在内壁上，形成一个薄而光学致密的颗粒膜。慢慢地沿着墙壁朝接收器出口移动，从而被反射来的太阳辐射逐渐加热。虽然加热后的颗粒可以直接储存在保温罐中供以后使用，但以沙粒、陶瓷等颗粒为吸热介质，需要解决太阳能热发电系统中储热和放热过程因颗粒流动性差引起的储热密度低、传热速率低、能量损失大、响应时间长等问题。

相变材料，是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热，依靠潜热进行热量的储存。在充放热过程中有温度变化小，储热密度大等优点，因此其储热装置体积也小。利用相变材料储能可以改善传统显热储热材料与周围环境存在大温差，造成热量损失，热量不能长期储存，不适合长时间、大容量储存热量等缺点。

目前相变材料存在循环过程中热物理性质的退化问题；相变材料易从基体的泄漏问题。

流化床换热技术，利用气体使固体颗粒流态化，增加了颗粒的流动性，从而显著提升介质间的对流换热系数，使高温颗粒能够快速、高效的释放热量。通过布置在炉底的布风板送出的高速气流的作用，将气流与固体颗粒充分混合，形成流态化翻滚的悬浮层。在此状态下，气固相接触面积大,颗粒循环速度高,颗粒混合均匀且床层中颗粒比热容远比气体比热容高。研通过流化床技术，可以提高系统的传热效率、改善系统温度均匀性。除此之外，流化床换热过程温度均匀性高、传热快，可以减小换热器体积，强化壁面间的传热，降低壁温。

流化床目前所面对的问题有磨损严重，由于受到固体颗粒强烈摩擦，流化床受热面磨损严重。除此之外，若没有妥善控制流化风的风量及风俗也有可能会导致结焦、颗粒堆积等问题。且目前流化床技术作为干燥、燃烧手段，多用在化工、能源、材料等领域。

近年在储能领域也出现流化床技术的应用，但仍局限于高温固体颗粒-显热储热材料换热，未出现应用于相变材料的实例。目前的显热储能材料流化床换热系统存在换热设备大，设备结构复杂，换热过程温度变化大等缺点。且在放热时，熔盐在从高温逐渐降温的过程中可能出现在蒸汽换热管道上凝固的情况，这会导致换热系数降低、设备损坏等情况。将流化床技术与显热储热技术相结合，可以使流化熔盐固体颗粒与蒸汽管之间换热系数提高，通过逆流多级流化换热还可以实现充分、高效地换热。

发明内容

针对现有技术的储能系统换热过程中换热效率低、换热设备复杂等问题，本发明提出一种基于流化床和相变材料的换热设备，具体技术方案如下：

一种基于流化床和相变材料的换热设备，该设备具体包括流化床、第一旋风分离器、高温固液分离器、集热场、液体相变材料储罐、第二旋风分离器、换热器、固体相变材料储罐；