熔融盐中高温斜温层混合蓄热方法及装置
专利汇可以提供熔融盐中高温斜温层混合蓄热方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种熔融盐中高温斜温层混合蓄热装置，包括熔融盐液的注入部件、出料部件、多孔介质填料段，所述注入部件及出料部件为高温壳管式 相变 换热器或低温壳管式相变换热器；所述多孔介质填料段设置 泡沫 碳 化 硅 陶瓷片既作为分隔成层件，又作为固态介质的 显热 蓄热件。一种混合蓄热方法，步骤为：在装置内形成斜温层；在放热过程，将高温熔融盐液经高温相变壳 管式换热器 从装置的顶部出口抽出，放热后从装置的底部进出口经低温相变 壳管式换热器 进入装置内，依靠显热换热及相变换热进行放热；在蓄热过程，将低温熔融盐液经低温相变壳管式换热器从装置的底部出口抽出，加热成高温熔融盐液后从装置的顶部进入装置内，依靠显热换热及相变换热进行蓄热。，下面是熔融盐中高温斜温层混合蓄热方法及装置专利的具体信息内容。
1、一种熔融盐中高温斜温层混合蓄热装置，包括熔融盐液的注入部件、出 料部件、多孔介质填料段，其特征在于：所述注入部件及出料部件为高温壳管式 相变换热器或低温壳管式相变换热器；所述多孔介质填料段设置泡沫碳化硅陶瓷 片作为分隔成层件及显热蓄热组件。
2、根据权利要求1所述的熔融盐中高温斜温层混合蓄热装置，其特征在 于：所述泡沫碳化硅陶瓷片按一定间隔均匀设置在多孔介质填料段，在泡沫碳化 硅陶瓷片之间填充石英岩与硅质沙混合多孔介质。
3、根据权利要求2所述的熔融盐中高温斜温层混合蓄热装置，其特征在 于：所述间隔为100～150mm。
4、根据权利要求1所述的熔融盐中高温斜温层混合蓄热装置，其特征在 于：为单罐结构形式，高温壳管式相变换热器及低温壳管式相变换热器在罐体内 采用间隙安装；所述罐体外缠绕伴随加热丝，在罐体最外面包裹玻璃纤维隔热层。
5、根据权利要求4所述的熔融盐中高温斜温层混合蓄热装置，其特征在 于：所述高温壳管式相变换热器及低温壳管式相变换热器在其壳体内均布不锈钢 管束，所述高温壳管式相变换热器及低温壳管式相变换热器两端端盖采用不锈钢 板，其中一端盖上焊接有充装相变蓄热材料接口，充装相变蓄热材料接口侧面还 有抽真空的连接管。
6、一种利用权利要求1～5任一项所述的装置实现的熔融盐中高温斜温层 混合蓄热方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)在装置内形成斜温层；
(2)在放热过程开始时，装置内充满高温熔融盐液，将该高温熔融盐液经 高温壳管式相变换热器从装置的顶部进出口抽出，放热后从装置的底部进出口经 低温壳管式相变换热器进入装置内，刚开始放热一段时间内，斜温层保持不动， 一段时间后，斜温层开始稳定上移，随着斜温层不断上移并接近高温壳管式相变 换热器时，在较短的时间内，出口端的高温熔融盐液的温度明显地下降到高温相 变材料的熔点以下，然后依靠高温相变换热，在一段较长的时间内维持温度不变， 最后相变换热基本结束，在很短时间段内出口端的高温熔融盐液的温度显著下 降；
(3)在蓄热过程开始时，装置内充满低温熔融盐液，将该低温熔融盐液经 低温壳管式相变换热器从装置的底部进出口抽出，加热成高温熔融盐液后从装置 的顶部进出口进入装置内，刚开始蓄热一段时间内，斜温层保持不动，经过一段 时间后，斜温层开始稳定下移，当斜温层不断下移并接近低温壳管式相变换热器 时，在较短的时间内，出口端的低温熔融盐液的温度明显地升到低温相变材料的 熔点以上，然后依靠低温相变换热，在一段较长的时间内维持温度不变，最后相 变换热基本结束，在很短时间内出口端的低温熔融盐液的温度显著上升。
7、根据权利要求6所述的熔融盐中高温斜温层混合蓄热方法，其特征在 于：所述高温壳管式相变换热器管侧流过熔融盐液，壳侧灌装高温熔融盐相变材 料，根据应用场合上限工作温度来选择合适熔点的高温熔融盐相变材料。
8、根据权利要求6所述的熔融盐中高温斜温层混合蓄热方法，其特征在 于：所述低温壳管式相变换热器管侧流过熔融盐液，壳侧灌装低温熔融盐相变材 料，根据应用场合下限工作温度来选择合适熔点的低温熔融盐相变材料。
9、根据权利要求6所述的熔融盐中高温斜温层混合蓄热方法，其特征在 于：在所述放热过程及蓄热过程，在斜温层显热蓄热段内设置泡沫碳化硅陶瓷片 作为成层元件并进行辅助放热及蓄热。
10、根据权利要求9所述的熔融盐中高温斜温层混合蓄热方法，其特征在 于：所述泡沫碳化硅陶瓷片在斜温层显热蓄热段内每隔一段距离均匀设置。
技术领域
本发明涉及太阳能吸热储能利用技术，特别涉及一种熔融盐中高温斜 温层混合蓄热方法及装置。
背景技术
目前熔融盐双罐蓄热方式已成为太阳能热发电系统中蓄热技术的主 要型式，但是要制造两个蓄热罐、熔融盐使用量大、高温维持等因素导致 单位造价与运行维护成本相对比较高，降低其电力成本的空间非常有限； 另一个比较有潜力的方式就是采用斜温层单罐蓄热，用熔融盐斜温层单罐 蓄热系统代替较通用的熔融盐双罐蓄热系统，可以大幅度降低成本，但该 系统的单位体积有效蓄热容量有所降低，熔融盐液的注入和出料结构，即 扩散器与集液器要求比较高，以尽可能减少湍流，单罐上、下端各有独立 的扩散器与集液器，组成两个流程，分别供放热与蓄热工作状态使用，扩 散器常采用多个径向分布的圆管扩散器，集液器为采用有3至5个接口的 集液管，结构比较复杂，且进出口效应会产生一定扰动；同时在多孔介质 填料中每隔一定距离左右需配置不锈钢网作为成层元件，使得斜温层单罐 轴向是一维层流运动，保障罐内斜温层更好地维持，但不锈钢网作为成层 元件，其导热率小，单位体积有效蓄热容量低，不能作为蓄热材料使用， 不具有明显的蓄热效果；并且对多孔介质填料要求不仅有良好的化学稳定 性，还要有良好的物理稳定性，以免形成碎屑堵塞各种通道。
为了降低太阳能热发电的发电成本，提高发电的有效性与年利用率， 这就需要一种单位有效蓄热容量更大、长期稳定、制造成本与运行维护成 本更低的中高温蓄热方法及装置。
发明内容
本发明的另一目的在于提供一种利用上述装置实现的熔融盐中高温 斜温层混合蓄热方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种熔融盐中高温斜温层混合 蓄热装置，包括熔融盐液的注入部件、出料部件、多孔介质填料段，其特 征在于：所述注入部件及出料部件为高温壳管式相变换热器或低温壳管式 相变换热器；所述多孔介质填料段设置泡沫碳化硅陶瓷片，所述泡沫碳化 硅陶瓷片既作为分隔成层件，又作为固态介质的显热蓄热组件。
本装置为单罐结构形式，罐体直径与高度等结构尺寸取决于蓄热温度 与蓄热容量。罐体底部及顶部均可采用椭圆封头，顶部椭圆封头上安装有 安全阀，罐体与罐盖可采用法兰连接。高温壳管式相变换热器及低温壳管 式相变换热器在罐体内采用间隙安装。所述罐体外缠绕伴随加热丝，供启 动时维持熔融盐处于液态、加热多孔介质与罐体以及平衡热损等，在罐体 最外面包裹玻璃纤维隔热层，隔热层的厚度选择取决于蓄热温度与对热损 的要求。
所述高、低温壳管式相变换热器的筒形外壳均采用不锈钢材料，管束 采用不锈钢管，在外壳内均布，两端端盖采用不锈钢板，其中一端盖上焊 接有充装相变蓄热材料接口，充装相变蓄热材料接口侧面还有抽真空的连 接管。高、低温相变换热器的主要结构区别只是管束与外形的高度尺寸不 同。
所述高温壳管式相变换热器管侧流过熔融盐液，壳侧灌装高温熔融盐 相变材料。根据应用场合上限工作温度来选择合适熔点的高温熔融盐相变 材料。该换热器替代简化了熔融盐液的注入和出料结构，并增加了蓄热容 量。
所述低温壳管式相变换热器管侧流过熔融盐液，壳侧灌装低温熔融盐 相变材料。根据应用场合下限工作温度来选择合适熔点的低温熔融盐相变 材料。该换热器也替代简化了熔融盐液的注入和出料结构，并增加了蓄热 容量。
所述多孔介质填料段即为斜温层显热蓄热段，在多孔介质填料段内按 一定间隔均匀设置泡沫碳化硅陶瓷片；所述间隔可为100～150mm。所述 泡沫碳化硅陶瓷片既代替不锈钢网作为成层元件，又可作为蓄热体使用， 具有明显的蓄热效果。
所述泡沫碳化硅陶瓷片之间填充石英岩与硅质沙混合多孔介质，作为 主要固态多孔介质的显热蓄热材料。
一种利用上述装置实现的熔融盐中高温斜温层混合蓄热方法，其特征 在于包括下述步骤：
(1)在装置内形成斜温层：具体是当高温熔融盐液在装置的顶部进 出口被抽出，经过换热冷却后，由装置的底部进出口进入装置时；或者当 低温熔融盐液在装置的底部进出口被抽出，经过加热后，由装置的顶部进 出口进入装置时，即在装置的中间存在一个温度梯度很大的自然分层，即 斜温层。
(2)在放热过程开始时，装置内充满高温熔融盐液，将该高温熔融 盐液经高温相变壳管式换热器从装置的顶部进出口抽出，放热后从装置的 底部进出口经低温相变壳管式换热器进入装置内，刚开始放热一段时间 内，斜温层保持不动，一段时间后，斜温层开始稳定上移，随着斜温层不 断上移并接近高温相变壳管式换热器时，在较短的时间内，出口端的温度 明显地下降到高温相变材料的熔点以下，然后依靠高温相变换热，在一段 较长的时间内维持温度不变，最后相变换热基本结束，在很短时间段内出 口端温度显著下降。
(3)在蓄热过程开始时，装置内充满低温熔融盐液，将该低温熔融 盐液经低温相变壳管式换热器从装置的底部进出口抽出，加热成高温熔融 盐液后从装置的顶部进出口进入装置内，刚开始蓄热一段时间内，斜温层 保持不动，经过一段时间后，斜温层开始稳定下移，当斜温层不断下移并 接近低温相变壳管式换热器时，在较短的时间内，出口端的温度明显地升 到低温相变材料的熔点以上，然后依靠低温相变换热，在一段较长的时间 内维持温度不变，最后相变换热基本结束，在很短时间内出口端温度显著 上升。
在所述放热过程及蓄热过程，在斜温层显热蓄热段内设置泡沫碳化硅 陶瓷片代替不锈钢网作为成层元件并进行辅助放热或蓄热。
所述泡沫碳化硅陶瓷片在斜温层显热蓄热段内每隔一段距离均匀设 置。
本发明的作用原理是：本发明所涉及的斜温层是利用密度与温度冷热 之间的关系形成，是在装置的中间存在的一个温度梯度很大的自然分层， 它类似隔离层一样，使得斜温层以上熔融盐液保持高温，斜温层以下熔融 盐液保持低温，随着熔融盐液的不断抽出，斜温层会上下移动，抽出的熔 融盐液能够保持相对恒温，当斜温层到达罐的顶部或底部时，抽出的熔融 盐液的温度会发生显著变化。为了维持罐内的斜温层，就必须严格控制盐 液的注入和出料过程，在罐内填充合理孔隙率的多孔蓄热材料以及配置最 佳结构的成层元件。
本发明与现有的技术相比具有如下的优点及有益效果：
(1)单位体积的有效蓄热容量大。由于采用了高、低温壳管式相变 换热器中的相变蓄热，较大幅度提高了蓄热容量。
(2)结构简单、紧凑，使用方便。采用了高、低温壳管式相变换热 器充当扩散器与集液器结构，保障了流体的均匀化流动，与原有斜温层蓄 热单罐系统相比，熔融盐液的注入和出料结构相对简单实用；采用泡沫碳 化硅陶瓷片代替不锈钢网作为成层元件，由于泡沫碳化硅陶瓷为三维连通 孔网络结构，具有高导热率、良好的热和化学稳定性、优异的力学性能等 特点，既强化蓄热系统的传热性能，又可作为多孔蓄热材料。
(3)制造成本低。单罐蓄热系统与双罐蓄热系统相比，制造成本降 低。同时采用生产成本低的泡沫碳化硅陶瓷片，既可以储存显热，也可减 少熔融盐用量。
(4)工作温度范围广。根据实际应用场合的工作温度选择高、低温 熔融盐相变材料的熔点。而中间段斜温层在放热与蓄热过程运行中能保持 稳定移动，进、出口温度保持相对理想的温差，具有较好的蓄热效果。
附图说明
图1是本发明熔融盐中高温斜温层混合蓄热装置的结构示意图。
图2是图1所示装置中的斜温层显热蓄热段泡沫碳化硅陶瓷片分隔示 意图。
图3是图1所示装置中高、低温壳管式相变换热器的结构示意图。
图4是图1所示装置的蓄热原理示意图。
具体实施方式
实施例
本发明的具体结构如图1～图3所示，由图1可见，本熔融盐中高温 斜温层混合蓄热装置为单罐结构形式，罐体7的直径与高度等结构尺寸主 要取决于蓄热温度与蓄热容量。罐体7底部及顶部均采用椭圆封头，顶部 椭圆封头上安装有安全阀9，罐体7与罐盖10采用法兰连接；在罐体7内 采用间隙安装设置有高温壳管式相变换热器1及低温壳管式相变换热器3， 所述高温壳管式相变换热器1设置在罐体7上部，所述低温壳管式相变换 热器3设置在罐体7下部，所述高、低温壳管式相变换热器1、3的筒形 外壳均采用不锈钢材料，管束11采用不锈钢管，在外壳内均布(见图3)， 两端端盖采用不锈钢板，其中一端盖上焊接有充装相变蓄热材料接口12， 充装相变蓄热材料接口侧面还有抽真空的连接管(图中未示出)；高、低 温相变换热器的主要结构区别只是管束与外形的高度尺寸不同。所述罐体 的中段为斜温层显热蓄热段2，在此段设置有泡沫碳化硅陶瓷片5，所述 泡沫碳化硅陶瓷片5在斜温层显热蓄热段2内按间隔100～150mm均匀设 置，在泡沫碳化硅陶瓷片5之间填充石英岩与硅质沙混合多孔介质，作为 主要固态多孔介质的显热蓄热材料，具体如图2所示。所述罐体7外缠绕 伴随加热丝，供启动时维持熔融盐处于液态、加热多孔介质与罐体以及平 衡热损等，在罐体7最外面包裹玻璃纤维隔热层，隔热层的厚度选择取决 于蓄热温度与对热损的要求。
利用上述装置实现的本发明熔融盐中高温斜温层混合蓄热方法，包括 下述步骤(见图4)：
(1)在装置内形成斜温层：具体是当高温熔融盐液在装置的顶部进 出口8被抽出，经过换热冷却后，由装置的底部进出口4进入装置时；或 者当低温熔融盐液在装置的底部进出口4被抽出，经过加热后，由装置的 顶部进出口8进入装置时，即在装置的中间存在一个温度梯度很大的自然 分层，即斜温层6。
(2)在放热过程开始时，装置内充满高温熔融盐液，将该高温熔融 盐液经高温相变壳管式换热器1(所述高温壳管式相变换热器管侧流过熔 融盐液，壳侧灌装高温熔融盐相变材料；根据应用场合上限工作温度来选 择合适熔点的高温熔融盐相变材料)从装置的顶部进出口8抽出，放热后 从装置的底部进出口4经低温相变壳管式换热器3(所述低温壳管式相变 换热器管侧流过熔融盐液，壳侧灌装低温熔融盐相变材料；根据应用场合 下限工作温度来选择合适熔点的低温熔融盐相变材料)进入装置内，刚开 始放热一段时间内，斜温层6保持不动，一段时间后，斜温层6开始稳定 上移，随着斜温层6不断上移并接近高温相变壳管式换热器1时，在较短 的时间内，出口端的温度明显地下降到高温相变材料的熔点以下，然后依 靠高温相变换热，在一段较长的时间内维持温度不变(在此过程，在斜温 层显热蓄热段内设置的泡沫碳化硅陶瓷片平衡并保障流经熔融盐液的一 维温度分布，以及进行辅助放热)，最后相变换热基本结束，在很短时间 段内出口端温度显著下降。
(3)在蓄热过程开始时，装置内充满低温熔融盐液，将该低温熔融 盐液经低温相变壳管式换热器3从装置的底部进出口4抽出，加热成高温 熔融盐液后从装置的顶部进出口8进入装置内，刚开始蓄热一段时间内， 斜温层6保持不动，经过一段时间后，斜温层6开始稳定下移，当斜温层 6不断下移并接近低温相变壳管式换热器3时，在较短的时间内，出口端 的温度明显地升到低温相变材料的熔点以上，然后依靠低温相变换热，在 一段较长的时间内维持温度不变(在此过程，在斜温层显热蓄热段内设置 的泡沫碳化硅陶瓷片平衡并保障流经熔融盐液的一维温度分布，以及进行 辅助蓄热)，最后相变换热基本结束，在很短时间内出口端温度显著上升。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上 述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改 变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明 的保护范围之内。
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