技术领域
背景技术
[0002] 绿色
能源是能源发展的一个长期趋势，绿色能源主要包含
太阳能、
风能、
潮汐能等，其具有环保且取之不尽的优势。但是由于绿色能源一般受到外部因素影响，如阳光强度、
风力大小等，从而难以提供稳定的电力输出，因此很难输出到与
电网所需匹配的电力，造成当前弃风与弃光等严重问题。为了让绿色能源在电力输出时可以分布均匀，通常采用储能技术进行解决。
[0003] 高温固体蓄热储能可以进行
显热或
潜热储能，相对而言具有低成本，储热效率高以及结构简单等特点。原有高温固体蓄热体的工作介质运行
温度在700摄氏度以下，并且运行压强较低。为了增加固体蓄热装置储存的
能量，需要增加蓄热材料与工作介质的温度；为了增加
对流换热系数，需要提高介质的压强，但是工作介质在高温高压条件下会与容器内壁发生冲刷与
腐蚀作用，影响其力学性能，这就要求具有耐高温与承压的容器。另外，传统的长方体固体蓄热体通常在结构
合金外包裹
覆盖保温材料，如
硅酸
铝纤维毡、纳米保温板进行保温，保温层占据较大空间，增加固体蓄热体的投资成本。在蓄热体不断地储热与释热过程中，由于斜温层会不断增加，造成蓄热效率降低。
[0004] 使用高温的介质对单个固体蓄热体进行蓄热储能时，在外部输入固体蓄热体功率恒定、入口温度固定，介质的
质量流量固定的条件下，通常出口温度不允许
波动太高或者只允许波动较小范围，因此出口的储热温度
阈值通常设置较低，但是高温热介质的热量通过对流换热进入固体蓄热体需要时间，从而使用单段固体蓄热体进行蓄热轴向会有一部分没有蓄热完全，与此同时，在释能阶段时也要求对外释放功率恒定，从而出口温度不允许或者只允许波动较小范围，导致有一部分蓄热体没有将内部热量释放出来。最终造成整体有效蓄
热容量减少，储能效率降低的问题。因此，亟需开发一种有效蓄热容量高，蓄热效率高，耐高温高压，保温层占据空间小且成本低的固体蓄热体。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是为了克服
现有技术中单模
块的固体蓄热体在蓄热与释热过程中，由于斜温层的存在，且在运行过程中斜温层的厚度会不断增加并最终稳定，造成固体蓄热体有效蓄热容量减少，储能效率降低；以及固体蓄热体在高温高压条件下，介质与其容器内壁发生冲刷与腐蚀，影响固体蓄热体容器的力学性能，且保温层占据较大空间的
缺陷，提供一种固体蓄热体。
[0006] 在储热与释热时，由于斜温层会不断增加，造成蓄热效率降低或释热效率降低，本发明使用模块化储能可有效地减小这种效应，克服该弊端，同时，本发明使用多模块式的固体蓄热体，多段同时进行储能，使得每一个储热模块内的固体蓄热材料充分储能，增加固体蓄热体的有效蓄热容量。本发明为提高固体蓄热体的蓄热速率与热品质，使固体蓄热体能工作在高温高压状态，与传统的长方体固体蓄热体相比，本发明采用夹层式套筒状的保温容器，其结构为中空的圆柱体，可有效地提高抗压强度和保温效果，在达到相同保温效果的前提下，其保温层厚度至少可以减少到传统的长方体固体蓄热体的1/10。内部保温层位于固体蓄热材料与保温容器之间，隔绝固体蓄热材料与保温容器
接触，用于降低温度梯度，保护保温容器的力学性能。
[0007] 本发明是通过下述技术方案解决上述技术问题：
[0008] 一种固体蓄热体，包括至少三个储热模块，每个所述的储热模块两端均设置有换热通道，所述的换热通道用于向与其相邻的所述储热模块输送介质或将与其相邻的所述的储热模块内的介质排出；所述储热模块包括夹层式套筒状的保温容器，所述保温容器为圆柱体中空结构，所述保温容器的内部同轴设有内部保温层；所述的换热通道包括垂直于所述储热模块的轴向设置的
挡板组，每个所述的挡板组依次包括第一挡板、第二挡板、第三挡板和第四挡板，所述的第一挡板贴合上一所述的储热模块，所述的第二挡板贴合所述的第一挡板，所述的第四挡板贴合下一所述的储热模块，所述的第三挡板贴合所述的第四挡板；
[0009] 一所述储热模块和与其相邻的上游和下游的所述的换热通道构成一换热系统；所述换热系统中，与所述储热模块相邻的上游的所述的换热通道内，所述的第一挡板和所述的第二挡板为闭合状态，所述的第三挡板和所述的第四挡板为打开状态，所述的第一挡板用于避免所述介质流入其上游所述的储热模块，所述的第二挡板可弯曲设置用于控制所述介质的流速和/或避免所述介质产生涡旋；所述换热系统中，与所述储热模块相邻的下游的所述的换热通道内，所述的第一挡板和所述的第二挡板为打开状态，所述的第三挡板和所述的第四挡板为闭合状态，所述的第四挡板用于避免所述介质流入其下游所述的储热模块，所述的第三挡板可弯曲设置用于控制所述介质的流速和/或避免所述介质产生涡旋。
[0010] 较佳地，各所述的储热模块可横向设置或纵向设置。
[0011] 较佳地，所述保温容器的夹层结构从外到内依次为保温容器外层、保温容器夹层和保温容器内层。
[0012] 其中，所述保温容器外层和保温容器内层的材料可为
混凝土或金属合金。所述金属合金较佳地为310s不锈
钢。
[0013] 其中，所述保温容器夹层中设有至少一个
支撑体，其剩余部分填充有低
真空干空气。所述支撑体用于支撑所述保温容器外层和所述保温容器内层。所述支撑体的材质可为多孔保温材料，较佳地为聚
氨酯、聚苯乙烯
泡沫和珍珠岩中的一种或多种。填充所述低真空干空气有利于提高保温效果。
[0014] 较佳地，所述第二挡板和所述第三挡板上均设置有挡板轴，所述第二挡板和所述第三挡板均能绕设置在其上的所述挡板轴弯折。
[0015] 较佳地，所述保温容器的部分外表面设有一外部保温层。所述外部保温层的材料可为纤维状保温材料，较佳地为岩
棉、
矿渣棉、
玻璃棉、纳米板和
硅酸铝纤维毡中的一种或多种。
[0016] 较佳地，所述保温容器的下部设有一底座。所述底座的材质可为金属合金或
钢筋混凝土。所述底座用于支撑所述保温容器。
[0017] 较佳地，所述底座上设有弧形凹槽，所述弧形凹槽的弧度与所述保温容器的外表面的弧度相同；所述保温容器的外表面部分与所述弧形凹槽贴合，所述保温容器的外表面未与所述弧形凹槽贴合的部分设有所述外部保温层。
[0018] 较佳地，所述储热模块还包括一外包覆层，所述外包覆层位于所述储热模块的最外层，所述外包覆层的内部下表面与所述底座的下表面连接。所述外包覆层为立方体中空结构。所述外包覆层的材料可为金属合金或
钢筋混凝土，较佳地为310s
不锈钢。
[0019] 较佳地，所述固体蓄热体还包括管路系统，所述管路系统包括管道和三通
阀。部分所述管道设置于所述的第二挡板和第三挡板之间，其一端为所述介质传输端，其另一端连接有所述三通阀。各所述管道之间通过所述三通阀连接。所述三通阀可用于控制所述介质的流通方向。
[0020] 其中，所述介质可为气体介质或液体介质。所述气体介质较佳地为干空气、氮气、
氧气、二氧化
碳和氦气中的一种或多种。所述液体介质较佳地为熔盐和/或
导热油。
[0021] 较佳地，所述内部保温层的材质可为定型耐火材料，较佳地为轻质刚玉砖、轻质高铝砖和轻质黏土砖中的一种或多种。
[0022] 较佳地，所述内部保温层内侧填充有固体蓄热材料。所述固体蓄热材料可为显热蓄热材料或潜热蓄热材料。所述显热蓄热材料可为本领域常规使用的显热蓄热材料，较佳地为砂子、鹅卵石、
岩石、镁
铁蓄热砖和镁铝蓄热砖中的一种或多种。所述潜热蓄热材料可为本领域常规使用的潜热蓄热材料，较佳地为熔盐，所述熔盐较佳地为高温熔盐，例如NaCl-KCl-MgCl2、NaNO3-KNO3、KCl-NaSO4和MgCl2-MgSO4中的一种或多种。
[0023] 其中，所述固体蓄热材料的耐热程度可为600-1500℃，较佳地为600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1200℃或1500℃。
[0024] 其中，所述固体蓄热材料的耐压强度可为0.2-50MPa，较佳地为0.2MPa、10MPa、20MPa或50MPa。
[0025] 当所述固体蓄热材料为形状规则的固体蓄热材料时，较佳地为镁铁蓄热砖或镁铝蓄热砖时，所述固体蓄热材料的轴向上可设置有用于传送所述介质的管道，所述用于传送所述介质的管道与所述固体蓄热材料可进行热量交换。
[0026] 在本发明一优选实施方案中，当所述固体蓄热体进行蓄热或释热时，两个或两个以上互不相邻的所述换热系统同时进行蓄热或释热。例如，两个或两个以上相邻设置的第奇数个所述换热系统同时进行蓄热或释热，或，两个或两个以上相邻设置的第偶数个所述换热系统同时进行蓄热或释热。
[0027] 应了解，本发明“第一”、“第二”、“第三”、“第四”均无实际意义，仅为区分相同的术语。
[0028] 本发明中“上游”指所述介质流入端，“下游”指所述介质流出端。
[0029] 本发明所用材料均市售可得。
[0030] 本发明的积极进步效果在于：本发明在绿色能源输入能量时间不确定且间歇式的条件下，使用多模块的固体蓄热体、多段同时进行蓄热或释热，通过此种方法，在蓄热或释热过程中，与单模块的固体蓄热体相比可减小斜温层的厚度，最终提高有效蓄热容量，提高储热效率；在固体蓄热体漏热相同的条件下，与传统长方体的固体蓄热体的保温层相比，本发明固体蓄热体的保温层的体积可以减少一半以上，甚至可减小到传统长方体的固体蓄热体的1/10，从而可以设计为紧凑式的储能系统，降低成本；本发明的固体蓄热体能够保护保温容器的力学完整性，且提高耐高温和抗压强度。
附图说明
[0031] 图1为本发明
实施例固体蓄热体的径向结构示意图。
[0032] 图2为本发明实施例固体蓄热体的轴向结构示意图。
[0033] 图3为本发明实施例固体蓄热体的轴向结构放大示意图。
[0034] 附图标记说明
[0035] 固体蓄热材料 1
[0036] 内部保温层 2
[0037] 保温容器 3
[0038] 保温容器外层 31
[0039] 保温容器夹层 32
[0040] 保温容器内层 33
[0041] 外部保温层 4
[0042] 底座 5
[0043] 外包覆层 6
[0044] 支撑体 7
[0045] 换热通道 8
[0046] 挡板组 9
[0047] 第一挡板 91
[0048] 第二挡板 92
[0049] 第三挡板 93
[0050] 第四挡板 94
[0051] 挡板轴 10
[0052] 储热模块 11
[0053] 第一储热模块 111
[0054] 第二储热模块 112
[0055] 第三储热模块 113
[0056] 第四储热模块114
[0057] 管道 12
[0058] 三通阀 13
[0059] 用于传送所述介质的管道 14
具体实施方式
[0060] 下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0061] 本实施例提供一种固体蓄热体，如图1、图2和图3所述，所述固体蓄热体包括至少三个储热模块11，每个所述的储热模块11两端均设置有换热通道8，所述的换热通道8用于向与其相邻的所述储热模块11输送介质或将与其相邻的所述的储热模块11内的介质排出；所述储热模块11包括夹层式套筒状的保温容器3，所述保温容器3为圆柱体中空结构，所述保温容器3的内部同轴设有内部保温层2；所述的换热通道8包括垂直于所述储热模块11的轴向设置的挡板组9，每个所述的挡板组9依次包括第一挡板91、第二挡板92、第三挡板93和第四挡板94，所述的第一挡板91贴合上一所述的储热模块11，所述的第二挡92贴合所述的第一挡板91，所述的第四挡板94贴合下一所述的储热模块11，所述的第三挡板93贴合所述的第四挡板94。
[0062] 一所述储热模块11和与其相邻的上游和下游的所述的换热通道8构成一换热系统；所述换热系统中，与所述储热模块11相邻的上游的所述的换热通道8内，所述的第一挡板91和所述的第二挡板92为闭合状态，所述的第三挡板93和所述的第四挡板94为打开状态，所述的第一挡板91用于避免所述介质流入其上游所述的储热模块11，所述的第二挡板92可弯曲设置用于控制所述介质的流速和/或避免所述介质产生涡旋；所述换热系统中，与所述储热模块11相邻的下游的所述的换热通道8内，所述的第一挡板91和所述的第二挡板
92为打开状态，所述的第三挡板93和所述的第四挡板94为闭合状态，所述的第四挡板94用于避免所述介质流入其下游所述的储热模块11，所述的第三挡板93可弯曲设置用于控制所述介质的流速和/或避免所述介质产生涡旋。
[0063] 所述的储热模块11横向设置。
[0064] 所述保温容器3的夹层结构从外到内依次为保温容器外层31、保温容器夹层32和保温容器内层33。所述保温容器外层31的材质为310s不锈钢。所述保温容器内层33的材质为310s不锈钢。
[0065] 其中，所述保温容器夹层32中径向上每隔90度设有一个所述支撑体7，其剩余部分填充有低真空干空气。所述支撑体7用于支撑所述保温容器外层31和所述保温容器内层33。所述支撑体7的材质为聚氨酯。低真空干空气的热导系数为0.003W/(m·K)，比传统保温材料的热导系数低，保温效果好。填充所述低真空干空气有利于提高保温效果。在达到相同保温效果的条件下，保温层厚度可大幅降低。所述保温容器3是保温的主要贡献者，所述保温容器3的夹层式结构，有效地提高抗压强度。
[0066] 所述第二挡板92和所述第三挡板93上均设置有挡板轴10，所述第二挡板92和所述第三挡板93均可绕设置在其上的所述挡板轴10弯折。
[0067] 所述保温容器3的部分外表面设有一外部保温层4。所述外部保温层4的材料硅酸铝纤维毡。所述外部保温层4进一步起到保温作用，且保护所述保温容器3的力学性能。
[0068] 所述保温容器3的下部设有一底座5。所述底座5上设有弧形凹槽，所述弧形凹槽的弧度与所述保温容器3的外表面的弧度相同；所述保温容器3的外表面部分与所述弧形凹槽贴合，所述保温容器3的外表面未与所述弧形凹槽贴合的部分设有所述外部保温层4。所述底座5的材质为钢筋混凝土。所述底座5主要用于支撑所述保温容器3以及其内部的所述内部保温层2和所述固体蓄热材料1。
[0069] 所述储热模块11还包括一外包覆层6，所述外包覆层6位于所述储热模块11的最外层，所述外包覆层6的内部下表面与所述底座5的下表面连接。所述外包覆层6为立方体中空结构。所述外包覆层6的材料为310s不锈钢。所述外包覆层6使所述外部保温层4形成相对密封的环境，起到保护所述外部保温层4的作用。
[0070] 所述固体蓄热体还包括管路系统，所述管路系统包括管道12和三通阀13。部分所述管道12设置于所述的第二挡板92和第三挡板93之间，其一端为所述介质传输端，其另一端连接有所述三通阀13。各所述管道12之间通过所述三通阀13连接。所述三通阀13可用于控制所述介质的流通方向。其中，所述介质为干空气。
[0071] 所述内部保温层2内侧填充有固体蓄热材料1。所述内部保温层2的材质为轻质刚玉砖。所述内部保温层2位于所述固体蓄热材料1与所述保温容器3之间，用于隔绝所述固体蓄热材料1与所述保温容器3接触，降低温度梯度，保护保温容器3的力学性能。所述固体蓄热材料1为镁铁蓄热砖，其耐热程度为1500℃，其耐压强度为20MPa。本实施例中，所述固体蓄热材料1为形状规则的镁铁蓄热砖，在所述固体蓄热材料1的轴向上设置有所述用于传送所述介质的管道14，所述用于传送所述介质的管道14与所述固体蓄热材料1可进行热量交换。
[0072] 当对所述固体蓄热体进行蓄热时，为了提高有效蓄热容量，使用多个所述储热模块11间隔进行储热。为了便于描述本实施例中所述固体蓄热体的工作状态，将图2中左侧所述储热模块11设为第一储热模块111，将其下游的所述储热模块11依次设为第二储热模块112、第三储热模块113、第四储热模块114，以此类推。将图2中左侧所述换热通道8设为第一换热通道81，将其下游所述换热通道8依次设为第二换热通道82、第三换热通道83、第四换热通道84、第五换热通道85，以此类推。
[0073] 将所述第一换热通道81内的所述第一挡板91和所述第二挡板92闭合，将所述第三挡板93和所述第四挡板94打开，其中，所述第二挡板92绕其上的所述挡板轴10弯折，使所述第二挡板92的底端向所述第一储热模块111方向移动；将所述第二换热通道82的所述第一挡板91和所述第二挡板92打开，将所述第三挡板93和所述第四挡板94闭合，其中，所述第三挡板93绕其上的所述挡板轴10弯折，使所述第三挡板93的底端向所述第一储热模块111方向移动；调节所述三通阀13，使所述介质从所述第一换热通道81内的所述管道12流入，流经所述第一储热模块111，从所述第二换热通道82内的所述管道12流出。所述第一换热通道81内的所述第二挡板92倾斜可避免所述介质从所述第一换热通道81内的所述管道12进入后在所述第一换热通道81底部形成涡旋，从而造成能量耗散，另外，所述第二挡板92倾斜，可不断缩小所述第一换热通道81的底部截面，进而增加所述第一换热通道81底部所述介质的流速，从而有利于所述第一储热模块111径向上的温度保持相同。当所述介质流出所述第一储热模块111时，所述第二换热通道82的所述第三挡板93同样可以减少因所述介质在所述第二换热通道82底部形成涡旋而造成的热量损失。所述介质从所述第二换热通道82流出后，通过调节所述三通阀13使所述介质从所述第三换热通道83流入，流经所述第三储热模块113，从所述第四换热通道84流出，所述第三换热通道83内所述挡板组9的设置同所述第一换热通道81内所述挡板组9，所述第四换热通道84内所述挡板组的设置同所述第二换热通道82内所述挡板组9，以此类推。
[0074] 在蓄热过程中，从所述第二换热通道82流出的所述介质的温度会不断升高，当所述第二换热通道82流出的所述介质的温度与所述第一换热通道81的所述介质的温度相同时，将所述第一换热通道81内的所述第三挡板93和第四挡板94闭合，将所述第二换热通道82内的所述第一挡板91和第二挡板92闭合；弯折所述第一换热通道81内的所述第二挡板92和所述第二换热通道82内的所述第三挡板93，使其恢复竖直状态；再将所述第二换热通道
82内的所述第三挡板93和第四挡板94打开，将所述第三换热通道83内的所述的第一挡板91和第二挡板92打开；将所述第二换热通道82内的所述第一挡板91和所述第二挡板92闭合，将所述第三换热通道83内的所述第三挡板93和所述第四挡板94闭合；同时，调节所述三通阀13，使所述介质从所述第二换热通道82流入，流经所述第二储热模块112，从所述第三换热通道83流出。此时，所述第四换热通道84内所述挡板组9的设置同所述第二换热通道82，所述第五换热通道85内所述挡板组9的设置同所述第三换热通道83，以此类推。此时，通过调节所述三通阀13使所述介质从所述第四换热通道83流入，流经所述第四储热模块114，从所述第五换热通道85流出，以此类推。
[0075] 当所述固体蓄热体进行释热时，各所述换热通道8内的所述挡板组9的设置状态与蓄热时相同，所述介质的流动方向相反。
[0076] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附
权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或
修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
