專利名稱：一種儲熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種儲熱裝置，特別涉及一種太陽能光熱利用系統(tǒng)中的儲熱裝置。
背景技術(shù)：
太陽能是比較理想的新能源，但利用上卻存在時效性問題，日照期間所接受的能量超過所需，日落之后卻無法發(fā)揮作用。因而如何把日照時多余的能量儲存起來，以用于日落后系統(tǒng)的持續(xù)運行，即取有余以補不足，成為實現(xiàn)太陽能熱利用裝置連續(xù)運行的關(guān)鍵問題?，F(xiàn)有的太陽能儲存技術(shù)中，有報道或使用過多種儲熱介質(zhì)。近年有報道在實驗室中獲得以特定材料作基體支撐的復(fù)合相變材料(定形相變材料)，用以儲存熱量，但其存在導(dǎo)熱系數(shù)低的缺點，而且相變材料在儲熱過程中發(fā)生相變，由于體積的變化，容易發(fā)生漏露的隱患。另外，工業(yè)上也有使用三元鋁合金用以作為儲存材料，其對于儲熱性能(如相變儲熱等參數(shù))有負(fù)面作用，儲熱材料本身在工作過程中進(jìn)行反復(fù)的固液相變，雜質(zhì)元素將會影響其使用性能和使用壽命。目前現(xiàn)有的已經(jīng)工業(yè)化的太陽能熱發(fā)電機(jī)組多利用無機(jī)鹽做儲熱材料，但無機(jī)鹽在相變過程中存在過冷和相分離的缺點，影響了儲熱能力，并且其凝固溫度過高，造成夜間為保證其不凝固而進(jìn)行的保溫循環(huán)熱損失較大，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)凝固點后處置困難，存在安全隱患；熔鹽系統(tǒng)管路中使用的泵、閥價格昂貴且使用壽命也比較短， 而且無機(jī)鹽具有毒性，容易泄漏發(fā)生火災(zāi)，且泄漏會對環(huán)境造成的污染。目前國際太陽能光熱利用儲存系統(tǒng)主要有雙罐直接蓄熱、雙罐間接蓄熱及單罐斜溫層蓄熱等類型裝置雙罐直接能源存儲系統(tǒng)(Two-tankDirect Energy Storage System)如圖 1 所示，傳熱介質(zhì)在太陽能聚光場受熱，同時也直接作為存儲介質(zhì)儲存在熱罐內(nèi)。受熱后的熱傳介質(zhì)受泵驅(qū)動，經(jīng)過蒸汽發(fā)生器，而獲得熱蒸汽發(fā)電。當(dāng)太陽能聚光場沒有熱量輸入時，例如夜晚，儲熱罐因白天接受太陽能聚光場熱量的輸入，已儲存一定的熱量，一定時間內(nèi)仍然可以作用蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生蒸汽而發(fā)電；經(jīng)過蒸汽發(fā)生器后的傳熱介質(zhì)冷卻后，流回冷罐； 當(dāng)太陽能聚光場向熱罐提供熱量時，例如天晴的白天，冷罐內(nèi)的傳熱介質(zhì)流經(jīng)光場受熱后流入熱罐內(nèi)，完成能量吸收和儲存。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所需求的雙熱罐成本較高，且因傳熱介質(zhì)的溫度上限較低，其儲熱能力也受到限制。雙罐間接能源儲存系統(tǒng)(Two-tankIndirect Energy Storage System)如圖 2 所示，相對冷的熔融鹽在熔融鹽泵的驅(qū)動下從冷鹽罐到達(dá)換熱器中，與來自太陽能光場的傳熱介質(zhì)換熱獲得熱量，變成熱的熔融鹽；冷的熔融鹽在熱交換器內(nèi)流動的方向與太陽能聚光場受熱后的傳熱介質(zhì)流過的方向相反；受熱后的熱熔融鹽在熔鹽泵的驅(qū)動下儲存于熱罐內(nèi)。當(dāng)儲熱介質(zhì)進(jìn)行發(fā)電時，熱熔融鹽從熱罐流出，經(jīng)過蒸汽發(fā)生器，熱熔融鹽變成冷熔融鹽，流入冷罐。相比較雙罐直接儲熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以儲存更多的熱量；其缺點是仍然需要兩個昂貴的儲熱罐，且需要驅(qū)動腐蝕性的高溫熔融鹽，且當(dāng)凝固后需要對儲熱鹽進(jìn)行預(yù)加熱，使其變成熔融鹽狀態(tài)，以便驅(qū)動；整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行成本高。以上兩種方式理論上均可以使大部分儲存熱能獲得高品位利用，最后流出熱罐的儲熱介質(zhì)也能保持高溫狀態(tài)，因此能夠自始至終獲得高溫度的蒸汽，從而具有持續(xù)高效的發(fā)電效率。單罐斜溫層能量儲存系統(tǒng)(Single-tankThermocline Energy Storage System) 如圖3所示，單罐的上部為高溫介質(zhì)，底部為相對低溫介質(zhì)；當(dāng)儲熱時，底部的低溫介質(zhì)流入換熱器，與接受了太陽能熱的高溫傳熱介質(zhì)發(fā)生熱交換，獲得與其相近的溫度，之后流入單罐的頂部區(qū)域，完成儲熱過程；當(dāng)放熱時，高溫介質(zhì)從單罐頂部流出，經(jīng)過熱交換器，將熱量換給傳熱介質(zhì)如蒸汽，推動汽輪機(jī)發(fā)電，高溫介質(zhì)溫度降低，從熱交換器流入單罐底部， 完成放熱。該儲熱罐具有垂直溫度梯度，可以盡量高品質(zhì)的進(jìn)行熱利用，但即使商業(yè)化或工業(yè)化后，整體成本仍然昂貴，且系統(tǒng)仍然無法避免高溫熔融鹽的腐蝕性和固化后的加熱融化過程。以上描述的是目前國際上使用比較普遍的儲熱系統(tǒng)，為了獲得熱能儲存及高品位利用的目標(biāo)，均使用了具有流動性，可進(jìn)行空間位置轉(zhuǎn)移的儲熱介質(zhì)，所以現(xiàn)有系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)均比較復(fù)雜，制造及運行成本高昂；另外，上述儲熱介質(zhì)大多有毒且具有強(qiáng)烈的腐蝕性，存在泄露后容易產(chǎn)生火災(zāi)、污染環(huán)境等問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供了一種低成本、環(huán)保、具有良好的自然斜溫層(Thermocline)性質(zhì)的儲熱裝置，儲熱介質(zhì)不必具有流動性，所處空間位置基本不動，高低溫區(qū)域間不易發(fā)生熱傳遞而造成均溫情況，因此裝置結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，而且能高效實現(xiàn)熱能高品位利用，可應(yīng)用于各種儲熱應(yīng)用，特別是太陽能熱利用系統(tǒng)。根據(jù)本實用新型，提供了一種儲熱裝置，包括儲熱空間、置于所述的儲熱空間內(nèi)的儲熱介質(zhì)、傳熱輸入裝置、換熱輸出裝置和位于所述儲熱空間外部的保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述儲熱空間由多層串聯(lián)的儲熱空間單元和每層儲熱空間單元之間布置的隔熱層組成，所述傳熱輸入裝置和換熱輸出裝置在所述的儲熱空間內(nèi)對儲熱介質(zhì)完成熱傳和熱換； 且所述儲熱空間的頂部和底部儲熱空間單元內(nèi)實施分層控制。所述隔熱層布置于各儲熱空間單元之間，以達(dá)到減緩各儲熱空間單元之間由于溫差而發(fā)生的熱量傳遞，以保證溫度較高的高品位熱量不會由于儲熱裝置的內(nèi)部的均溫趨勢而造成溫度品位下降，從而實現(xiàn)有效熱能儲存和利用。在進(jìn)一步的實施方式中，當(dāng)儲熱裝置立式布置時，所述隔熱層具有良好的機(jī)械支撐作用，具有支撐該層所述隔熱層以上儲熱裝置的重量的能力；所述隔熱層為一定厚度的隔熱材料，例如硅酸鈣板，厚度IOmm 300mm ；所述硅酸鈣板在高溫下導(dǎo)熱效率大約為 0. 07 0. 08W/ (m. k)，具有良好的隔熱性能和隔熱效果，耐壓0. 8MPa,使得多個儲熱空間單元之間具有明顯的溫度梯度和機(jī)械支撐穩(wěn)定性能。優(yōu)選的，所述儲熱介質(zhì)為儲熱混凝土、鎂砂、儲熱磚、金屬、巖石、砂；進(jìn)一步，在所述的各層儲熱介質(zhì)中放置金屬片、金屬絲等高導(dǎo)熱材料填充，以提高每個單元內(nèi)的熱傳性能，提高傳熱換熱速度。優(yōu)選的，所述傳熱輸入裝置包括傳熱輸入管路及傳熱輸入管路內(nèi)的傳熱介質(zhì)，所述傳熱輸入管路分布貫穿于所述儲熱空間；進(jìn)一步，所述傳熱輸入管路上設(shè)置翅片。優(yōu)選的，所述換熱輸出裝置包括換熱輸出管路及換熱輸出管路內(nèi)的換熱介質(zhì)，所述換熱輸出管路分布貫穿于所述儲熱空間；進(jìn)一步，在換熱輸出管路上設(shè)置翅片。優(yōu)選的，所述儲熱空間單元內(nèi)，所述傳熱輸入管路與換熱輸出管路在儲熱空間內(nèi)不相互接觸，使輸入和輸出回路通過儲熱介質(zhì)耦合，例如在太陽能熱利用系統(tǒng)中，當(dāng)光照條件發(fā)生波動時，輸入功率變化帶來的輸入回路熱參數(shù)的波動不會直接影響輸出回路熱參數(shù)的穩(wěn)定性，從而保證熱利用裝置工作穩(wěn)定可靠，同時使得對太陽能采光場的控制變得簡單。優(yōu)選的，所述傳熱輸入管路與換熱輸出管路貫穿每個儲熱單元及隔熱層；進(jìn)一步， 傳熱輸入管路的總?cè)肟谂c換熱輸出管路的總出口位于儲熱空間內(nèi)的高溫儲熱空間單元端， 傳熱輸入管路的總出口與換熱輸出管路的總?cè)肟谖挥趦峥臻g內(nèi)的低溫儲熱空間單元端。在進(jìn)一步的實施方式中，所述儲熱空間單元由多個串聯(lián)儲熱空間單元組成，所述每個儲熱空間單元內(nèi)布置多個扇形混凝土儲熱塊，每個混凝土儲熱塊內(nèi)部布置有傳熱和換熱管路，多個的扇形混凝土儲熱塊拼接為環(huán)形組成一個儲熱空間單元，這樣每個儲熱塊體積重量不至于太大，方便制造、安裝及檢修。在進(jìn)一步的實施方式中，所述每個儲熱空間單元中的每個扇形混凝土儲熱塊內(nèi)的傳熱管路和換熱管路首尾相互連接形成單向貫通的管路。在進(jìn)一步的實施方式中，所述相鄰的每串儲熱空間單元中的單向貫通的管路相互順序連接形成整體密閉儲熱空間內(nèi)的貫通管路。在進(jìn)一步的實施方式中，所述整體密封儲熱空間中的傳熱管路和換熱管路所各自形成的貫通管路可以各自設(shè)計為兩條或多條。在進(jìn)一步的實施方式中，所述多條傳熱管路可以整體并列布置，在相同或接近的位置設(shè)計各自獨立的出入口或共用一個出入口。在進(jìn)一步的實施方式中，所述多條傳熱管路可以局部并列布置，各自在不同的位置設(shè)計各自獨立的一個或多個出入口。在進(jìn)一步的實施方式中，所述多條換熱管路可以整體并列布置，在相同或接近的位置設(shè)計各自獨立的出入口或共用一個出入口。在進(jìn)一步的實施方式中，所述多條換熱管路可以局部并列布置，各自在不同的位置設(shè)計各自獨立的一個或多個出入口。在進(jìn)一步的實施方式中，所述儲熱空間的底部多層儲熱空間單元組成的分層傳熱控制單元，多層儲熱空間單元分別對應(yīng)布置控制閥，在傳熱過程中采取分層輸入傳熱控制， 即相對上層高溫儲熱空間單元的溫度上升至臨界工作狀態(tài)時(傳熱后傳熱介質(zhì)的輸出溫度仍過高至臨界點)，將此層對應(yīng)的輸出控制閥關(guān)閉，并開啟相鄰下層儲熱空間單元的輸出控制閥，開始該相鄰下層儲熱空間單元的傳熱循環(huán)系統(tǒng)，直至該層儲熱空間單元的溫度上升至臨界工作狀態(tài)時，再開啟該層之下的傳熱循環(huán)系統(tǒng)，以此類推，直至最后開通最底層儲熱空間單元完成整體高溫品位傳熱。從而使傳熱儲存過程中盡量將所獲得的熱能以高溫狀態(tài)儲存起來，提高儲存品位。在進(jìn)一步的實施方式中，所述儲熱空間的頂部多層儲熱空間單元組成的分層換熱控制單元，多層儲熱空間單元分別對應(yīng)布置控制閥，在換熱過程中采取分層輸出的換熱控制，即相對下層高溫儲熱空間單元的溫度下降至臨界工作狀態(tài)(換熱后換熱介質(zhì)的輸出溫度低至臨界點)時，將此層輸出控制閥關(guān)閉，并開啟相鄰上層儲熱空間單元的輸出控制閥， 開始對該相鄰上層儲熱空間單元的換熱循環(huán)系統(tǒng)，直至該層儲熱空間單元的溫度下降至臨界工作狀態(tài)時，再開啟該層之上的換熱循環(huán)系統(tǒng)，以此類推，直至最后開通最頂層儲熱空間單元完成整體高溫品位換熱。從而使換熱利用過程中優(yōu)先將還可以利用的低品位能量換熱輸出為換熱介質(zhì)預(yù)熱，而只將高溫?zé)嵩醋鳛樽罱K換熱使用，實現(xiàn)高品位熱源的最大化利用。在進(jìn)一步的實施方式中，本儲熱裝置的傳熱系統(tǒng)可分別或同時儲存不同溫度等級的熱量高溫度等級I的傳熱介質(zhì)(例如來自于塔式太陽能的傳熱介質(zhì)，溫度550°C )選擇從最接近I溫度等級的稍低溫儲熱單元位置的傳熱輸入管路入口進(jìn)入，優(yōu)先將其攜帶的熱量儲存為盡可能高溫度狀態(tài)，然后繼續(xù)向下一層儲熱空間單元存入低一些溫度的熱量，依此類推，直到到達(dá)允許的最低溫度點后從最近處出口流出；與此同時，儲熱裝置進(jìn)行另一路中溫度等級II的傳熱介質(zhì)(例如來自槽式太陽能的傳熱介質(zhì)，溫度350°C)傳入，其傳熱介質(zhì)選擇從最接近II溫度等級的稍低溫儲熱單元位置的傳熱輸入管路入口進(jìn)入，優(yōu)先將其攜帶的熱量儲存為盡可能高溫度狀態(tài)，然后繼續(xù)向下一層儲熱空間單元存入低一些溫度的熱量，依此類推，直到到達(dá)允許的最低溫度點后從最近處出口流出；I、II兩種溫度等級的熱傳介質(zhì)經(jīng)過的傳熱輸入管路可以部分重合或各自獨立。此方式可以使本儲存裝置能夠以最優(yōu)方式同時接收儲存各種來源各種品位的熱量，具有更加廣泛的適用范圍，更加經(jīng)濟(jì)實用。在進(jìn)一步的實施方式中，本儲熱裝置的換熱系統(tǒng)可分別或同時輸出不同溫度等級的熱量高溫度等級I的換熱介質(zhì)選擇從最接近I溫度等級的稍高溫儲熱空間單元位置的換熱輸出管路出口流出(例如溫度高于435°c，應(yīng)用于汽輪機(jī)發(fā)電)，優(yōu)先使用盡可能低溫度狀態(tài)的熱能進(jìn)行預(yù)熱，待此儲熱空間單元溫度無法滿足輸出溫度條件時，再繼續(xù)向上一層儲熱空間單元提取高一些溫度的熱量，依此類推，直到到達(dá)所需溫度；與此同時，儲熱裝置進(jìn)行另一路的中溫度等級II的熱量換出，其換熱熱量傳輸介質(zhì)也選擇從最接近中溫度等級II的稍高溫儲熱空間單元位置的換熱輸出管路出口流出(例如溫度大約200°C，應(yīng)用于工業(yè)蒸汽)，優(yōu)先使用盡可能低溫度狀態(tài)的熱能，待此儲熱空間單元溫度無法滿足輸出溫度條件時，再繼續(xù)向上一儲熱空間單元提取高一些溫度的熱量，依此類推，直到到達(dá)所需溫度；I、II兩種溫度等級的換熱介質(zhì)經(jīng)過的換熱輸出管路可以部分重合或各自獨立。此方式可以使本儲熱裝置能夠以最優(yōu)方式同時提供各種品位的熱量輸出，具有更加廣泛的適用范圍，更加經(jīng)濟(jì)實用。優(yōu)選的，所述保溫結(jié)構(gòu)由具有低的導(dǎo)熱率的材料組成，位于儲熱空間的外部。優(yōu)選的，所述儲熱裝置的熱能來自太陽能。優(yōu)選的，所述儲熱裝置作為槽式聚焦太陽能系統(tǒng)的儲熱裝置。優(yōu)選的，所述儲熱裝置垂直設(shè)立于地面以上，在作為塔式聚焦太陽能系統(tǒng)的儲熱裝置的同時，也作為塔式聚焦太陽能系統(tǒng)中接收裝置的支撐物或支撐物的一部分。優(yōu)選的，所述儲熱裝置中的傳熱裝置內(nèi)的傳熱介質(zhì)采用熔融鹽或金屬鈉、鉀等低熔點金屬或合金。優(yōu)選的，所述儲熱裝置中的換熱裝置內(nèi)的換熱介質(zhì)采用水蒸氣。本實用新型的密閉儲熱裝置由于儲熱介質(zhì)取材于河砂、鎂砂、混凝土，巖石、礦渣、 陶瓷、金屬板等低成本材料并且空間位置基本不發(fā)生移動，故本裝置造價低，且性能穩(wěn)定，具有較好的性價比，完全無污染，尤其適合于大規(guī)模推廣太陽能利用所需要的儲熱裝置。
下面參照附圖對本實用新型的具體實施方案進(jìn)行詳細(xì)的說明，附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的雙罐直接能源存儲系統(tǒng)整體示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的雙罐間接能源儲存系統(tǒng)整體示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)的單罐斜溫層能量儲存系統(tǒng)整體示意圖；圖4是本實用新型的實施例的儲熱裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型的實施例的儲熱裝置受熱過程圖；圖6是本實用新型的實施例的儲熱裝置換熱過程圖；圖7是本實用新型混凝土儲熱介質(zhì)的第二實施例示意圖；圖8是第二實施例的儲熱空間單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是第二實施例的儲熱空間整體布置的示意圖；圖10是第三實施例的儲熱空間內(nèi)傳熱、換熱運行模式示意圖。圖1-3中標(biāo)記說明101-太陽能聚光場；102-冷油罐；103-熱油罐；[0051]104-蒸汽發(fā)生器；105--天然氣；106--過熱蒸汽；[0052]107-渦輪機(jī)；108--發(fā)電機(jī)；109--冷凝器；[0053]110-冷卻塔；201--太陽能聚光場；202-換熱器；[0054]203-熱熔鹽罐；204--熔鹽冷罐；205--太陽能過熱器;[0055]206-鍋爐；207-蒸汽發(fā)生器；208--太陽能預(yù)熱器;[0056]209-太陽能再熱器；210-排氣器；211-蒸汽渦輪機(jī)；[0057]212-冷凝器；213--低壓再熱器；301--太陽能聚光場;[0058]302-換熱器；303-單罐斜溫層儲存罐[0059]305-太陽能過熱器；306-鍋爐；307-蒸汽發(fā)生器；[0060]308-太陽能預(yù)熱器；309-太陽能再熱器；310-排氣器；311-[0061]蒸汽渦輪機(jī)；312-冷凝器；313-低壓再熱器。
具體實施方式
圖4是本實用新型的實施例的儲熱裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本實施例的儲熱裝置，包括儲熱空間2、及外部保溫結(jié)構(gòu)13 ；所述儲熱空間2由儲熱空間單元15和儲熱空間單元15之間設(shè)置的多層隔熱層6組成，所述儲熱空間單元15之間可以縱向串聯(lián)而成，整體呈圓柱形，高度與直徑之比，例如1 5 1;所述儲熱空間單元15內(nèi)部設(shè)置有儲熱介質(zhì)、傳熱輸入裝置4和換熱輸出裝置5，所述傳熱輸入裝置4和換熱輸出裝置5在所述的儲熱空間2內(nèi)完成熱傳和熱換；每層儲熱空間單元15之間布置有隔熱層6，所述儲熱空間2的頂部和底部多層儲熱空間單元15內(nèi)分別實施分層的輸出和輸入控制。所述儲熱空間單元15與儲熱空間單元15之間被一定厚度的隔熱層6所隔開，隔熱板，例如硅酸鈣板，厚度IOmm 300mm ；所述硅酸鈣板在高溫下導(dǎo)熱效率大約為0. 07 0. 08ff/(m. k)，具有良好的隔熱性能和隔熱效果，耐壓0. 8MPa，使得多個儲熱空間單元之間具有明顯的溫度梯度和機(jī)械支撐穩(wěn)定性能。多個儲熱空間單元之間具有明顯的溫度梯度， 每相鄰的兩個儲熱空間單元的溫度差大于25°C，多層具有隔熱層6的串聯(lián)儲熱空間單元15 良好地保證了高端位置的高端溫度與低端位置的低端溫度所形成的溫度梯度的穩(wěn)定性，減少軸向溫度擴(kuò)散趨勢。傳熱輸入裝置4包括傳熱輸入管路9及傳熱輸入管路9內(nèi)的傳熱介質(zhì)，傳熱輸入管路9螺旋貫穿于所述儲熱空間2 ；且螺旋行進(jìn)直徑規(guī)律變化，傳熱輸入管路9上設(shè)置翅片，以增加其向儲熱介質(zhì)3的傳熱面積，提高傳熱速度；傳熱介質(zhì)優(yōu)選金屬或無機(jī)鹽或?qū)嵊突蚩諝?，金屬?yōu)選為單質(zhì)鈉、鉀、鋅、鋁或其合金，無機(jī)鹽優(yōu)選為硝酸鹽、碳酸鹽或氯化鹽等及其混合物。換熱輸出裝置5包括換熱輸出管路10及換熱輸出管路10內(nèi)的換熱介質(zhì)，換熱輸出管路10螺旋貫穿于所述儲熱空間2，其螺旋行進(jìn)直徑規(guī)律變化，在換熱輸出管路10 上設(shè)置翅片。傳熱輸入管路9螺旋行進(jìn)直徑與換熱輸出管路10螺旋行進(jìn)直徑互補，即當(dāng)熱傳輸入管9螺旋行進(jìn)直徑逐漸變小時，換熱輸出管路10螺旋行進(jìn)直徑在所述熱傳輸入管同高度上逐漸變大，反之亦然；如圖所示傳熱輸入管路9與換熱輸出管路10的相互不接觸，使輸入和輸出回路通過儲熱介質(zhì)耦合，例如在太陽能熱利用系統(tǒng)中，當(dāng)光照條件發(fā)生波動時， 輸入功率變化帶來的輸入回路熱參數(shù)的波動不會直接影響輸出回路熱參數(shù)的穩(wěn)定性，從而保證熱利用裝置工作穩(wěn)定可靠，同時使得對太陽能采光場的控制變得簡單；傳熱輸入管路 9與換熱輸出管路10螺旋貫穿每個儲熱空間單元和每層的隔熱層6 ；傳熱輸入管路9的總?cè)肟谂c換熱輸出管路10的總出口位于儲熱空間2內(nèi)的高溫儲熱空間單元端，傳熱輸入管路 9的總出口與換熱輸出管路10的總?cè)肟谖挥趦峥臻g2內(nèi)的低溫儲熱空間單元端。太陽能聚光場的接受的熱量連接于本系統(tǒng)的傳熱輸入裝置4，傳熱輸入裝置4的總?cè)肟谂c換熱輸出裝置5的總出口位于儲熱空間2內(nèi)的高溫的儲熱空間單元15端，即位于儲熱空間2的頂部，以方便傳熱輸入裝置4和換熱輸出裝置5內(nèi)的高效熱傳導(dǎo)，將太陽能聚光場的熱量換至儲熱裝置內(nèi)部和從儲熱裝置內(nèi)部換出熱量。換熱輸出裝置5將高品位的熱量輸送至連接于外部的做功裝置，例如熱機(jī)，換熱輸出管路10內(nèi)布置換熱介質(zhì)，該換熱介質(zhì)為水蒸氣或空氣；持續(xù)地能獲得高品位的水蒸氣或熱空氣，高溫水蒸氣或熱空氣進(jìn)入熱機(jī)做功，獲得機(jī)械動力或發(fā)電。傳熱輸入管路9和換熱輸出管路10優(yōu)選外部布置翅片或設(shè)計成螺旋狀，并且翅片間隙或螺旋間距在不同位置可以不同；儲熱空間2的其它空間充滿儲熱介質(zhì)3，常規(guī)儲熱介質(zhì)3可以使用液態(tài)儲熱介質(zhì)和固態(tài)儲熱介質(zhì)，液態(tài)儲熱介質(zhì)可以為儲熱油或?qū)嵊?、熔融鹽，這些在上文中進(jìn)行了描述，有其不足之處，例如有毒、易泄漏、污染、成本高，或受本身的溫度上限限制，存在單位體積儲存的熱量少等問題，本實用新型優(yōu)選儲熱介質(zhì)3為固體儲熱介質(zhì)，更優(yōu)化為儲熱混凝土，鎂砂、儲熱磚、金屬、巖石、礦渣和砂等，特質(zhì)混凝土和鎂砂(MgO，如重?zé)V砂)，熱容高、密度大，故具有很高的體積比熱容，具有很高的儲熱能力，最高儲熱溫度可以達(dá)到800°C，且成本較低，易于存儲、操作安全，對環(huán)境無任何負(fù)面影響，無泄漏問題存在，杜絕了現(xiàn)有的儲熱介質(zhì)的環(huán)保問題，另外，為了彌補混凝土或鎂砂傳導(dǎo)率不太高的缺點，在本實用新型的優(yōu)選實施例中，還可以沿徑向在各單元內(nèi)的儲熱混凝土、鎂砂介質(zhì)中添加金屬片、絲等高導(dǎo)熱材料，以增進(jìn)儲熱介質(zhì)的徑向熱傳導(dǎo)能力，同時盡量使各單元間的熱傳導(dǎo)能力低；并且可以在軸向長度上變截面布局，以獲得所需不同溫度段不同的儲熱能力及保溫效果，混凝土或儲熱鎂砂等介質(zhì)在整個過程中沒有相變，屬于顯熱儲熱，沒有明顯的體積改變，克服了現(xiàn)有大部分儲熱介質(zhì)相變中可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，泄漏，污染，有毒等等不足。如圖4所示，為了更清晰說明儲熱空間2的結(jié)構(gòu)，圖中示意出儲熱空間2內(nèi)的不同位置的儲熱空間單元15，分別為儲熱空間單元15-1、15-2、15-3、15-4、15-5進(jìn)行描述。圖中所示傳熱輸入管路9內(nèi)傳熱介質(zhì)的運行方向與換熱輸出管路10內(nèi)的換熱介質(zhì)運行方向相反，傳熱介質(zhì)從儲熱空間2的儲熱空間單元15-5進(jìn)入，向儲熱空間2內(nèi)輸送熱量，完成儲熱過程；換熱介質(zhì)從儲熱空間2的儲熱空間單元15-1進(jìn)入，從儲熱空間2內(nèi)帶走熱量，完成換熱過程。圖5為本實用新型的實施例的儲熱裝置的受熱過程圖，傳熱介質(zhì)流經(jīng)螺旋行進(jìn)直徑規(guī)律變化的傳熱輸入管路9，對儲熱裝置加熱，使其升溫。儲熱空間的底部多層儲熱空間單元組成的分層傳熱控制單元，多層儲熱空間單元分別對應(yīng)布置控制閥，在傳熱過程中采取分層輸入傳熱控制，即相對上層高溫儲熱空間單元的溫度上升至臨界工作狀態(tài)時(傳熱后傳熱介質(zhì)的輸出溫度高至臨界點)，將此層對應(yīng)的輸出控制閥關(guān)閉，并開啟相鄰下層儲熱空間單元的輸出控制閥，開始該層儲熱空間單元的傳熱循環(huán)系統(tǒng)，直至該層儲熱空間單元的溫度上升至臨界工作狀態(tài)時，再開啟該層之下的傳熱循環(huán)系統(tǒng)，以此類推，直至最后開通最底層儲熱空間單元完成整體高溫品位傳熱。該儲熱裝置中，儲熱空間單元15-2和15-1組成分層傳熱控制單元，儲熱空間單元15-2的控制閥默認(rèn)開啟，而15-1的控制閥默認(rèn)關(guān)閉。具體的整體受熱過程為假設(shè)儲熱裝置經(jīng)過夜間持續(xù)放熱后，儲熱空間2內(nèi)儲熱介質(zhì)3的溫度全都降至150 250°C左右， 即步驟5-a時，傳熱介質(zhì)流經(jīng)儲熱空間2內(nèi)，從儲熱空間15-5單元開始加熱儲熱介質(zhì)3，中途經(jīng)過儲熱空間單元15-4、15-3和15-2，而起始傳熱過程中，儲熱介質(zhì)不經(jīng)過儲熱空間單元15-1 ；儲熱介質(zhì)3經(jīng)過儲熱空間單元15-2時傳熱介質(zhì)已經(jīng)釋放大部分熱量；經(jīng)過一定時間的傳熱后，即步驟5-b，儲熱空間單元15-5的溫度已經(jīng)獲得與輸入時刻的傳熱介質(zhì)溫度相近，此時傳熱介質(zhì)經(jīng)過儲熱空間單元15-4釋放一定熱量，傳熱介質(zhì)溫度有所下降，經(jīng)過儲熱空間單元15-3時，傳熱介質(zhì)繼續(xù)釋放熱量，其整體溫度持續(xù)下降，在儲熱空間單元 15-2仍有一定的熱量釋放，傳熱介質(zhì)在整個過程中溫度都在下降，而儲熱介質(zhì)3溫度都在上升；再經(jīng)過一段時間后，即步驟5-c，儲熱空間單元15-4至儲熱空間單元15-3的空間內(nèi)的儲熱介質(zhì)3溫度都基本獲得與傳熱介質(zhì)輸入時刻的溫度，此時傳熱介質(zhì)經(jīng)過儲熱空間單元15-5至儲熱空間單元15-3釋放熱量較小，其主要對儲熱空間單元15-2的儲熱介質(zhì)3加熱，再經(jīng)過一定時間后，即步驟5-d，儲熱空間2內(nèi)的受熱儲熱介質(zhì)3溫度基本恒定，同時具有很高的溫度例如陽0 650°C ；此時，若太陽能光場仍有大量的熱量傳輸至儲熱裝置時， 開始采取分層輸入傳熱控制，即步驟5-e，將儲熱空間2底層的儲熱空間單元，例如儲熱空間單元15-1，開啟傳熱，即增加一層儲熱空間單元，此時傳熱介質(zhì)經(jīng)過儲熱空間單元15-5、 15-4、15-3、15-2時，只有很少的熱量的釋放，達(dá)到儲熱空間單元15_1時，熱量大量釋放，儲熱空間單元15-1的儲熱介質(zhì)3溫度急劇上升，一定時間后，該儲熱空間單元15-1熱量儲熱完成。如果太陽能鏡場仍然有熱量傳輸，使用上述描述的方式采取分層輸入傳熱控制， 再次開啟與儲熱空間單元15-1相鄰的下層儲熱空間單元，完成更多能量的存儲。在受熱的初期，即儲熱量較小時，儲熱空間2內(nèi)因多層具有層的串聯(lián)儲熱空間單元結(jié)構(gòu)，其沿軸向方向會存在明顯的溫度梯度，入口高，出口低，但入口處也可獲得吸收溫度接近的高溫度區(qū)域。隨著儲熱量增加，此溫度區(qū)域會逐漸擴(kuò)大，向出口處發(fā)展，直至最終儲熱空間2都達(dá)到高溫狀態(tài)。本實用新型由于采用多層具有隔熱層6的串聯(lián)儲熱空間單元15的儲熱空間2設(shè)計，熱能在空間軸線方向的傳輸速度很低，無論在儲熱量低或高的狀態(tài)下，均能在一定時間保持很明顯的溫度梯度，形成良好的斜溫層效果；而儲熱空間內(nèi)的儲熱空間單元的傳熱輸入管路9向儲熱介質(zhì)傳遞熱量相對容易的多，并且為了進(jìn)一步加速徑向上傳遞熱量，本實用新型在傳熱輸出管路9的徑向上設(shè)計翅片或在儲熱介質(zhì)3內(nèi)填充金屬片、絲，且可以在儲熱空間2的軸向上設(shè)計成變截面，以方便更多的熱量輸入。圖6為本實用新型的實施例的儲熱裝置換熱過程圖，儲熱介質(zhì)3換熱至儲熱裝置內(nèi)的螺旋行進(jìn)直徑規(guī)律變化的換熱輸出管路10，將流經(jīng)于螺旋換熱輸出管路10內(nèi)的換熱介質(zhì)加熱升溫。如圖所示，完成全部的儲熱過程后，整個儲熱空間2內(nèi)的儲熱介質(zhì)3溫度基本一致，具有很高的溫度品位，例如650°C，儲熱空間2需要將熱量換至換熱介質(zhì)，高溫的換熱介質(zhì)將熱量傳送至外部做功裝置，例如熱機(jī)，進(jìn)行做功。所述換熱輸出裝置5置于儲熱空間2上部，結(jié)構(gòu)可設(shè)計成螺旋狀或添加翅片結(jié)構(gòu)，且螺旋的間距或翅片的間隙在不同的區(qū)域可以設(shè)置不同，主要是為了獲得更多的換熱面積，使其最短的時間內(nèi)完成所需熱量的換出，換熱輸出裝置5內(nèi)的換熱介質(zhì)與傳熱輸入裝置4內(nèi)的傳熱介質(zhì)行進(jìn)的方向相反。儲熱空間的頂部多層儲熱空間單元組成的分層換熱控制單元，多層儲熱空間單元分別對應(yīng)布置控制閥，在換熱過程中采取分層輸出的換熱控制。該儲熱裝置中，儲熱空間單元15-3，15-4和15-5組成分層換熱控制單元，儲熱空間單元15_3的控制閥默認(rèn)開啟，而 15-4和15-4的控制閥默認(rèn)關(guān)閉。傳熱介質(zhì)從密閉儲熱空間2的儲熱空間單元15-5入，從儲熱空間單元15-2和15-1出，而換熱介質(zhì)從密閉儲熱空間2的儲熱空間15-1單元入，從儲熱空間單元15-3的端口出，當(dāng)儲熱空間單元15-3達(dá)到換熱臨界狀態(tài)后，采取分層輸出的換熱控制，即儲熱空間單元15-3的溫度下降至臨界工作狀態(tài)(換熱后換熱介質(zhì)的輸出溫度低至臨界點)時，將此層輸出控制閥關(guān)閉，并開啟相鄰上層儲熱空間單元15-4的輸出控制閥，開始對該層儲熱空間單元的換熱循環(huán)系統(tǒng)，直至該層儲熱空間單元15-4的溫度下降至臨界工作狀態(tài)時，再開啟該層之上的換熱循環(huán)系統(tǒng)，以此類推，直至最后開通最頂層儲熱空間單元完成整體高溫品位換熱。具體整體的換熱過程為步驟6-a，換熱介質(zhì)例如水，從儲熱空間單元15-1入，液態(tài)傳熱介質(zhì)例如水吸熱后迅速變成水蒸氣，經(jīng)過儲熱空間15-2單元，進(jìn)行過熱加熱，從儲熱空間單元15-3出口處基本獲得與儲熱介質(zhì)3最高溫度相近的出口溫度，因儲熱介質(zhì)3 為密閉結(jié)構(gòu)例如高度為100m，換熱介質(zhì)經(jīng)過換熱輸出裝置5，在儲熱裝置的儲熱空間單元 15-2之前就獲得過熱為535°C的水蒸氣，而經(jīng)過后段的儲熱介質(zhì)3的過程中，因溫度相近， 基本不需來自儲熱空間2的儲熱空間單元15-2和儲熱空間單元15-3的熱量的釋放，儲熱空間單元15-2和儲熱空間單元15-3的儲熱介質(zhì)3的溫度保持不變；當(dāng)儲熱空間單元15-1 的溫度下降時，換熱介質(zhì)例如水/水蒸氣未達(dá)到所需的高溫度，因此在繼續(xù)前行中繼續(xù)吸熱，直到溫度上升至所需最高溫度數(shù)值，此時從換熱輸出管路10周邊儲熱介質(zhì)3中再吸收的熱量很少，在此位置之后的儲熱空間單元15-2和儲熱空間單元15-3的儲熱介質(zhì)3的溫度基本不下降，整個過程即為儲熱介質(zhì)3從儲熱空間單元15-1向儲熱空間單元15-2逐漸降溫的過程，但本實用新型設(shè)計的儲熱裝置，具有多層隔熱層6和多層串聯(lián)儲熱空間單元15的儲熱介質(zhì)3，例如儲熱混凝土或鎂砂，在軸向方向上溫度傳導(dǎo)能力很低，可在一定的時間內(nèi)形成軸向上的溫度梯度，即該儲熱空間2在換熱的過程中能形成良好的斜溫層，儲熱空間單元15-3直到換熱最后都能保持溫度高品位，使得換熱介質(zhì)至始至終都保持高品位的輸出，保持高效率。經(jīng)過步驟6-b的一段時間的換熱后，儲熱空間單元15-1的儲熱介質(zhì)3的溫度降低，而儲熱空間單元15-2的溫度也開始降低，但降幅較小，而儲熱空間單元 15-3的溫度一直保持不變，換熱介質(zhì)從儲熱空間單元15-3離開時，也保持著與儲熱空間單元15-3相近的高溫。再經(jīng)過步驟6-c的一段時間的換熱后，儲熱空間單元15-1溫度發(fā)生了巨大降幅，儲熱空間單元15-2溫度開始有了明顯的降低，而此時儲熱空間單元15-3的溫度仍然保持高溫不變；在換熱的最后階段，儲熱空間單元15-1和儲熱空間單元15-2的溫度都下降的劇烈，而此時儲熱空間單元15-3的溫度仍保持高溫，換熱介質(zhì)從儲熱空間單元15-1和儲熱空間單元15-2預(yù)熱后，進(jìn)入儲熱空間單元15-3，在儲熱空間單元15_3接受部分的熱量和經(jīng)過過熱后，從儲熱空間單元15-3端口輸出，此時的溫度仍與儲熱空間單元 15-3輸出端口的溫度相近，直到換熱臨界工作狀態(tài)；開始步驟6-d，即采取分層輸出的換熱控制，開啟儲熱空間單元15-4進(jìn)行換熱，此時換熱介質(zhì)經(jīng)過儲熱空間單元15-1、15-2、15-3 進(jìn)行預(yù)熱，獲得部分熱量，經(jīng)過儲熱空間單元15-4時，完成高品位的熱量換出；當(dāng)儲熱空間單元15-4處于臨界工作狀態(tài)時，開啟新的換熱，即步驟6-e，與上述方式相同開啟儲熱空間單元15-5完成新一輪的高品位的熱量輸出；傳熱介質(zhì)在整個換熱過程中都保持高品位的熱量輸出，具有高效性。值得重點說明的是，由于采用多層具有隔熱層6的串聯(lián)儲熱空間單元組成的儲熱空間2的設(shè)計中，熱能在空間軸線方向的傳輸能力較低，無論在儲熱量低或高的狀態(tài)下，均能在一定時間保持很明顯的溫度梯度，形成良好的斜溫層效果；而儲熱空間2內(nèi)儲熱介質(zhì)3 向換熱輸出管路10傳遞熱量相對容易的多，并且為了進(jìn)一步加速徑向上換出熱量，本實用新型在換熱輸出管路10的徑向上設(shè)計翅片或在儲熱介質(zhì)3內(nèi)填充金屬片、金屬絲。圖7是本實用新型混凝土儲熱介質(zhì)的第二實施例示意圖；本實施例的儲熱裝置， 包括儲熱空間2、置于該儲熱空間2內(nèi)的儲熱介質(zhì)3、傳熱輸入裝置4、換熱輸出裝置5及外部保溫結(jié)構(gòu)13 ；所述儲熱空間由多層隔熱層6和串聯(lián)儲熱空間單元組成，儲熱空間單元 15內(nèi)布置儲熱介質(zhì)混凝土儲熱塊16，如圖所示16-1，16-3為不同的扇形儲熱塊，每個儲熱空間單元包含多個內(nèi)部布置有傳熱管路9和換熱管路10的扇形混凝土儲熱塊16，該混凝土有多種材料復(fù)合凝固而成(原料包含，玄武巖骨料，鋼渣骨料，鋁酸鹽水泥，礦渣粉，硅微粉，凹凸棒等等)，密度可達(dá)到2. 8 3. 5g/cm3,抗壓強(qiáng)度40 60MPa，抗折強(qiáng)度8 12MPa， 體積比容100 150kffh/m3,導(dǎo)熱率1. 5 3ff/ (m · k)，耐火溫度900°C。儲熱空間單元15 由多個扇形混凝土儲熱塊16按環(huán)形結(jié)構(gòu)擺布而成，各扇形的混凝土儲熱塊的各管路在環(huán)形的內(nèi)環(huán)相互連接，分別形成相互獨立且完整貫通的傳熱管路9和換熱管路10 ；環(huán)形的儲熱空間單元的兩端布置一定厚度的良好絕熱性能的隔熱層6，例如硅酸鈣板，其導(dǎo)熱率為 0. 07ff/(m · k)，抗壓強(qiáng)度0. 8MPa，具有優(yōu)良的隔絕溫度性能，以獲得各個儲熱空間單元之間獲得溫度梯度，整個儲熱空間形成良好的斜溫層。圖8是第二實施例的儲熱空間單元結(jié)構(gòu)示意圖；如圖8所示儲熱空間單元包括端面的隔熱層6和中間的混凝土儲熱環(huán)塊?；炷羶岘h(huán)塊由多個扇形的混凝土儲熱塊規(guī)則布置而成，每個扇形混凝土儲熱塊內(nèi)部布置螺旋布置的傳熱和換熱管路，扇形小曲率內(nèi)端頭伸出傳熱管路9與換熱管路10，管路首尾相連，如圖8所示每個扇形混凝土儲熱塊內(nèi)端設(shè)置有4個端頭，兩個輸入端頭(傳熱輸入端頭和換熱輸入端頭)和兩個輸出端頭(傳熱輸出端頭和換熱輸出端頭)，每個相鄰扇形混凝土儲熱塊，例如混凝土儲熱塊16-1與混凝土儲熱塊16-2管路相互首尾相連，分別形成貫穿的傳熱管路和輸出管路，如圖所示，混凝土儲熱塊16-1、16-2、16-3，儲熱塊16_2的傳熱輸出端頭和換熱輸出端頭分別連接至儲熱塊16-1的傳熱輸入端頭和換熱輸入端頭，儲熱塊16-2的傳熱輸入端頭和換熱輸入端頭分別連接至儲熱塊16-3的傳熱輸出端頭和換熱輸出端頭。儲熱空間單元15-1、15_2和15_3之間的管路相互首尾相連連接，分別形成貫穿的傳熱管路和輸出管路(圖8未示出)；每個儲熱空間單元的混凝土儲熱環(huán)中有一個扇形儲熱塊的輸入端頭與輸出端頭，連接方法與圖7方式不同，傳熱空間單元15-2的傳熱輸入端頭和換熱輸入端頭連接至傳熱空間單元15-2的傳熱輸出和換熱輸出端頭，傳熱空間單元 15-2的傳熱輸出端頭和換熱輸出端頭連接至傳熱空間單元15-1的傳熱輸入端頭和換熱輸入端頭。所述傳熱輸入裝置4和換熱輸出裝置5在所述的儲熱空間2內(nèi)完成熱傳和熱換。 所述相臨串聯(lián)的儲熱空間單元例如15-1和15-2之間使用一定厚度的隔熱層6隔開，多個儲熱空間單元之間具有明顯的溫度梯度，每相鄰的兩個儲熱空間單元的溫度差大于25°C， 多層具有隔熱層6的串聯(lián)儲熱空間單元良好地保證了高端位置的高端溫度與低端位置的低端溫度所形成的溫度梯度的穩(wěn)定性，減少軸向溫度擴(kuò)散趨勢。圖9是第二實施例的儲熱空間整體布置的示意圖；本實用新型提供的一種儲熱介質(zhì)3在儲熱空間2內(nèi)的無位置的轉(zhuǎn)移，具有良好的斜溫層的結(jié)構(gòu)，整體具有一定比例的長寬比的儲熱體，例如1 5，為了保證持續(xù)輸出的高品位溫度，需要在密閉式儲熱裝置的高端 (即傳熱輸入口或換熱輸出口端)具有良好的換熱能力，而其所需要的熱量總?cè)萘坎灰欢ㄐ枰艽?，而且密閉儲熱裝置位于下部的儲熱空間單元和隔熱層6的受到的壓力隨著高度的增加，所受壓力也在增加，如圖所示本實用新型提出一種變直徑的的密閉式儲熱裝置，密閉式儲熱裝置的底部具有較大的直徑例如儲熱空間單元15-1，儲熱空間單元15-1內(nèi)的儲熱介質(zhì)，例如儲熱混凝土，耐壓80MPa，隔熱層6，例如硅酸鈣，耐壓0. 8MPa,相同的耐壓強(qiáng)度下，具有更大的受面積時，則結(jié)構(gòu)更加牢固；隨著高度的上升，對應(yīng)層的儲熱空間單元例如儲熱空間單元15-5和隔熱層6受到的壓力變小，對應(yīng)密閉式儲熱裝置的直徑變小，整體形成一種高溫端直徑小，低溫度端直徑大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，換熱效率高的密閉式儲熱裝置。需要特殊說明的是，上述本實用新型的第二實施例子，可以直接被應(yīng)用到塔式太陽能光熱發(fā)電中，立于地面之上的儲熱裝置，大直徑低溫的儲熱空間單元例如15-1，位于儲熱裝置的底部；高溫的小直徑儲熱空間單元例如15-9，位于儲熱裝置的頂部；而塔式接受器17位于高溫的儲熱空間單元例如15-9之上，用來接收來自定日鏡的會聚太陽光，如此儲熱裝置在提供儲熱功能的同時，可以提供一定的高度支撐能力，會聚太陽光變成熱量后直接從儲熱空間單元15-9進(jìn)入，進(jìn)行存儲熱量，將接受的所有熱量存儲于儲熱裝置內(nèi)；實現(xiàn)儲熱裝置的綜合利用，節(jié)約成本，另一方面接收器于儲熱裝置之間緊密聯(lián)結(jié)，可縮短管路長度，減少熱損失、降低介質(zhì)循環(huán)驅(qū)動功率；儲熱裝置中的傳熱和/或換熱裝置內(nèi)的介質(zhì)可采用導(dǎo)熱油或熔融鹽或金屬或合金或水蒸氣或空氣等介質(zhì)，且采取分層輸入的傳熱控制和分層輸出的換熱控制，如圖9所示，傳熱循環(huán)系統(tǒng)(圖中虛線所示)包括儲熱空間單元15-1，15-2和15-3組成的分層傳熱控制單元；換熱循環(huán)系統(tǒng)(圖中實線所示)包括儲熱空間單元15-7，15-8和15-9組成分層換熱控制單元，每個控制單元中的儲熱空間單元配備一個控制閥，例如儲熱空間單元15-1對應(yīng)的控制閥為A，儲熱空間單元15-9對應(yīng)的控制閥為I ’傳熱循環(huán)系統(tǒng)中，塔式接受器17接受來自定日鏡18反射的會聚的太陽光能量，通過傳熱介質(zhì)從儲熱裝置的頂部，即儲熱空間單元15-9開始對儲熱裝置輸送熱量，傳熱介質(zhì)經(jīng)過分層傳熱控制單元時開始傳熱分層控制，此時的分層傳熱控制單元中控制閥C開啟，控制閥B和A 閉合；當(dāng)控制閥C對應(yīng)的儲熱空間單元15-3到達(dá)飽和臨界傳入工作狀態(tài)時，閉合控制閥C， 開啟控制閥B，而控制閥A保持閉合；當(dāng)控制閥B對應(yīng)的儲熱空間單元15-2到達(dá)飽和臨界傳入工作狀態(tài)時，閉合控制閥B，開啟控制閥A，而控制閥C保持閉合，直到整個儲熱空間單元都完成儲熱，分層傳熱控制結(jié)束。換熱循環(huán)系統(tǒng)中，換熱介質(zhì)從儲熱裝置的底部，即儲熱空間單元15-1開始對儲熱裝置換熱輸出熱量，換熱介質(zhì)經(jīng)過分層換熱控制單元時開始換熱分層控制，此時的分層換熱控制單元中控制閥G開啟，控制閥H和I閉合，換熱輸出的熱量經(jīng)過對外做功裝置19，例如熱機(jī)，冷卻循環(huán)后，冷卻回到儲熱裝置的底部；當(dāng)控制閥G對應(yīng)的儲熱空間單元15-7到達(dá)臨界換出工作狀態(tài)時，閉合控制閥G，開啟控制閥H，控制閥I保持閉合；當(dāng)控制閥H對應(yīng)的儲熱空間單元15-8到達(dá)臨界換出工作狀態(tài)時，閉合控制閥H，開啟控制閥I，控制閥G保持閉合，直到整個儲熱裝置內(nèi)的熱量。如此使用分層傳熱和換熱控制系統(tǒng)，以獲得高品位的存儲和釋放熱量，提高熱量的高效利用。圖10是第三實施例的儲熱空間內(nèi)傳熱、換熱運行模式示意圖；本實施例的儲熱裝置的傳熱系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)分別實施不同溫度等級的傳熱控制和換熱控制，不同溫度等級的儲熱空間中的傳熱輸入和換熱輸出可同時進(jìn)行。多個不同溫度等級的儲熱空間中的傳熱輸入管路或換熱輸出管路可以整體平行布置或局部平行布置，在相同或接近的位置設(shè)計各自獨立的出入口或共用一個出入口。如圖所示儲熱空間2由多個溫度等級的儲熱空間組成， 具體由高溫儲熱空間I、中溫儲熱空間II和低溫儲熱空間III組成，每個溫度等級的儲熱空間分別由多個串聯(lián)儲熱空間單元15組成；為了描述儲熱裝置內(nèi)的傳熱、換熱運行模式的控制，下文主要以高溫儲熱空間I和中溫儲熱空間II進(jìn)行舉例描述，其對應(yīng)的傳熱介質(zhì)和換熱介質(zhì)分別處于高溫度等級I和中溫度等級II。傳熱輸入運行模式為高溫度等級I的傳熱介質(zhì)(例如來自于塔式太陽能的傳熱介質(zhì)，溫度550°C )選擇從最接近I溫度等級的稍低溫儲熱單元位置的傳熱輸入管路入口進(jìn)入，優(yōu)先將其攜帶的熱量儲存為盡可能高溫度狀態(tài)，然后繼續(xù)向下一層儲熱空間單元存入低一些溫度的熱量，依此類推，直到到達(dá)允許的最低溫度點后從最近處出口流出；與此同時，儲熱裝置進(jìn)行另一路中溫度等級II的傳熱介質(zhì)(例如來自槽式太陽能的傳熱介質(zhì)，溫度350°C )傳入，其傳熱介質(zhì)選擇從最接近II溫度等級的稍低溫儲熱單元位置的傳熱輸入管路入口進(jìn)入，優(yōu)先將其攜帶的熱量儲存為盡可能高溫度狀態(tài)，然后繼續(xù)向下一層儲熱空間單元存入低一些溫度的熱量，依此類推，直到到達(dá)允許的最低溫度點后從最近處出口流出；I、II兩種溫度等級的熱傳介質(zhì)經(jīng)過的傳熱輸入管路可以部分重合或各自獨立。此方式可以使本儲存裝置能夠以最優(yōu)方式同時接收儲存各種來源各種品位的熱量，具有更加廣泛的適用范圍，更加經(jīng)濟(jì)實用。換熱輸出運行模式為高溫度等級I的熱量傳輸換熱介質(zhì)選擇從最接近I溫度等級的稍高溫儲熱空間單元位置的換熱管路出口流出(溫度高于435°C，應(yīng)用于汽輪機(jī)發(fā)電)，優(yōu)先使用盡可能低溫度狀態(tài)的熱能進(jìn)行預(yù)熱，待此儲熱空間單元溫度無法滿足輸出溫度條件時，再繼續(xù)向上一層儲熱空間單元提取高一些溫度的熱量，依此類推，直到到達(dá)所需溫度；與此同時，儲熱裝置進(jìn)行另一路的中溫度等級II的熱量換出，其換熱熱量傳輸介質(zhì)也選擇從最接近中溫度等級II的稍高溫儲熱空間單元位置的換熱管路出口流出(溫度大約200°C，應(yīng)用于工業(yè)蒸汽)，優(yōu)先使用盡可能低溫度狀態(tài)的熱能，待此儲熱空間單元溫度無法滿足輸出溫度條件時，再繼續(xù)向上一儲熱空間單元提取高一些溫度的熱量，依此類推， 直到到達(dá)所需溫度；I、II兩種溫度等級的換熱介質(zhì)經(jīng)過的換熱管路可以部分重合或各自獨立。此方式可以使本儲熱裝置能夠以最優(yōu)方式同時提供各種品位的熱量輸出，具有更加廣泛的適用范圍，更加經(jīng)濟(jì)實用。 顯而易見，在不偏離本實用新型的真實精神和范圍的前提下，在此描述的本實用新型可以有許多變化。因此，所有對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的改變，都應(yīng)包括在本權(quán)利要求書所涵蓋的范圍之內(nèi)。本實用新型所要求保護(hù)的范圍僅由所述的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。
權(quán)利要求1.一種儲熱裝置，由儲熱空間(2)和設(shè)置在所述儲熱空間(2)外的保溫結(jié)構(gòu)(13)組成，其特征在于所述儲熱空間⑵由儲熱空間單元(15)和所述儲熱空間單元(15)與儲熱空間單元(1 之間設(shè)置的隔熱層(6)組成，所述儲熱空間單元(1 內(nèi)部設(shè)置有儲熱介質(zhì)、 傳熱輸入裝置(4)和換熱輸出裝置(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲熱裝置，其特征在于所述儲熱空間單元(15)是由扇形儲熱塊(16)按環(huán)形結(jié)構(gòu)擺布而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儲熱裝置，其特征在于所述扇形儲熱塊(16)內(nèi)端設(shè)置有傳熱輸入端頭、傳熱輸出端頭、換熱輸入端頭和換熱輸出端頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲熱裝置，其特征在于所述儲熱空間O)由多層儲熱空間單元(1 縱向串聯(lián)而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲熱裝置，其特征在于所述隔熱層(6)的厚度為IOmm 300mmo
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲熱裝置，其特征在于所述傳熱輸入裝置(4)包括貫穿于所述儲熱空間O)的傳熱輸入管路(9)及其傳熱介質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲熱裝置，其特征在于所述傳熱介質(zhì)是金屬、無機(jī)鹽或?qū)嵊突蚩諝狻?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲熱裝置，其特征在于所述傳熱輸入管路(9)上設(shè)置有翅片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲熱裝置，其特征在于所述換熱輸出裝置(5)包括貫穿于所述儲熱空間O)的換熱輸出管路(10)及其換熱介質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的儲熱裝置，其特征在于所述換熱介質(zhì)可以是空氣、水蒸氣或?qū)嵊汀?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的儲熱裝置，其特征在于所述換熱輸出管路(10)上設(shè)置有翅片。
12.根據(jù)權(quán)利要求6或9所述的儲熱裝置，其特征在于所述傳熱輸入管路(9)或換熱輸出管路(10)為兩條或多條。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲熱裝置，其特征在于所述儲熱空間( 軸向上設(shè)置成變截面。
專利摘要本實用新型公開了一種儲熱裝置，包括儲熱空間、置于所述的儲熱空間內(nèi)的儲熱介質(zhì)、傳熱輸入裝置、換熱輸出裝置和位于所述儲熱空間外部的保溫結(jié)構(gòu)，所述儲熱空間由多層串聯(lián)的儲熱空間單元和每層儲熱空間單元之間布置的隔熱層組成；所述傳熱輸入裝置和換熱輸出裝置在所述的儲熱空間內(nèi)完成熱傳和熱換，在儲熱裝置的頂部和底部實施分層輸入輸出控制。本實用新型的儲熱裝置由于取材于混凝土、鎂砂、陶瓷、金屬板等低成本材料，故本裝置造價低，且性能穩(wěn)定，具有較好的行價比，尤其適合于大規(guī)模推廣太陽能利用所需要的儲熱裝置。
文檔編號F28D20/00GK201983675SQ20112001613
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者劉陽 申請人:劉陽