專利名稱：集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一體的太陽能熱發(fā)電多功能設備的制作方法
集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一體的太陽能熱發(fā)電多功能設備技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種中高溫太陽能熱利用多功能設備，尤其涉及一種集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一體的太陽能熱發(fā)電多功能設備。
背景技術(shù)：
為了克服太陽能熱發(fā)電中由于天氣變化造成的間歇性，實現(xiàn)全天候連續(xù)供電，最大程度發(fā)揮太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力，聚光類太陽能熱發(fā) 電裝置中一般都會配備儲能系統(tǒng)及輔助熱源系統(tǒng)，其中儲能系統(tǒng)把白天太 陽輻射強時多余的熱量儲存起來，在晚上等需要時候再釋放出來發(fā)電，從 而提高太陽能及其設備的總體利用率。目前聚光類太陽能熱發(fā)電裝置中使 用的儲能方式主要有以下兩種雙箱儲能方式，即一個熱箱和一個冷箱來 儲存熱量。儲能時冷箱內(nèi)的儲能介質(zhì)吸熱后儲存在熱箱內(nèi)，需要時把熱量 釋放出來后再回到冷箱；單箱儲能方式，由于雙箱儲能需要兩個儲能箱， 儲能介質(zhì)也相應增加，導致系統(tǒng)初投資增加，發(fā)電成本較高。為降低發(fā)電 成本，提高太陽能熱發(fā)電的競爭力，在雙箱的基礎上開發(fā)出了單箱儲能方式。單箱儲能又稱溫躍層儲能(Thermodine Storage),即只有一個儲能箱，箱 內(nèi)的冷熱流體通過一個厚度很小但溫度梯度很大的溫躍層(也稱為斜溫層) 分隔開來，儲能時溫躍層上面的熱流體逐漸增加，下面的冷流體逐漸減少， 釋熱時則相反。無論雙箱還是單箱儲能方式，都需要先通過熱流體將熱量從集熱器傳 遞給儲能容器里的儲能介質(zhì)；如果熱流體與儲能介質(zhì)不是同一種物質(zhì)，那 么中間還需要一個熱交換器；然后提熱時又需要通過提熱介質(zhì)把熱量從儲 熱容器傳遞給蒸汽鍋爐。因此，目前的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中所需的設備較 多，連接這些設備的管路也較為復雜，最終導致該技術(shù)的推廣使用困難。除太陽能熱發(fā)電外，工業(yè)生產(chǎn)過程中也需要大量的中高溫熱源，這都 對集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一體的太陽能熱發(fā)電多功能設備，尤其是涉及中高溫太陽能熱利用中集吸熱、儲熱與產(chǎn)生蒸汽或熱水于一體的多功能、 緊湊型設備提出了現(xiàn)實的需求。 發(fā)明內(nèi)容擬用于中高溫太陽能熱利用中的多功能設備，是一個集吸熱、儲熱與 產(chǎn)生蒸汽或熱水等功能于一身的儲熱裝置，可以大大簡化塔式太陽能熱發(fā) 電等中高溫太陽能熱利用裝置中的集熱和儲熱系統(tǒng)(后面簡稱為熱系統(tǒng))。
本設備采用吸熱器、儲熱器和蒸汽發(fā)生器一體化的結(jié)構(gòu)，由吸熱層、儲熱 層、提熱層及保溫層組成，其特征是整個設備為圓桶型中空結(jié)構(gòu)，最內(nèi) 側(cè)為吸熱層，其外側(cè)依次為儲熱層和提熱層，最外側(cè)為保溫層；吸熱層可 以直接吸收太陽輻射并將其轉(zhuǎn)化為熱量，由其外側(cè)儲熱層中的儲熱材料所 儲存；儲熱層采用熔點為360 660'C的金屬作為儲熱材料；提熱層向外供 應的熱媒為熱水或水蒸氣，熱媒的溫度與壓力可視需要而定；提熱層可以 是圓柱環(huán)形空間或由環(huán)形管路組成。該設備的能量傳遞過程為儲熱過程中吸熱層將太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能 傳遞給與之接觸的金屬相變儲能材料并儲存起來，使儲能材料溫度升高， 溫度到達熔點后熔化，以顯熱和潛熱的方式將熱量儲存起來；提熱時，儲 存于金屬相變儲能材料中的熱量通過金屬相變儲能材料與水之間的換熱面 傳遞給水，使水溫升高，需要時可加熱至水沸騰產(chǎn)生蒸汽。本設備采用的 金屬相變儲能材料為鋁基二元合金鋁硅、三元合金鋁硅鎂、鋁鎂鋅之一或 其混合物，儲能密度可以達到2000MJ/m3，工作溫度為360 660°C 。利用 上述合金作為儲能材料設計制造的儲熱鍋爐具有體積小，效率高，壽命長 和良好的性能價格比。該設備的熱效率根據(jù)儲能量大小和供熱型式，可達 90 95%。與公知技術(shù)相比本發(fā)明具有的優(yōu)點及積極效果(1) 結(jié)構(gòu)緊湊，加工方便；(2) 工況可調(diào)， 一機多用；(3) 可自動調(diào)整加熱面積，適合提熱需要。


圖1 圖3為集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一體的太陽能熱發(fā)電多功能 設備結(jié)構(gòu)示意圖。從圖可看出，該設備由以下的主要組件組成吸熱層(1)、儲能層(2)、提熱層(3)及保溫層(4);整個設備為圓桶型中空結(jié)構(gòu)，最內(nèi)側(cè)為吸熱 層，其外側(cè)依次為儲熱層和提熱層，最外側(cè)為保溫層；吸熱層可以直接吸收太陽輻射 并將其轉(zhuǎn)化為熱量，由其外側(cè)儲熱層中的儲熱材料所儲存；儲熱層采用熔點為360 660'C的金屬作為儲熱材料；提熱層向外供應的熱媒為熱水或水蒸氣，熱媒的溫度與 壓力可視需要而定；提熱層可以是圓柱環(huán)形空間或由環(huán)形管路組成；吸熱層可以是圓 柱環(huán)的內(nèi)表面或拋物面。
具體實施例方式
實施例1:將A1-Si-Mg合金作為儲能材料，按圖1說明中所述要點設計、 加工和安裝組成一臺集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一體的太陽能熱發(fā)電多功 能設備，其設計儲熱能力折合電量為50kWh。該設備由吸熱層(1)、儲熱 層(2)、提熱層(3)及保溫層(4);整個設備為圓桶型中空結(jié)構(gòu)，最內(nèi) 側(cè)為吸熱層，其外側(cè)依次為儲熱層和提熱層，最外側(cè)為保溫層；吸熱層可 以直接吸收太陽輻射并將其轉(zhuǎn)化為熱量，由其外側(cè)儲熱層中的儲熱材料所 儲存；儲熱層采用熔點為360 66(TC的金屬作為儲熱材料；提熱層向外供 應的熱媒為熱水或水蒸氣，熱媒的溫度與壓力可視需要而定。該設備的能 量傳遞過程為儲熱過程中吸熱層將太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給與之接觸 的金屬材料并儲存起來，使其溫度升高，溫度到達熔點后熔化，以顯熱和 潛熱的方式將熱量儲存起來；提熱時，儲存于金屬相變儲能材料中的熱量 通過其與水之間的換熱面?zhèn)鬟f給水，使水溫升高并最終至水沸騰產(chǎn)生蒸汽。 該設備在聚熱比為50倍的太陽輻射下，照射約5小時金屬材料被加熱節(jié)融 化。設備的供熱功率為35 65kW，可在125'C水溫升的情況卩以5 10升 /分鐘的流量連續(xù)供應高溫熱水1.6個小時。運行測試表明，熱效率達92.5%。 實施例2:將A1-Si合金作為儲能材料，按圖2說明中所述要點設計、加工 和安裝組成一臺集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一休的太陽能熱發(fā)電多功能設 備，其設計儲熱能力折合電量為200kWh。該設備由吸熱層(1)、儲能層 (2)、提熱層(3)及保溫層(4);整個設備為圓桶型中空結(jié)構(gòu)，最內(nèi)側(cè) 為吸熱層，其外側(cè)依次為儲熱層和提熱層，最外側(cè)為保溫層；吸熱層可以 直接吸收太陽輻射并將其轉(zhuǎn)化為熱量，由其外側(cè)儲熱層中的儲熱材料所儲 存；儲熱層釆用熔點為360 66(TC的金屬作為儲熱材料；提熱層向外供應 的熱媒為熱水或水蒸氣，熱媒的溫度與壓力可視需要而定。該設備的能量 傳遞過程為儲熱過程中吸熱層將太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給與之接觸的 金屬材料并儲存起來，使其溫度升高，溫度到達熔點后熔化，以顯熱和潛 熱的方式將熱量儲存起來；提熱時，儲存于金屬相變儲能材料中的熱量通 過其與水之間的換熱面?zhèn)鬟f給水，使水溫升高并最終至水沸騰產(chǎn)生蒸汽。 該設備在聚熱比為130倍的太陽輻射下，照射約7小時金屬材料被加熱至 融化。設備的供熱功率為30 50kW，可以15 30升/分鐘的流量連續(xù)供應 高溫高壓蒸汽4.5個小時。對整個鍋爐運行測試表明，熱效率達93.8%。裝 置運行一年來，性能穩(wěn)定，供熱功率幾乎沒有變化。
權(quán)利要求
1. 一種集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一體的太陽能熱發(fā)電多功能設備，由吸熱層、儲熱層、提熱層及保溫層組成，其特征是整個設備為圓桶型中空結(jié)構(gòu)，最內(nèi)側(cè)為吸熱層，其外側(cè)依次為儲熱層和提熱層，最外側(cè)為保溫層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一體的太陽能熱發(fā)電多功能設 備，其特征是吸熱層可以直接吸收太陽輻射并將其轉(zhuǎn)化為熱量，由其外側(cè)儲熱 層中的儲熱材料所儲存。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一體的太陽能熱發(fā)電多功能設備，其特征是儲熱層采用熔點為360 66(TC的鋁或鋁硅合金(其中硅的質(zhì)量分 數(shù)為11%~20%)或其它鋁基二元或三元合金作為儲熱材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一體的太陽能熱發(fā)電多功能設備，其特征是提熱層向外供應的熱媒為熱水或發(fā)電用水蒸氣，熱媒的溫度與壓力可視需要而定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一體的太陽能熱發(fā)電多功能設 備，其特征是提熱層可以是圓柱環(huán)形空間或由環(huán)形管路組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一體的太陽能熱發(fā)電多功能設備，其特征是吸熱層可以是圓柱環(huán)的內(nèi)表面或拋物面。
全文摘要
一種集吸熱、儲熱及蒸汽發(fā)生于一體的太陽能熱發(fā)電多功能設備，可以大大簡化塔式太陽能熱發(fā)電等中高溫太陽能熱利用系統(tǒng)中的吸熱、儲熱和蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。本設備采用吸熱器、儲熱器和蒸汽或熱水發(fā)生器一體化的結(jié)構(gòu)，由吸熱層(1)、儲熱層(2)、提熱層(3)及保溫層(4)組成，其特征是整個設備為圓桶型中空結(jié)構(gòu)，最內(nèi)側(cè)為吸熱層(1)，其外側(cè)依次為儲熱層(2)和提熱層(3)，最外側(cè)為保溫層(4)；吸熱層(1)可以直接吸收太陽輻射并將其轉(zhuǎn)化為熱量，由其外側(cè)儲熱層(2)中的儲熱材料所儲存；儲熱層(2)采用熔點為360～660℃的金屬作為儲熱材料；提熱層(3)向外供應的熱媒為熱水或水蒸氣，熱媒的溫度與壓力可視需要而定；提熱層(3)可以是圓柱環(huán)形空間或由環(huán)形管路組成；吸熱層(1)可以是圓柱環(huán)的內(nèi)表面或拋物面。
文檔編號F24J2/46GK101398231SQ20081002931
公開日2009年4月1日 申請日期2008年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者劉宗健, 張仁元, 朱文潔, 風 李, 李石棟, 李輝鵬, 毛凌波, 王波群, 鐘浩元, 梟 陳, 陳觀生 申請人:廣東工業(yè)大學