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CN201828043U - 集热、储热及供热一体化槽式太阳能中高温热利用装置 - Google Patents

集热、储热及供热一体化槽式太阳能中高温热利用装置 Download PDF

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CN201828043U CN2010205411676U CN201020541167U CN201828043U CN 201828043 U CN201828043 U CN 201828043U CN 2010205411676 U CN2010205411676 U CN 2010205411676U CN 201020541167 U CN201020541167 U CN 201020541167U CN 201828043 U CN201828043 U CN 201828043U
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张仁元
陈观生
李风
毛凌波
朱文洁
张莉
麦志豪
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Abstract

一种集热、储热及供热一体化槽式太阳能中高温热利用装置，可以大大简化太阳能热发电等槽式太阳能中高温热利用系统中的吸热、储热和供热系统。该装置由以下的主要部件组成：供热管1、吸热面2、储热层3及槽式聚光镜4；吸热面、储热层及供热管为同心布置的圆桶形结构，由外至内依次为吸热面、储热层及供热管；储热层中的储热材料为熔盐或铝硅合金；供热管中的热流体为空气、水、水蒸气或导热油；槽式聚光镜采用单轴跟踪方式，把太阳辐射始终聚集在储热层底部的吸热面上，所吸收的热量加热储热层内的储热材料，储热材料加热流经供热管内的热流体向外供热。

Description

集热、储热及供热一体化槽式太阳能中高温热利用装置
技术领域 本发明涉及一种太阳能热利用装置，尤其涉及一种集热、储热及供热一体化槽式太阳能中高温热利用装置。
背景技术 为了克服太阳能热利用过程中由于天气变化造成的间歇性，实现全天候连续供热，最大程度利用太阳能，聚光类太阳能热利用装置中一般都会配备储能系统，把白天太阳辐射强时多余的热量储存起来，在晚上等需要时再释放出来，从而提高太阳能及其设备的总体利用率。目前槽式聚光太阳能热发电装置中使用的储能方式主要有以下两种：1)双箱储能方式，即一个热箱和一个冷箱来储存热量。储能时冷箱内的储能介质吸热后储存在热箱内，需要时把热量释放出来后再回到冷箱；双箱储能需要两个储能箱，储能介质也相应增加，导致系统初投资增加，发电成本较高。
2)单箱储能方式，为降低发电成本，提高太阳能热发电的竞争力，在双箱的基础上开发出了单箱储能方式。单箱储能又称温跃层储能，即只有一个储能箱，箱内的冷热流体通过一个厚度很小但温度梯度很大的温跃层分隔开来，储能时温跃层上面的热流体逐渐增加，下面的冷流体逐渐减少，释热时则相反。
无论双箱还是单箱储能方式，都需要先通过热流体将热量从集热器传递给储能容器里的储能介质；如果热流体与储能介质不是同一种物质，那么中间还需要一个热交换器；然后提热时又需要通过提热介质把热量从储热容器传递给蒸汽锅炉。因此，目前的太阳能热发电系统中所需的设备较多，连接这些设备的管路也较为复杂，最终导致该技术的推广使用困难。
除太阳能热发电外，工业生产过程中也需要大量的中高温热源，这对集热、储热及供热一体化的太阳能热利用装置，尤其是涉及太阳能中高温热利用的集热、储热及供热一体化的紧凑型设备提出了现实的需求。
发明内容 拟用于太阳能中高温热利用的集热、储热及供热一体化的太阳能热利用装置，可以大大简化太阳能热发电等槽式太阳能中高温热利用装置的系统组成并降低其成本。本装置由槽式聚光镜、吸热面、储热层及供热管组成；吸热面、储热层及供热管为同心布置的圆桶形结构，由外至内依次为吸热面、储热层及供热管；储热层中的储热材料为熔盐或铝硅合金；供热管中的热流体为空气、水、水蒸气或导热油。
该装置的能量传递过程为：槽式聚光镜将太阳辐射反射至位于储热层底部外侧的吸热面，所吸收的热量加热储热层内的储热材料，储热材料加热流经供热管内的热流体向外供热。该设备的供热温度为100～500℃，储能密度最高可以达到2000MJ/m3，热效率根据储能量大小和供热型式，可达90～95％，具有体积小，效率高，寿命长和良好的性价比。
与公知技术相比本发明具有的优点及积极效果：
(1)结构紧凑，加工方便；
(2)工况可调，一机多用；
(3)可灵活调整装置的串并联方式，满足供热温度及流量的需要。
附图说明 附图为集热、储热及供热一体化槽式太阳能中高温热利用装置示意图。从图可看出，该装置由以下的主要部件组成：供热管1、吸热面2、储热层3及槽式聚光镜4；吸热面、储热层及供热管为同心布置的圆桶形结构，由外至内依次为吸热面、储热层及供热管；储热层中的储热材料为熔盐或铝硅合金；供热管中的热流体为空气、水、水蒸气或导热油；槽式聚光镜采用单轴跟踪方式，把太阳辐射始终聚集在储热层底部的吸热面上，所吸收的热量加热储热层内的储热材料，储热材料加热流经供热管内的热流体向外供热。
具体实施方式
实施例1：将熔盐作为储能材料，按附图说明中所述要点设计、加工和安装组成一台集热、储热及供热一体化槽式太阳能中高温热利用装置，其设计储热能力折合电量为35.5kWh。该装置由以下的主要部件组成：供热管1、吸热面2、储热层3及槽式聚光镜4；吸热面、储热层及供热管为同心布置的圆桶形结构，由外至内依次为吸热面、储热层及供热管；储热层中的储热材料为熔盐；供热管中的热流体为空气；槽式聚光镜采用单轴跟踪方式，把太阳辐射始终聚集在储热层底部的吸热面上，所吸收的热量加热储热层内的熔盐，熔盐加热流经供热管内的空气向外供热。该装置采用聚光比为12倍、聚光面积为15m2的槽式聚光器，照射约5.5小时熔盐被加热至336℃。该装置的供热功率为2.5～4.0kW，可在200℃温升的情况下以1000升/分钟的流量连续供应高温空气11个小时。运行测试表明，装置热效率达88.5％。
实施例2：将熔盐作为储能材料，按附图说明中所述要点设计、加工和安装组成一台集热、储热及供热一体化槽式太阳能中高温热利用装置，其设计储热能力折合电量为52kWh。该装置由以下的主要部件组成：供热管1、吸热面2、储热层3及槽式聚光镜4；吸热面、储热层及供热管为同心布置的圆桶形结构，由外至内依次为吸热面、储热层及供热管；储热层中的储热材料为熔盐；供热管中的热流体为水；槽式聚光镜采用单轴跟踪方式，把太阳辐射始终聚集在储热层底部的吸热面上，所吸收的热量加热储热层内的熔盐，熔盐加热流经供热管内的水向外供热。该装置采用聚光比为16倍、聚光面积为20m2的槽式聚光器，照射约6小时熔盐被加热至356℃。该装置的供热功率为35～45kW，可在125℃水温升的情况下以5～10升/分钟的流量连续供应高温热水1.6个小时。运行测试表明，装置热效率达90.5％。
实施例3：将铝硅合金作为储能材料，按附图说明中所述要点设计、加工和安装组成一台集热、储热及供热一体化槽式太阳能中高温热利用装置，其设计储热能力折合电量为103kWh。该装置由以下的主要部件组成：供热管1、吸热面2、储热层3及槽式聚光镜4；吸热面、储热层及供热管为同心布置的圆桶形结构，由外至内依次为吸热面、储热层及供热管；储热层中的储热材料为铝硅合金；供热管中的热流体为导热油；槽式聚光镜采用单轴跟踪方式，把太阳辐射始终聚集在储热层底部的吸热面上，所吸收的热量加热储热层内的铝硅合金，铝硅合金加热流经供热管内的导热油向外供热。该装置采用聚光比为24倍、聚光面积为35m2的槽式聚光器，照射约6.5小时铝硅合金被加热熔化至606℃。该装置的供热功率为80～91kW，可在225℃导热油温升的情况下以6～8升/分钟的流量连续供应高温导热油1.5个小时。运行测试表明，装置热效率达92.5％。
实施例4：将铝硅合金作为储能材料，按附图说明中所述要点设计、加工和安装组成一台集热、储热及供热一体化槽式太阳能中高温热利用装置，其设计储热能力折合电量为196kWh。该装置由以下的主要部件组成：供热管1、吸热面2、储热层3及槽式聚光镜4；吸热面、储热层及供热管为同心布置的圆桶形结构，由外至内依次为吸热面、储热层及供热管；储热层中的储热材料为铝硅合金；供热管中的热流体为蒸汽；槽式聚光镜采用单轴跟踪方式，把太阳辐射始终聚集在储热层底部的吸热面上，所吸收的热量加热储热层内的铝硅合金，铝硅合金加热流经供热管内的蒸汽向外供热。该装置采用聚光比为24倍、聚光面积为52m2的槽式聚光器，照射约7.5小时铝硅合金被加热熔化至601℃。该装置的供热功率为40～53kW，可以25～30升/分钟的流量连续供应高温高压蒸汽4.5个小时。运行测试表明，装置热效率达93.8％。

Claims (3)

1.一种集热、储热及供热一体化槽式太阳能中高温热利用装置，由槽式聚光镜、吸热面、储热层及供热管组成，其特征是：吸热面、储热层及供热管为同心布置的圆桶形结构，由外至内依次为吸热面、储热层及供热管。
2.根据权利要求1所述的集热、储热及供热一体化槽式太阳能中高温热利用装置，其特征是：储热层中的储热材料为熔盐或铝硅合金。
3.根据权利要求1所述的集热、储热及供热一体化槽式太阳能中高温热利用装置，其特征是：供热管中的热流体为空气、水、水蒸气或导热油。
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