[发明专利]一种应用于太阳能热利用中的套管式高温储热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于太阳能热利用中的套管式高温储热装置。

背景技术

太阳能利用技术指太阳能的直接转化和利用技术。把太阳辐射能转换成热能并加以利用属于太阳能热利用技术。利用半导体器件的光伏效应原理把太阳能转换成电能称为太阳能光伏技术。人类利用太阳能的历史可以追溯到3000年以前，但是真正把太阳能视作一种动力和能源来利用，却只有不足400年的历史。

我国对太阳能热发电技术的研究起步较晚，直到20世纪70年代才开始一些基础研究，早期研究对象多为相变储热材料中的无机水合盐类，特别是Na₂SO₄·10H₂O是最早研究的一种无机水合盐相变储热材料。自1983-1990年Na₂SO₄·10H₂O都是我国研究的重点，直至上世纪90年代中期，重心才转向有机储热材料及固-固相变储热材料。总体来说，我国在太阳能热动力方面的研究还是比较落后的，20世纪80年代的研究水平只相当于国外60年代的水平。我国研究的种类和方法还比较少，应用范围也主要应用在太阳暖房、农用日光等领域，范围较窄。这也为我们的研究带来更明确的目标。

相变蓄热装置是相变材料相变过程中吸收和放出热量来实现热交换过程的装置，相变储热换热设备与普通换热设备和显热储能设备相比，其突出的特点是换热设备中布置流体管道的同时需布置相变材料，并且根据相变传热的特征，相变材料与流体传热的过程中因相变材料不断发生相变而使相变材料侧的传热热阻逐渐增大，当相变材料层完全发生相变后会使系统的有效传热面积逐渐减小，从而导致流体侧的温度随之发生变化。因此采用有效的强化传热技术与设计高效的储热换热设备是提高潜热储热效率的关键。

储热材料为合金相变材料(固-液相变类型)，充热过程时，相变材料融化需要吸收大量的热量从而把外界提供的热量储存起来；放热过程时，相变材料凝固释放热量给传热介质。近期的理论及实验结果表明，自然对流效应在充、放热过程中发挥不同的作用，使这个过程有了明显的差异。自然对流作用加速熔化过程传热，却减缓并最终终止凝固的完善。充热过程中，首先接触热源的外部区域开始熔化，随着融化层想中心地带慢慢推进，因温度梯度及密度差的存在和作用，液态中必然产生自然对流效应，这使传热能力大大增强。放热过程中，相变蓄热材料放热后部分凝固，首先发生热交换的外部区域变为固相固体，还没有凝固的中心部位就只能依靠导热完成热传递，传热特性随之变差。对蓄热装置，其放热特性能否满足使用性能是至关重要的。

相变蓄热装置利用材料相变特性，当用户需要热能时，让传热介质通过相变蓄热装置中的热交换器，由蓄热材料通过导热管对传热介质加热，达到用户用热要求，当蓄热材料放出部分热量后，随着放热的增加，相变材料由液态渐变为固态。在太阳能利用中，相变蓄热装置在阳光充足时利用一定的装置把能量蓄积在储热器中，晚上电网高峰负荷的时候，利用白天储存的热能为用户供热或者利用储存的能量发电以缓解用电压力。