[发明专利]一种填充床储热装置及储热球的制备方法

说明书

本发明公开了一种两层变球径填充床储热装置，并提出了一种储热球的制备方法。在填充床储热装置上层布置大直径储热球，下层布置小直径储热球，该填充床储热结构综合考虑了储热速率和储热密度两个储热装置重要的评价指标，以实现填充床储热装置储热速率密度最大为设计原则，通过优化设计获得填充床内储热球直径的最佳组合，使得储热装置具有最佳的储热性能。本发明所提出的一种储热球制备方法，可以制备储热密度高、导热性好、机械强度高、密封性好、制备工艺简单的储热球。

技术领域

本发明涉及热能存储技术领域，具体涉及一种能够提高填充床储热器综合性能的填充床储热装置及储热球的制备方法。

背景技术

太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，具有储量巨大、来源广泛等优点，因此以太阳能的光电转换、光热转换等利用形式为主的太阳能利用技术得到了广泛的应用与研究。其中，太阳能光热发电技术因为环境污染小、技术路线成熟、电力输出稳定等优势而备受关注，但是由于太阳能存在间歇性、不连续性等问题，在太阳能热利用中，需要采用储热装置将过剩的能量储存起来，在需要的时候释放利用。在目前的太阳能热发电站中，双罐储热系统是商业应用最广泛的一种储热技术，但是双罐储热系统的熔盐消耗量多，占地面积大，建造成本较高，而单罐储热系统则具有结构简单，占地面积小，投资成本更低等优点。其中，采用相变储热球作为单罐系统中的储热材料，不仅可以提高储热罐体的储能密度，还能维持恒定的输出温度，提高系统发电效率，因此，在太阳能热发电领域获得了越来越多的关注。

目前针对储热装置储热性能，常用的评价指标有储热速率(单位时间下的储热量)和储热密度(单位质量下的储热量)，但是两者的评价角度单一，往往针对一个相同的储热器二者的关系是此消彼长的，不能统一，发明人前期提出了一种综合考虑储热时间和材料质量的综合指标——储热速率密度，即单位材料质量下的储热速率，其综合考虑了储热速率和储热密度两个关键的评价指标，以其作为储热装置储热性能的评价方法，当储热速率密度最高时，储热装置的整体储热性能最佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现填充床储热装置储热速率密度最大为设计原则，使得储热器具有最佳的储热性能，以实现对相变储热材料的封装的填充床储热装置及储热球的制备方法。

为达到上述目的，本发明填充床储热装置包括上、下两端分别开设有流体进、出口通道的储热罐体，在储热罐体内即填充床位置设置有两层直径不同的储热球，所述的上层储热球的直径大于下层储热球的直径，且在两层储热球的外面分别设置有与流体进、出口通道相连通的顶部、底部均流分布器。

所述的储热罐体包括圆柱形储热罐体及安装在该圆柱形储热罐体上、下两端的顶部、底部圆锥形储热罐体。

所述的流体进、出口通道开设在顶部、底部圆锥形储热罐体上。

所述的顶部、底部均流分布器安装在圆柱形储热罐体的上、下端。

所述的圆柱形储热罐体与底部圆锥形储热罐体交接处安装有支撑储热球的金属支架。

所述的储热罐体和储热球采用不锈钢金属，储热球内填充的为低温的有机相变材料、无机盐或高温熔盐相变材料。

本发明两层变球径储热装置上层在换热过程中温度较高，下层在换热过程中温度较低，在上层采用直径相对较大的储热球，增加储热材料在储热器中的用量，以提高储热器的储热密度；下层采用直径较小的储热球，增加换热流体与储热球的接触面积，以提高储热器的储热速率。

本发明的储热球的制备方法如下：

1)将不锈钢金属球进行线切割，将储热球分为两部分：球盖和半球体，其中球盖切割部分体积为储热球内部空心体积的5％；

2)在储热球内填充相变材料后将其放入马弗炉内加热使相变材料熔化；