一種用于太陽能直接蒸發(fā)系統(tǒng)的相變蓄熱裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工程熱物理領(lǐng)域，尤其涉及一種用于太陽能直接蒸發(fā)系統(tǒng)的相變蓄熱
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)相對(duì)于光伏發(fā)電最大的優(yōu)勢(shì)是蓄熱相對(duì)于蓄電更方便和便宜，便于太陽能這種間歇能源在多云及夜間的連續(xù)運(yùn)行。因此，太陽能熱發(fā)電更適用于太陽能大規(guī)模的應(yīng)用。太陽能直接蒸發(fā)系統(tǒng)用水/蒸汽作為工質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)導(dǎo)熱油工質(zhì)，摒棄了再次換熱系統(tǒng)，節(jié)省了成本而且突破了導(dǎo)熱油工質(zhì)最高溫度不超過400°C的限制，大大提高了太陽能熱電效率。相對(duì)于導(dǎo)熱油為工質(zhì)的傳統(tǒng)太陽能蓄熱采用顯熱形式，直接蒸發(fā)系統(tǒng)涉及相變，只有米用相應(yīng)的相變蓄熱才能大幅提尚蓄熱效率，從而提尚整個(gè)太陽能系統(tǒng)熱電效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一 )要解決的技術(shù)問題
[0004]鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種用于太陽能直接蒸發(fā)系統(tǒng)的相變蓄熱裝置，能大幅提尚蓄熱效率，從而提尚整個(gè)太陽能系統(tǒng)熱電效率。
[0005]( 二)技術(shù)方案
[0006]本發(fā)明提供一種用于太陽能直接蒸發(fā)系統(tǒng)的相變蓄熱裝置，包括換熱材料提供單元、高溫?fù)Q熱器、相變換熱單元及低溫?fù)Q熱器，其中:
[0007]換熱材料提供單元存儲(chǔ)有第一換熱材料，并分別向高溫?fù)Q熱器及低溫?fù)Q熱器提供第一換熱材料；
[0008]高溫?fù)Q熱器使第一換熱材料與外界的工質(zhì)進(jìn)行第一熱交換；
[0009]相變換熱單元存儲(chǔ)有第二換熱材料，并使第二換熱材料與工質(zhì)進(jìn)行第二熱交換；
[0010]低溫?fù)Q熱器使第一換熱材料與工質(zhì)進(jìn)行第三熱交換。
[0011](三)有益效果
[0012]本發(fā)明采用液態(tài)鉛鉍合金代替常用蓄熱裝置的固定式熔融巖介質(zhì)，流動(dòng)的液態(tài)鉛鉍大幅提高了換熱效率，而且鉛鉍的熔化溫度為125°c遠(yuǎn)低于多數(shù)熔融巖的熔化溫度，可最大程度地將加熱水熱量傳遞給被加熱水，從而大幅提高蓄熱裝置效率。另外，由于中間箱的存在，進(jìn)入高溫?fù)Q熱器液態(tài)鉛鉍的流量可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便適應(yīng)蒸汽/水因?yàn)楸葻岵煌瑤淼臒崛萘髀实牟煌?，從而大幅提高蓄熱效率?br>【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的太陽能直接蒸發(fā)系統(tǒng)的蓄熱示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于太陽能直接蒸發(fā)系統(tǒng)的相變蓄熱裝置的蓄熱過程的示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于太陽能直接蒸發(fā)系統(tǒng)的相變蓄熱裝置的放熱過程的示意圖。
圖4(a)是在無中間箱調(diào)節(jié)流量的情況下，蓄熱裝置放熱過程溫度與換熱量的關(guān)系。
圖4(b)是在有中間箱調(diào)節(jié)流量情況下，蓄熱裝置放熱過程溫度與換熱量的關(guān)系。
圖5是蓄熱效率與質(zhì)量流率比的關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明提供一種用于太陽能直接蒸發(fā)系統(tǒng)的相變蓄熱裝置，包括換熱材料提供單元、高溫?fù)Q熱器、相變換熱單元及低溫?fù)Q熱器。換熱材料提供單元存儲(chǔ)有第一換熱材料，并分別向高溫?fù)Q熱器及低溫?fù)Q熱器提供第一換熱材料；高溫?fù)Q熱器使第一換熱材料與外界的工質(zhì)進(jìn)行第一熱交換；相變換熱單元存儲(chǔ)有第二換熱材料，并使第二換熱材料與工質(zhì)進(jìn)行第二熱交換；低溫?fù)Q熱器使第一換熱材料與工質(zhì)進(jìn)行第三熱交換。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，工質(zhì)為水和/或蒸汽，其中，在蓄熱過程中，工質(zhì)從太陽能直接蒸發(fā)系統(tǒng)加熱完畢后，變?yōu)檫^熱蒸汽，在相變蓄熱裝置中進(jìn)行三次熱交換，依次變?yōu)轱柡驼羝?、飽和水及未飽和水，在放熱過程中，未飽和水在相變蓄熱裝置中進(jìn)行三次熱交換，依次變?yōu)轱柡退?、飽和蒸汽及過熱蒸汽。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，在蓄熱過程中，高溫?fù)Q熱器將過熱蒸汽與第一換熱材料進(jìn)行熱交換，得到飽和蒸汽，相變換熱單元將飽和蒸汽與第二換熱材料進(jìn)行熱交換，得到飽和水，低溫?fù)Q熱器將飽和水與第一換熱材料進(jìn)行熱交換，得到未飽和水。在放熱過程中，低溫?fù)Q熱器將未飽和水與第一換熱材料熱交換，得到飽和水，相變換熱單元將飽和水與第二換熱材料進(jìn)行熱交換，得到飽和蒸汽，高溫?fù)Q熱器將飽和蒸汽與第一換熱材料進(jìn)行熱交換，得到過熱蒸汽。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，換熱材料提供單元包括熱箱、冷箱及中間箱，其分別存儲(chǔ)有所述第一換熱材料，其中，熱箱與高溫?fù)Q熱器連接，冷箱與低溫?fù)Q熱器連接，中間箱分別與高溫?fù)Q熱器與低溫?fù)Q熱器連接。在蓄熱過程中，中間箱向高溫?fù)Q熱器提供第一換熱材料，高溫?fù)Q熱器將工質(zhì)與該第一換熱材料進(jìn)行熱交換后，將受熱后的第一換熱材料存儲(chǔ)于熱箱；同時(shí)，冷箱向低溫?fù)Q熱器提供第一換熱材料，低溫?fù)Q熱器將工質(zhì)與該第一換熱材料進(jìn)行熱交換后，將受熱后的第一換熱材料存儲(chǔ)于所述中間箱。在放熱過程中，中間箱向低溫?fù)Q熱器提供第一換熱材料，低溫?fù)Q熱器將工質(zhì)與該第一換熱材料進(jìn)行熱交換后，將冷卻后的第一換熱材料存儲(chǔ)于冷箱；同時(shí)，熱箱向高溫?fù)Q熱器提供第一換熱材料，高溫?fù)Q熱器將所述工質(zhì)與該第一換熱材料進(jìn)行熱交換后，將冷卻后的第一換熱材料存儲(chǔ)于中間箱。由于中間箱的存在，可以調(diào)節(jié)鉛鉍從中間箱到熱箱的質(zhì)量流率，以便適用蒸汽/水因?yàn)楸葻岵煌瑤淼臒崛萘髀实牟煌瑥亩蠓岣咝顭嵝?。定義鉛鉍從中間箱到熱箱的質(zhì)量流率與鉛鉍從冷箱到中間箱的質(zhì)量流率之比為鉛鉍質(zhì)量流率比，那么，鉛鉍質(zhì)量流率比可為O?
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[0020]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，第一換熱材料為液態(tài)鉛鉍合金，液態(tài)鉛鉍合金的熔點(diǎn)溫度為125°C，而沸點(diǎn)高達(dá)1670°C，該特性使液態(tài)鉛祕(mì)非常適用于未飽和水及過熱蒸汽的顯熱存儲(chǔ)。采用液態(tài)鉛鉍代替常用蓄熱裝置的固定式熔融巖介質(zhì)，流動(dòng)的液態(tài)鉛鉍大幅提高了換熱效率，而且鉛鉍的熔化溫度為125°C遠(yuǎn)低于多數(shù)熔融巖的熔化溫度，可最大程度地將加熱水熱量傳遞給被加熱水，從而大幅提高蓄熱裝置效率。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，第二換熱材料為硝酸鈉，硝酸鈉熔點(diǎn)溫度為306°C，相當(dāng)于水在1MPa下的沸騰溫度，因此很適用于作為1MPa左右水相變蓄熱材料。蓄熱時(shí)蒸汽工作壓力為10.7MPa，對(duì)應(yīng)的飽和溫度為316°C ;放熱時(shí)，蒸汽工作壓力為8.0MPaJiS的飽和溫度為295°C，這樣飽和水/蒸汽與硝酸鈉存在10°C左右的溫差，便于蓄熱和放熱。
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的太陽能直接蒸發(fā)系統(tǒng)的蓄熱示意圖，如圖1所示，白天陽光充足時(shí)，從太陽能鏡場(chǎng)中出來的過熱蒸汽一部分進(jìn)入汽輪機(jī)用于做功發(fā)電，一部分通過蓄熱裝置將為熱量?jī)?chǔ)存起來，兩部分冷卻后的未飽和水重新進(jìn)入太陽能鏡場(chǎng)受熱變?yōu)檫^熱蒸汽。
[0024]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于太陽能直接蒸發(fā)系統(tǒng)的相變蓄熱裝置的蓄熱過程的示意圖，如圖2所示，相變蓄熱裝置包括熱箱、中間箱、冷箱、高溫?fù)Q熱器、固定式的相變換熱單元及低溫?fù)Q熱器。熱箱、中間箱及冷箱中存儲(chǔ)有液態(tài)鉛鉍合金，液態(tài)鉛鉍合金的熔點(diǎn)溫度為125°C，而沸點(diǎn)高達(dá)1670°C，該特性使液態(tài)鉛祕(mì)非常適用于未飽和水及過熱蒸汽的顯熱存儲(chǔ)。相變換熱單元中存儲(chǔ)有硝酸鈉，硝酸鈉熔點(diǎn)溫度為306°C，相當(dāng)于水在1MPa下的沸騰溫度，因此很適用于作為1MPa左右水相變蓄熱材料。蓄熱時(shí)蒸汽工作壓力為10.7MPa，對(duì)應(yīng)的飽和溫度為316°C ;放熱時(shí)，蒸汽工作壓力為8.0MPa,對(duì)應(yīng)的飽和溫度為295°C，這樣飽和水/蒸汽與硝酸鈉存在10°C左右的溫差，便于蓄熱和放熱。
[0025]相變蓄熱裝置在蓄熱時(shí)，太陽能直接蒸發(fā)系統(tǒng)輸入過熱蒸汽，中間箱中的液態(tài)鉛鉍向高溫?fù)Q熱器流動(dòng)，過熱蒸汽在高溫?fù)Q熱器中與液態(tài)鉛鉍進(jìn)行熱交換，吸收了過熱蒸汽熱量后的液態(tài)鉛鉍流入至熱箱中，以供放熱時(shí)應(yīng)用。被冷卻到飽和蒸汽的工質(zhì)進(jìn)入相變材料區(qū)域，放出的相變潛熱用于熔化硝酸鈉，兩者傳熱溫差為10°C左右。同時(shí)，