一種用于太陽能直接蒸發系統的相變蓄熱裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于工程熱物理領域，尤其涉及一種用于太陽能直接蒸發系統的相變蓄熱
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【背景技術】
[0002]太陽能熱發電系統相對于光伏發電最大的優勢是蓄熱相對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運行。因此，太陽能熱發電更適用于太陽能大規模的應用。太陽能直接蒸發系統用水/蒸汽作為工質代替傳統導熱油工質，摒棄了再次換熱系統，節省了成本而且突破了導熱油工質最高溫度不超過400°C的限制，大大提高了太陽能熱電效率。相對于導熱油為工質的傳統太陽能蓄熱采用顯熱形式，直接蒸發系統涉及相變，只有米用相應的相變蓄熱才能大幅提尚蓄熱效率，從而提尚整個太陽能系統熱電效率。
【發明內容】
[0003](一 )要解決的技術問題
[0004]鑒于上述問題，本發明提供一種用于太陽能直接蒸發系統的相變蓄熱裝置，能大幅提尚蓄熱效率，從而提尚整個太陽能系統熱電效率。
[0005]( 二)技術方案
[0006]本發明提供一種用于太陽能直接蒸發系統的相變蓄熱裝置，包括換熱材料提供單元、高溫換熱器、相變換熱單元及低溫換熱器，其中:
[0007]換熱材料提供單元存儲有第一換熱材料，并分別向高溫換熱器及低溫換熱器提供第一換熱材料；
[0008]高溫換熱器使第一換熱材料與外界的工質進行第一熱交換；
[0009]相變換熱單元存儲有第二換熱材料，并使第二換熱材料與工質進行第二熱交換；
[0010]低溫換熱器使第一換熱材料與工質進行第三熱交換。
[0011](三)有益效果
[0012]本發明采用液態鉛鉍合金代替常用蓄熱裝置的固定式熔融巖介質，流動的液態鉛鉍大幅提高了換熱效率，而且鉛鉍的熔化溫度為125°c遠低于多數熔融巖的熔化溫度，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，進入高溫換熱器液態鉛鉍的流量可以進行調節，以便適應蒸汽/水因為比熱不同帶來的熱容流率的不同，從而大幅提高蓄熱效率。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明實施例提供的太陽能直接蒸發系統的蓄熱示意圖。
[0014]圖2是本發明實施例提供的用于太陽能直接蒸發系統的相變蓄熱裝置的蓄熱過程的示意圖。
[0015]圖3是本發明實施例提供的用于太陽能直接蒸發系統的相變蓄熱裝置的放熱過程的示意圖。
圖4(a)是在無中間箱調節流量的情況下，蓄熱裝置放熱過程溫度與換熱量的關系。
圖4(b)是在有中間箱調節流量情況下，蓄熱裝置放熱過程溫度與換熱量的關系。
圖5是蓄熱效率與質量流率比的關系示意圖。
【具體實施方式】
[0016]本發明提供一種用于太陽能直接蒸發系統的相變蓄熱裝置，包括換熱材料提供單元、高溫換熱器、相變換熱單元及低溫換熱器。換熱材料提供單元存儲有第一換熱材料，并分別向高溫換熱器及低溫換熱器提供第一換熱材料；高溫換熱器使第一換熱材料與外界的工質進行第一熱交換；相變換熱單元存儲有第二換熱材料，并使第二換熱材料與工質進行第二熱交換；低溫換熱器使第一換熱材料與工質進行第三熱交換。
[0017]根據本發明的一種實施方式，工質為水和/或蒸汽，其中，在蓄熱過程中，工質從太陽能直接蒸發系統加熱完畢后，變為過熱蒸汽，在相變蓄熱裝置中進行三次熱交換，依次變為飽和蒸汽、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行三次熱交換，依次變為飽和水、飽和蒸汽及過熱蒸汽。
[0018]根據本發明的一種實施方式，在蓄熱過程中，高溫換熱器將過熱蒸汽與第一換熱材料進行熱交換，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行熱交換，得到飽和水，低溫換熱器將飽和水與第一換熱材料進行熱交換，得到未飽和水。在放熱過程中，低溫換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行熱交換，得到飽和蒸汽，高溫換熱器將飽和蒸汽與第一換熱材料進行熱交換，得到過熱蒸汽。
[0019]根據本發明的一種實施方式，換熱材料提供單元包括熱箱、冷箱及中間箱，其分別存儲有所述第一換熱材料，其中，熱箱與高溫換熱器連接，冷箱與低溫換熱器連接，中間箱分別與高溫換熱器與低溫換熱器連接。在蓄熱過程中，中間箱向高溫換熱器提供第一換熱材料，高溫換熱器將工質與該第一換熱材料進行熱交換后，將受熱后的第一換熱材料存儲于熱箱；同時，冷箱向低溫換熱器提供第一換熱材料，低溫換熱器將工質與該第一換熱材料進行熱交換后，將受熱后的第一換熱材料存儲于所述中間箱。在放熱過程中，中間箱向低溫換熱器提供第一換熱材料，低溫換熱器將工質與該第一換熱材料進行熱交換后，將冷卻后的第一換熱材料存儲于冷箱；同時，熱箱向高溫換熱器提供第一換熱材料，高溫換熱器將所述工質與該第一換熱材料進行熱交換后，將冷卻后的第一換熱材料存儲于中間箱。由于中間箱的存在，可以調節鉛鉍從中間箱到熱箱的質量流率，以便適用蒸汽/水因為比熱不同帶來的熱容流率的不同，從而大幅提高蓄熱效率。定義鉛鉍從中間箱到熱箱的質量流率與鉛鉍從冷箱到中間箱的質量流率之比為鉛鉍質量流率比，那么，鉛鉍質量流率比可為O?
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[0020]根據本發明的一種實施方式，第一換熱材料為液態鉛鉍合金，液態鉛鉍合金的熔點溫度為125°C，而沸點高達1670°C，該特性使液態鉛祕非常適用于未飽和水及過熱蒸汽的顯熱存儲。采用液態鉛鉍代替常用蓄熱裝置的固定式熔融巖介質，流動的液態鉛鉍大幅提高了換熱效率，而且鉛鉍的熔化溫度為125°C遠低于多數熔融巖的熔化溫度，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]根據本發明的一種實施方式，第二換熱材料為硝酸鈉，硝酸鈉熔點溫度為306°C，相當于水在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。蓄熱時蒸汽工作壓力為10.7MPa，對應的飽和溫度為316°C ;放熱時，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]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0023]圖1是本發明實施例提供的太陽能直接蒸發系統的蓄熱示意圖，如圖1所示，白天陽光充足時，從太陽能鏡場中出來的過熱蒸汽一部分進入汽輪機用于做功發電，一部分通過蓄熱裝置將為熱量儲存起來，兩部分冷卻后的未飽和水重新進入太陽能鏡場受熱變為過熱蒸汽。
[0024]圖2是本發明實施例提供的用于太陽能直接蒸發系統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、高溫換熱器、固定式的相變換熱單元及低溫換熱器。熱箱、中間箱及冷箱中存儲有液態鉛鉍合金，液態鉛鉍合金的熔點溫度為125°C，而沸點高達1670°C，該特性使液態鉛祕非常適用于未飽和水及過熱蒸汽的顯熱存儲。相變換熱單元中存儲有硝酸鈉，硝酸鈉熔點溫度為306°C，相當于水在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。蓄熱時蒸汽工作壓力為10.7MPa，對應的飽和溫度為316°C ;放熱時，蒸汽工作壓力為8.0MPa,對應的飽和溫度為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，太陽能直接蒸發系統輸入過熱蒸汽，中間箱中的液態鉛鉍向高溫換熱器流動，過熱蒸汽在高溫換熱器中與液態鉛鉍進行熱交換，吸收了過熱蒸汽熱量后的液態鉛鉍流入至熱箱中，以供放熱時應用。被冷卻到飽和蒸汽的工質進入相變材料區域，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，