一种固体储热装置及其系统的制作方法

本技术涉及一种储热装置，尤其涉及一种固体储热装置及其系统。

背景技术：

1、目前热储存技术中使用的蓄热材料分为：显热型、潜热型和化学反应型三大类，应用较广泛的为显热型和潜热型，主要有导热油、耐高温混凝土、无机盐等。导热油在高温时，易引发火灾，易老化，价格昂贵；耐高温混凝土作为蓄热的固体热媒一直被看好，有很好的应用前景，安全稳定，成本低廉，但存在导热系数较低，换热管道数量多，温度持续下降，无法获得较高的参数等不足；换热管道与固体材料间由于膨胀系数不同，会在反复升温降温后出现材料破坏或裂缝，对换热效果和使用寿命均产生不良影响；无机盐作为蓄热材料的使用多是利用其较大的相变潜热，但相变材料在储热过程中发生相变，由于体积的变化，容易发生泄漏的隐患。沙工质导热系数较低，虽然蓄热效率不高，但是其成本非常低廉。

2、太阳能聚光集热项目中的储热系统起着稳定电力输出的关键作用，但是其成本一直居高不下，导致太阳能聚光集热项目整体成本造价也较高，难以大规模商业化发展。另外由于火电站响应电网的调峰调频要求，需要快速响应，如果增加一个可以缓冲热量的储热装置，则可以实现快速响应，满足当前的电力市场要求。目前单一的耐高温混凝土储热装置已经有了商业化应用，沙工质的储热装置也得到广大研究学者的青睐。

3、如果将成本低廉的耐高温混凝土和沙工质相结合使用，在相同的性能要求情况下，可以大幅度下降储热装置的成本。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种低成本、高效率固体储热装置，通过将混凝土储热和沙工质储热相结合的方式，实现了储热系统成本的大幅下降，维持了较高的储放热效率。

2、本实用新型提供了一种固体储热装置，其特征在于，所述固体储热装置包括多个固体储热单元，所述固体储热单元包括耐热混凝土体及所述耐热混凝土体周边填充的固体颗粒；所述耐热混凝土体包括换热管组件以及包裹在所述换热管组件外围的耐热混凝土，多个所述换热管组件串联和/或并联布置，将热量存储或释放于所述固体储热装置中。所述固体储热装置实现了混凝土和固体颗粒两种储热形式的结合，由于固体颗粒可以选用成本较低、热性能较好地固体颗粒，因此能够在高效率的情况下，大幅度降低混凝土储热技术的成本。

3、进一步地，所述多个固体储热单元水平阵列形成水平固体储热层，上下相邻所述水平固体储热层的换热管组件轴向方向呈90°设置。如此布置可以使所述水平固体储热层的温度分布更加均匀，结构更加稳固。

4、进一步地，所述多个固体储热单元垂直阵列形成垂直固体储热层，左右相邻所述垂直固体储热层的换热管组件轴向方向平行设置。

5、进一步地，所述水平固体储热层或所述垂直固体储热层两端分别设置集箱管，将所述换热管组件并联连接。

6、进一步地，所述耐热混凝土体为“十”字型结构或者“t”字型结构或者圆柱形结构，“十”字型结构或者“t”字型结构更有利于热量的扩散，增加换热和取热功率。

7、进一步地，所述换热管组件包括管道和缠绕在所述管道外部的增强换热结构，所述管道与所述耐热混凝土不直接接触，而是与所述增强换热结构直接接触，避免了所述管道与所述混凝土体热膨胀系数不匹配导致的应力问题。

8、优选地，所述增强换热结构为铝翅片结构，所述铝翅片结构在受热后会变得比较柔软，与所述耐热混凝土之间的热应力较小。

9、进一步地，所述增强换热结构在长度方向上等间隔布置，在节约用料的情况下，能够更好地将所述管道中的热量传输至所述耐热混凝土和所述固体颗粒中。

10、优选地，所述耐热混凝土体为耐热混凝土预制件，能够提前预制，缩短施工工期，节约施工成本。

11、优选地，所述固体颗粒为沙工质、陶瓷颗粒、玻璃颗粒、花岗岩颗粒、玄武岩颗粒、石英岩颗粒、磷石灰颗粒、刚玉颗粒。在使用时，应该因地制宜，在使用地选择成本较低，热性能较优的固体颗粒。

12、一种固体储热系统，其特征在于，包括若干以上所述的固体储热装置，所述固体储热装置相邻布置。

13、进一步地，所述若干固体储热装置呈“田”字型布置，以减少所述固体储热装置侧面的散热。

14、进一步地，所述固体储热系统具有储热和取热的功能，当取热和储热需求同时存在时，一部分所述固体储热装置进行储热，其它所述固体储热装置进行取热。

15、本实用新型提出的一种固体储热装置及其系统，采用耐热混凝土包裹换热管组件，形成以换热管组件为中心的发散结构，其余空间填充固体颗粒，将耐热混凝土储热和固体颗粒储热完美的结合在一起。本实用新型的技术方案不仅能够实现较高效率的存储和取出热量，并且可以优选成本较低、热性能优异的固体颗粒，能够实现固体储热装置成本的快速下降，多个固体储热装置组成固体储热系统，换热管组件的长度可以变短，使固体储热系统内部无焊接，避免在使用过程中产生工质的泄露，同时固体储热装置相邻布置，也可以减少散热面，提升固体储热装置的系统效率。

技术特征：

1.一种固体储热装置，其特征在于，所述固体储热装置包括多个固体储热单元，所述固体储热单元包括耐热混凝土体及所述耐热混凝土体周边填充的固体颗粒；所述耐热混凝土体包括换热管组件以及包裹在所述换热管组件外围的耐热混凝土，多个所述换热管组件串联和/或并联布置，将热量存储或释放于所述固体储热装置中。

2.根据权利要求1所述的一种固体储热装置，其特征在于，所述多个固体储热单元水平阵列形成水平固体储热层，上下相邻所述水平固体储热层的换热管组件轴向方向呈90°设置。

3.根据权利要求2所述的一种固体储热装置，其特征在于，所述多个固体储热单元垂直阵列形成垂直固体储热层，左右相邻所述垂直固体储热层的换热管组件轴向方向平行设置。

4.根据权利要求3所述的一种固体储热装置，其特征在于，所述水平固体储热层或所述垂直固体储热层两端分别设置集箱管，将所述换热管组件并联连接。

5.根据权利要求1所述的一种固体储热装置，其特征在于，所述耐热混凝土体为“十”字型结构或者“t”字型结构或者圆柱形结构。

6.根据权利要求1所述的一种固体储热装置，其特征在于，所述换热管组件包括管道和缠绕在所述管道外部的增强换热结构。

7.根据权利要求6所述的一种固体储热装置，其特征在于，所述增强换热结构为铝翅片结构。

8.根据权利要求6所述的一种固体储热装置，其特征在于，所述增强换热结构在长度方向上等间隔布置。

9.根据权利要求1所述的一种固体储热装置，其特征在于，所述耐热混凝土体为耐热混凝土预制件。

10.一种固体储热系统，其特征在于，包括若干如权利要求1-9任一项所述的固体储热装置，所述固体储热装置相邻布置。

11.根据权利要求10所述的一种固体储热系统，其特征在于，所述若干固体储热装置呈“田”字型布置，以减少所述固体储热装置侧面的散热。

12.根据权利要求11所述的一种固体储热系统，其特征在于，所述固体储热系统具有储热和取热的功能，当取热和储热需求同时存在时，一部分所述固体储热装置进行储热，其它所述固体储热装置进行取热。

技术总结本技术涉及一种固体储热装置及其系统，其特征在于，所述固体储热装置包括多个固体储热单元，所述固体储热单元包括耐热混凝土体及所述耐热混凝土体周边填充的固体颗粒；所述耐热混凝土体包括换热管组件以及包裹在所述换热管组件外围的耐热混凝土，多个所述换热管组件串联和/或并联布置，将热量存储或释放于所述固体储热装置中。本技术提供的固体储热装置，将耐热混凝土储热与固体颗粒储热相结合，成本大幅度下降的同时，储热性能基本不发生变化，无泄露、冻堵、爆炸风险，适于大规模商业化推广。技术研发人员：李维,刘阳受保护的技术使用者：北京兆阳光热技术有限公司技术研发日：20231007技术公布日：2024/7/9