一種兼具熱儲(chǔ)及放熱功能的熱能儲(chǔ)存裝置及其用途制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種兼具熱儲(chǔ)及放熱功能的熱能儲(chǔ)存裝置，包括由多個(gè)熱儲(chǔ)/熱交換單元堆棧而成的儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)，每個(gè)熱儲(chǔ)/熱交換單元由一熱儲(chǔ)存板及一熱交換板疊合制成，其中，所述熱儲(chǔ)存板設(shè)有多個(gè)并列管道槽，供PCM材料存放其內(nèi)，所述熱交換板設(shè)有一組以上微管道群組，供熱傳遞流體流過與PCM材料進(jìn)行熱交換；所述熱能儲(chǔ)存裝置以單臺(tái)或多臺(tái)并聯(lián)或串聯(lián)或并聯(lián)及串聯(lián)組合使用。本發(fā)明專利技術(shù)的熱能儲(chǔ)存裝置具備同時(shí)輸入熱能、同時(shí)吸取熱能或一面輸入熱能一面吸取熱能的功能，且儲(chǔ)熱溫度達(dá)1200℃以上，應(yīng)用于太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)中作為熱能儲(chǔ)存的用途，有助將整體太陽(yáng)熱能發(fā)電效率提升至達(dá)35～40％。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種兼具熱儲(chǔ)及放熱功能的熱能儲(chǔ)存裝置及其用途
本專利技術(shù)涉及一種熱能儲(chǔ)存裝置，尤指一種兼具熱儲(chǔ)及放熱功能的熱能儲(chǔ)存裝置及其用途。
技術(shù)介紹
太陽(yáng)熱能發(fā)電是利用太陽(yáng)熱能結(jié)合熱能儲(chǔ)存來驅(qū)使發(fā)電機(jī)組持續(xù)發(fā)電，不受陰雨天候影響外，并且可于夜間發(fā)電，是最具潛力的再生能源，而熱能儲(chǔ)存是太陽(yáng)熱能發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)中的太陽(yáng)熱能儲(chǔ)存方式，大致分為使用顯熱(sensibleheat)儲(chǔ)存材料、使用潛熱(latentheat)儲(chǔ)存材料及使用化學(xué)反應(yīng)式(thermochemicalreaction)儲(chǔ)熱材料三類。在太陽(yáng)熱能發(fā)電領(lǐng)域中，最常使用的顯熱儲(chǔ)存材料，是使用熔點(diǎn)為221℃且成分含66.3％硝酸鈉(NaNO3)及33.7％硝酸鉀(KNO3)的融熔鹽(moltensalt)。現(xiàn)有技術(shù)的太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)，除了使用顯熱型融熔鹽作為熱能儲(chǔ)存的物質(zhì)外，顯熱型融熔鹽本身也作為熱傳遞流體(Heattransferfluid,HTF)使用。但是，太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)使用顯熱型融熔鹽作為熱傳遞流體(HTF)的缺點(diǎn)，包括：顯熱型融熔鹽溫度過低時(shí)會(huì)凝固，易發(fā)生管道阻塞問題，加上顯熱型融熔鹽本身具腐蝕性，溫度過高時(shí)會(huì)分解劣化及腐蝕金屬管路。為了確保顯熱型融熔鹽不會(huì)阻塞及腐蝕金屬管路，顯熱型融熔鹽的操作溫度范圍，在太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)中，一般只能限于290～565℃，此限制不但造成太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)熱溫度范圍只介于290℃至565℃，更造成太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)釋出的熱能只能產(chǎn)生溫度不超過565℃的蒸汽，在蒸汽溫度不超過600℃的條件下，太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)需要搭配使用面積式太陽(yáng)熱能集熱器。但是，面積式太陽(yáng)熱能集熱器是由垂直金屬管路制成，受到金屬管路的熱應(yīng)力限制，面積式太陽(yáng)熱能集熱器的陽(yáng)光聚集強(qiáng)度只限于數(shù)百個(gè)太陽(yáng)的照射強(qiáng)度，總集熱效率約只達(dá)57％。當(dāng)太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)使用面積式太陽(yáng)熱能集熱器與效率約達(dá)34％的蒸汽渦輪機(jī)(steamturbine)搭配發(fā)電時(shí)，其整體太陽(yáng)熱能發(fā)電效率為(0.57×0.34＝)19.5％不超過20％。潛熱(latentheat)是物質(zhì)在(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))相變化過程中吸收或釋放的能量，而相變化材料(phase-changematerial，下文簡(jiǎn)稱PCM材料)是一種具高熔化熱的潛熱儲(chǔ)熱材料，利用在恒溫狀況下固態(tài)/液態(tài)/氣態(tài)相變化過程中吸熱及放熱來儲(chǔ)熱。在相變化溫度時(shí)，PCM材料經(jīng)由吸收熱能會(huì)使物質(zhì)狀態(tài)從固態(tài)熔化成液態(tài)，且PCM材料在吸收熱能的過程中，PCM材料的溫度并沒有明顯的升高；當(dāng)外在環(huán)境溫度降低，PCM材料經(jīng)由釋放熱能會(huì)使物質(zhì)狀態(tài)將從液態(tài)固化成固態(tài)，故PCM材料具有儲(chǔ)存或釋放大量能量的能力。PCM材料在低溫狀況下為固態(tài)，在太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)中是無法直接作為熱傳遞流體(HTF)使用，故使用潛熱儲(chǔ)熱材料的太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)，在集熱及儲(chǔ)熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。不過，潛熱儲(chǔ)熱材料的潛熱儲(chǔ)熱密度遠(yuǎn)高于顯熱儲(chǔ)存材料，在儲(chǔ)熱量及體積上占有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)，將提高太陽(yáng)熱能發(fā)電效率。太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)熱溫度愈高，太陽(yáng)熱能發(fā)電效率愈高。當(dāng)太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)使用高溫儲(chǔ)熱器與相當(dāng)于1,000至數(shù)千個(gè)太陽(yáng)照射強(qiáng)度的體積式太陽(yáng)熱能集熱器結(jié)合，集熱及儲(chǔ)熱的整體效率為70～80％，溫度可達(dá)1200℃，所釋出的熱能用于將氣渦輪機(jī)(gasturbine)的進(jìn)氣溫度加熱，以推動(dòng)氣渦輪機(jī)復(fù)循環(huán)(CombinedCycle)發(fā)電機(jī)組；在氣渦輪機(jī)出口氣體的余熱仍高達(dá)600℃的狀況下，將進(jìn)一步應(yīng)用來再推動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電。當(dāng)太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)使用前述高溫儲(chǔ)熱器及體積式太陽(yáng)熱能集熱器與效率約達(dá)50％的氣渦輪機(jī)復(fù)循環(huán)發(fā)電機(jī)組搭配發(fā)電時(shí)，其整體太陽(yáng)熱能發(fā)電效率將達(dá)(0.7×0.5～0.8×0.5＝)35～40％。據(jù)此，開發(fā)一種使用潛熱儲(chǔ)存材料的熱儲(chǔ)存器，并且兼?zhèn)鋬?chǔ)熱量高、儲(chǔ)熱溫度高、耐高壓以及儲(chǔ)熱/放熱熱交換效率高的特性，將有助于提高太陽(yáng)熱能發(fā)電效率。現(xiàn)有技術(shù)中兼具高熱傳速率，高熱交換效率及耐高壓的熱交換器，有通道熱交換器(micro-channelheatexchanger)及結(jié)構(gòu)類似的印刷線路微管道熱交換器(printedcircuitheatexchanger，簡(jiǎn)稱PCHE熱交換器)。如圖1所示，現(xiàn)有微通道熱交換器90的構(gòu)造，是由多個(gè)熱交換單元91堆棧而成；每個(gè)熱交換單元91由一片第一熱交換板93及一片第二熱交換板95交互堆棧，再使用擴(kuò)散焊接(diffusionbonding)結(jié)成一體。其中，第一熱交換板93的板面上，設(shè)有多個(gè)第一微通道94，作為供熱傳遞流體F1流過的流道；第二熱交換板95的板面上，設(shè)有多個(gè)第二微通道96，與第一熱交換板93的第一微通道94呈90度交錯(cuò),且作為供熱傳遞流體F2流過的流道。當(dāng)熱傳遞流體F1流經(jīng)第一微通道94的時(shí)候，與流經(jīng)第二微通道96且流向互成90度交錯(cuò)的熱傳遞流體F1產(chǎn)生高熱傳速率的熱交換，加上第一微通道94與第二微通道96之間僅以厚度極薄的第一熱交換板93或第二熱交換板95相隔，故熱交換效率高達(dá)94％。上述微通道熱交換器及PCHE熱交換器，都具備高熱傳速率、高熱交換效率及耐高壓特性，但兩者都不具備儲(chǔ)熱功能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的專利技術(shù)動(dòng)機(jī)在于實(shí)現(xiàn)使現(xiàn)有技術(shù)中的微信道熱交換器(或PCHE熱交換器)與潛熱儲(chǔ)存材料結(jié)合而構(gòu)成一種兼具熱儲(chǔ)及放熱功能的熱能儲(chǔ)存裝置。本專利技術(shù)的主要目的在于揭露一種熱能儲(chǔ)存裝置，使用潛熱儲(chǔ)存材料兼具熱儲(chǔ)及放熱功能，以單臺(tái)或多臺(tái)并聯(lián)或串聯(lián)或并聯(lián)及串聯(lián)組合使用，且應(yīng)用于太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)中作為熱能儲(chǔ)存的用途，可利用空氣或其它熱傳遞流體(HTF)吸收體積式太陽(yáng)集熱器的熱能并與氣渦輪機(jī)復(fù)循環(huán)發(fā)電機(jī)組結(jié)合，有助于將整體太陽(yáng)熱能發(fā)電效率提升至達(dá)35～40％。所述熱能儲(chǔ)存裝置的具體構(gòu)造，包括一熱效應(yīng)機(jī)構(gòu)及兩個(gè)以上集流分流罩體，所述熱效應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括一外部架構(gòu)及一儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)，其中，所述外部架構(gòu)用于構(gòu)成所述熱效應(yīng)機(jī)構(gòu)的剛性架構(gòu)，且供所述儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)設(shè)置于其內(nèi)部；所述儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)是由多個(gè)熱儲(chǔ)/熱交換單元堆棧而成，每個(gè)熱儲(chǔ)/熱交換單元由一熱儲(chǔ)存板及一熱交換板疊合制成，且所述熱儲(chǔ)存板設(shè)有多個(gè)并列管道槽，供PCM材料存放其內(nèi)；所述熱交換板設(shè)有一組以上微管道群組，優(yōu)選為設(shè)有兩組分開的“Z”形微管道群組，作為熱傳遞流體的流動(dòng)通道，且每組微管道群組由多個(gè)微管道單元并列構(gòu)成，供熱傳遞流體經(jīng)過時(shí)與所述熱儲(chǔ)存板的PCM材料進(jìn)行熱交換。所述集流分流罩體，由一中空腔體及一管路構(gòu)成，其中，所述中空腔體設(shè)于所述熱效應(yīng)機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)外部，將所述儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)的每個(gè)熱儲(chǔ)/熱交換單元的微管道群組的進(jìn)口端或出口端籠罩在其內(nèi)，且所述管路與所述中空腔體相通，作為輸入或輸出熱傳遞流體的管路。所述熱儲(chǔ)/熱交換單元的熱儲(chǔ)存板的板厚5～20mm，其中并列的管道槽的底部厚度0.3～3mm、槽道寬度5～20mm，且管道槽之間的槽道間隔介于0.3～3mm。所述熱儲(chǔ)/熱交換單元的熱交換板的板厚1～4mm，其中所述微管道群組的微管道單元的管道構(gòu)造，包括管道深度0.5～1.5mm、管道寬度1.0～3.0mm，且相鄰微管道單元之間的最小壁厚為0.3～1.5mm；優(yōu)選管道構(gòu)造為直徑1.0～3.0mm的半圓形微管道。所述PCM材料選自碳酸鋰(Li2CO3)、氟化鋰(LiF)、本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種兼具熱儲(chǔ)及放熱功能的熱能儲(chǔ)存裝置，使用PCM材料儲(chǔ)熱及放熱，包括一熱效應(yīng)機(jī)構(gòu)及兩個(gè)以上集流分流罩體，其特征在于，所述熱效應(yīng)機(jī)構(gòu)包括一外部架構(gòu)及一儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)，其中，所述外部架構(gòu)，構(gòu)成所述熱效應(yīng)機(jī)構(gòu)的剛性架構(gòu)，供所述儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)設(shè)置于其內(nèi)部；所述儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)，由多個(gè)熱儲(chǔ)/熱交換單元堆棧而成，每個(gè)熱儲(chǔ)/熱交換單元由一熱儲(chǔ)存板及一熱交換板疊合制成，其中，所述熱儲(chǔ)存板設(shè)有多個(gè)并列管道槽，供PCM材料存放其內(nèi)；所述熱交換板設(shè)有一組以上微管道群組，作為熱傳遞流體的流動(dòng)通道，每組微管道群組由多個(gè)微管道單元并列構(gòu)成，供熱傳遞流體經(jīng)過時(shí)與所述熱儲(chǔ)存板的PCM材料進(jìn)行熱交換；所述集流分流罩體，由一中空腔體及一管路構(gòu)成，其中，所述中空腔體設(shè)于所述熱效應(yīng)機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)外部，將所述儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)的每個(gè)熱儲(chǔ)/熱交換單元的微管道群組的進(jìn)口端或出口端籠罩在其內(nèi)，且所述管路與所述中空腔體相通，作為輸入或輸出熱傳遞流體的管路。

【技術(shù)特征摘要】
2014.08.07 TW 1031270271.一種兼具熱儲(chǔ)及放熱功能的熱能儲(chǔ)存裝置，使用PCM材料儲(chǔ)熱及放熱，包括一熱效應(yīng)機(jī)構(gòu)及兩個(gè)以上集流分流罩體，其特征在于，所述熱效應(yīng)機(jī)構(gòu)包括一外部架構(gòu)及一儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)，其中，所述外部架構(gòu)，構(gòu)成所述熱效應(yīng)機(jī)構(gòu)的剛性架構(gòu)，供所述儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)設(shè)置于其內(nèi)部；所述儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)，由多個(gè)熱儲(chǔ)/熱交換單元堆棧而成，每個(gè)熱儲(chǔ)/熱交換單元由一熱儲(chǔ)存板及一熱交換板疊合制成，其中，所述熱儲(chǔ)存板設(shè)有多個(gè)并列管道槽，供PCM材料存放其內(nèi)；所述熱交換板設(shè)有一組以上微管道群組，作為熱傳遞流體的流動(dòng)通道，每組微管道群組由多個(gè)微管道單元并列構(gòu)成，供熱傳遞流體經(jīng)過時(shí)與所述熱儲(chǔ)存板的PCM材料進(jìn)行熱交換；所述集流分流罩體，由一中空腔體及一管路構(gòu)成，其中，所述中空腔體設(shè)于所述熱效應(yīng)機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)外部，將所述儲(chǔ)熱放熱機(jī)構(gòu)的每個(gè)熱儲(chǔ)/熱交換單元的微管道群組的進(jìn)口端或出口端籠罩在其內(nèi)，且所述管路與所述中空腔體相通，作為輸入或輸出熱傳遞流體的管路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼具熱儲(chǔ)及放熱功能的熱能儲(chǔ)存裝置，其特征在于，所述熱儲(chǔ)/熱交換單元的熱儲(chǔ)存板的板厚為5～20mm，所述熱儲(chǔ)存板的管道槽的底部厚度為0.3～3mm及槽道寬度為5～20mm，且所述管道槽之間的槽道間隔為0.3～3mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼具熱儲(chǔ)及放熱功能的熱能儲(chǔ)存裝置，其特征在于，所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：連清宏，朱光馨，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：立昌先進(jìn)科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：中國(guó)臺(tái)灣;71