本發明公開了一種多級儲熱裝置，包括儲熱罐和換熱管；儲熱罐內從下至上依次至少填充第一儲熱介質、第二儲熱介質、第三儲熱介質，第三儲熱介質、第二儲熱介質、第一儲熱介質的比熱容依次升高；換熱管在豎直方向上呈蛇形狀，換熱管沿儲熱罐的豎直方向依次經過第三儲熱介質、第二儲熱介質、第一儲熱介質。本發明在儲熱罐內填充有至少三種比熱不同的儲熱介質，自上而下呈梯度的比熱可以最大限度利用該溫度差減小熱量散失，提升儲熱能力，同時換熱管內的傳熱介質實現逐步升溫，延長換熱管的使用壽命。

技術領域

本發明屬于太陽能光熱發電技術領域，尤其涉及一種用于光熱電站的多級儲熱裝置。

背景技術

太陽能塔式電站中，為實現連續平穩輸出電力，儲熱系統必不可少，其中，儲熱罐是儲熱系統的核心設備。此外，由于光熱發電技術已處于第三代，要求發電功率與儲熱溫度有大幅的提升，這也促使新型儲/換熱技術的應用。為適應新技術的發展，儲熱罐設計需要進行重點的創新性工程研究。

目前，儲熱罐主要以熔鹽儲罐為主，適用于565℃以下的熔鹽存儲。第三代塔式電站技術中，儲/換熱介質最高溫度至少在700℃，那么迫使需要新型高溫載熱介質被使用。其中，液態金屬、高溫碳酸鹽、高溫氯鹽被列為重點考慮的對象。但是，由于液態金屬售價較高，尚不適用于儲熱介質，但可作為換熱介質，由于其本身具備較好的導熱性與較大的比熱容，受到了工程界的廣泛關注與重點研究。為匹配液態金屬作為換熱介質，新型的儲熱系統需要進行全新設計。

發明內容

本發明實施例提供了一種多級儲熱裝置，在儲熱罐內自下向上依次至少填充有比熱容降低的第一儲熱介質、第二儲熱介質、第三儲熱介質，換熱管在豎直方向上依次穿過所有儲熱介質，第二儲熱介質將熱量傳遞給第一儲熱介質和第三儲熱介質，由于儲熱介質自下至上比熱容不同，自上而下呈梯度的比熱可以最大限度利用該溫度差減小熱量散失，提升儲熱能力。同時換熱管內的換熱介質流經儲熱罐實現逐步升溫，延長換熱管的使用壽命。

本發明的技術方案為：

一種多級儲熱裝置，包括儲熱罐和換熱管；

所述儲熱罐內從下至上依次至少填充第一儲熱介質、第二儲熱介質、第三儲熱介質，所述第三儲熱介質、所述第二儲熱介質、所述第一儲熱介質的比熱容依次升高；

所述換熱管在豎直方向上呈蛇形狀，所述換熱管沿所述儲熱罐的豎直方向依次經過所述第三儲熱介質、第二儲熱介質、第一儲熱介質。

所述第一儲熱介質為固體儲熱介質，第二儲熱介質為高溫下液體的儲熱介質，所述第三儲熱介質為氣體。

所述的多級儲熱裝置還包括集液箱，所述集液箱設置在所述儲熱罐的底部，所述第一儲熱介質內開設有若干連通所述集液箱和所述第二儲熱介質的連通孔。在第一儲熱介質中開設連通孔，可以使第二儲熱介質流入第一儲熱介質中，使換熱均勻，并將換熱后的第二儲熱介質流入集液箱。

所述固體儲熱介質為固體鐵基材料組成的混合物，所述第二儲熱介質為熔鹽。

所述固體儲熱介質為鑄鋼，所述第二儲熱介質為熔鹽，所述第三儲熱介質為惰性氣體。所述儲熱罐頂端設有惰性氣體充注孔，所述充注孔分別連通真空泵和惰性氣體充注裝置。利用惰性氣體填充熔鹽上方的冗余部分，惰性氣體經過熔鹽傳熱獲得高溫，一方面利用該高溫對熔鹽保溫，另一方面惰性氣體的隔熱作用也起到了保溫作用，惰性氣體利用溫差最大限度保存熔鹽散失的熱量，最終提升儲熱能力。

所述儲熱罐上開設有第二儲熱介質入口。