储热器充热、放热过程的测试与评价装置

摘要

本发明涉及太阳能热发电中的储热器的充热、放热过程的性能指标测试与评价装置。储热器充热、放热过程的测试与评价装置，其特征在于它包括第一管道(1)、空气压缩机(2)、空气干燥过滤器(3)、空气预热器(4)、空气加热器(5)、电控流量调节阀(6)、第一流量指示器(7)、第二流量指示器(9)、第一温度压力传感器(11)、计算机(12)、第二温度压力传感器(13)、第三温度压力传感器(14)、第二管道(15)；第一管道(1)上依次设有空气干燥过滤器(3)、空气预热器(4)、空气加热器(5)、电控流量调节阀(6)、第一流量指示器(7)；第二管道(15)上设有第二流量指示器(9)。该装置简单且易操作，能对储热器的充热、放热过程的储热效率、安全性、耐久性指标进行测试与评价。

权利要求

1.储热器充热、放热过程的测试与评价装置，其特征在于它包括第一管道(1)、空气压缩机(2)、空气干燥过滤器(3)、空气预热器(4)、空气加热器(5)、电控流量调节阀(6)、第一流量指示器(7)、第二流量指示器(9)、第一温度压力传感器(11)、计算机(12)、第二温度压力传感器(13)、第三温度压力传感器(14)、第二管道(15)；空气压缩机(2)的输出端与第一管道(1)的一端相连通，第一管道(1)的另一端与储热器(8)的进气管相连通，第一管道(1)上从与空气压缩机相连的一端开始依次设有空气干燥过滤器(3)、空气预热器(4)、空气加热器(5)、电控流量调节阀(6)、第一流量指示器(7)；第二管道(15)的一端与储热器(8)的出气管相连通，第二管道(15)上设有第二流量指示器(9)；储热器(8)的进气口处设有第一温度压力传感器(11)，储热器内设有第二温度压力传感器(13)，储热器(8)的出气口处设有第三温度压力传感器(14)；电控流量调节阀(6)、第一流量指示器(7)、第二流量指示器(9)、第一温度压力传感器(11)、第二温度压力传感器(13)、第三温度压力传感器(14)分别由导线与计算机(12)的信号输入端口相连；

第二管道(15)上设有空气冷凝器(10)，第二流量指示器(9)位于空气冷凝器(10)与储热器(8)之间。

说明书

储热器充热、放热过程的测试与评价装置

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能热发电中的储热器的充热、放热过程的性能指标测试与评价装置。

背景技术

[0002] 利用太阳能进行热动力发电，由于受季节、昼夜、云雾和雨雪等气象条件的影响，地面上的太阳能具有间歇性和不稳定性，必须设置储热器。

[0003] 设计不同的储热器以应用于不同需要，就必须对储热器的充热、放热过程进行测试以检验其安全性和耐久性，并根据实验数据对储热器进行优化改进设计。

[0004] 但目前还没有一种能够对不同储热器都能够进行实验测试的简单且易操作的测试与评价装置。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种储热器充热、放热过程的测试与评价装置，该装置简单且易操作，能对储热器的充热、放热过程的储热效率、安全性、耐久性指标进行测试与评价。

[0006] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：储热器充热、放热过程的测试与评价装置，其特征在于它包括第一管1、空气压缩机、空气干燥过滤器、空气预热器、空气加热器、电控流量调节阀、第一流量指示器、第二流量指示器、第一温度压力传感器、计算机、第二温度压力传感器、第三温度压力传感器、第二管道；空气压缩机的输出端与第一管道的一端相连通，第一管道的另一端与储热器的进气管相连通，第一管道上从与空气压缩机相连的一端开始依次设有空气干燥过滤器、空气预热器、空气加热器、电控流量调节阀、第一流量指示器；第二管道的一端与储热器的出气管相连通，第二管道上设有第二流量指示器；储热器的进气口处设有第一温度压力传感器，储热器内设有第二温度压力传感器，储热器的出气口处设有第三温度压力传感器；电控流量调节阀、第一流量指示器、第二流量指示器、第一温度压力传感器、第二温度压力传感器、第三温度压力传感器分别由导线与计算机的信号输入端口相连。

[0007] 第二管道上设有空气冷凝器，第二流量指示器位于空气冷凝器与储热器之间。

[0008] 本发明通过第一管道、空气压缩机、空气干燥过滤器、空气预热器、空气加热器，对空气进行加热，模拟太阳能热发电过程中作为传热工质的空气吸收太阳能温度升高的过程。热空气进入待测试储热器可模拟储热装置的充热过程；关闭空气加热器时，可模拟储热器的放热过程。

[0009] 采用电控流量调节阀、第一流量指示器、第二流量指示器、第一温度压力传感器、计算机、第二温度压力传感器、第三温度压力传感器，测量实时数据，利用计算机采集并进行分析计算，完成测试目的。

[0010] 1)反复开、关空气预热器及空气加热器即可反复进行储热器的充热、放热实验，由此测试储热器的耐久性；

[0011] 2)储热效率测试：在充、放热过程中，利用计算机对温度、压力传感器测量的数据进行采集，并根据热力学相关公式计算储热室单位体积内存储的热量；根据时间的记录，计算充、放热过程中空气与储热装置进行热交换的速率。

[0012] 3)安全性测试：通过反复的充热、放热实验，检查储热材料是否从盛装的金属管道中泄漏，检查整个储热室的密闭性，是否有热空气泄漏。

[0013] 4)评价：通过上述1)、2)、3)的测试结果，对整个装置的耐久性、储热效率及安全性进行整体评价，看是否达到储热装置的设计要求。

[0014] 本发明简单且易操作：本装置仅通过控制空气预热器及空气加热器的开关就可以进行充、放热实验的切换，完成充、放热循环，且通过空气加热器可以很好的控制空气的温度。数据由计算机直接采集，并可利用相关软件计算得到待测数据。

[0015] 本发明使用空气冷凝器，对从储热器里流出的热空气进行冷凝，避免高温空气的排放造成安全隐患。

附图说明

[0016] 图1是本发明的结构示意图；

[0017] 图2是储热器的立体图；

[0018] 图3是储热器的侧视图(图2的左视)；

[0019] 图4是图3沿A-A线的剖视图；

[0020] 图5是图3沿B-B线的剖视图；

[0021] 图中：1-第一管道，2-空气压缩机，3-空气干燥过滤器，4-空气预热器，5-空气加热器，6-电控流量调节阀，7-第一流量指示器，8-储热器(内装储热材料)，9-第二流量指示器，10-空气冷凝器，11-第一温度压力传感器，12-计算机(数据采集与监控)，13-第二温度压力传感器，14-第三温度压力传感器，15-第二管道；16-储热室外壁，17-保温材料，18-储热室内壁，19-金属管道，20-支撑架，21-进气管，22-出气管，23-储热室门。

具体实施方式

[0022] 为了更好地理解本装置，下面将结合附图对本装置作进一步地详细描述。

[0023] 如图1所示，储热器充热、放热过程的测试与评价装置，它包括第一管道1、空气压缩机2、空气干燥过滤器3、空气预热器4、空气加热器5、电控流量调节阀6、第一流量指示器7、第二流量指示器9、空气冷凝器10、第一温度压力传感器11、计算机12、第二温度压力传感器13、第三温度压力传感器14、第二管道15；空气压缩机2的输出端与第一管道1的一端相连通，第一管道1的另一端与储热器8的进气管相连通，第一管道1上从与空气压缩机相连的一端开始依次设有空气干燥过滤器3、空气预热器4、空气加热器5、电控流量调节阀
6、第一流量指示器7；第二管道15的一端与储热器8的出气管相连通，第二管道15上从与储热器8相连的一端开始依次设有第二流量指示器9、空气冷凝器10；储热器8的进气口处设有第一温度压力传感器11，储热器内设有第二温度压力传感器13，储热器8的出气口处设有第三温度压力传感器14；电控流量调节阀6、第一流量指示器7、第二流量指示器9、第一温度压力传感器11、第二温度压力传感器13、第三温度压力传感器14分别由导线与计算机12的信号输入端口相连。

[0024] 空气预热器4、空气加热器5，用于对空气进行加热，产生高温空气，通过控制空气预热器和空气加热器可以控制进入储热器空气的温度；电控流量调节阀6用于控制空气流量；第一流量指示器7、第二流量指示器9用于测量空气流量；空气冷凝器10用于对空气进行冷凝；温度、压力传感器11，用于记录充热、放热过程中储热器各部分的温度和压力；计算机12，用于控制电控流量调节阀6，并记录第一流量指示器7、第二流量指示器9及温度、压力传感器11的数据。经空气干燥过滤器3除去空气中含有的水份，以此避免水蒸气的引入而造成的腐蚀。

[0025] 充热过程：

[0026] 对储热器进行充热过程测试时，打开空气预热器4对进入的干燥空气进行预加热，打开空气加热器5对空气进行进一步加热，以此模拟太阳能热发电中产生的高温空气。

[0027] 高温空气进入待测试的储热器8后，开始与储热材料(或称蓄热材料)进行热交换(储热器充热)。空气的流速可由电控流量调节阀6控制，第一流量指示器7显示空气进入储热器之前的流速，第二流量指示器9显示空气由储热器出来时的流速。在储热器进气口、出气口及内部放置的温度压力传感器对各部位的温度、压力进行测量与记录。

[0028] 与储热器里的储热材料完成热交换后的空气最后经过空气冷凝器10冷凝之后释放到环境。

[0029] 放热过程：

[0030] 对储热器进行的放热过程测试直接在充热过程结束后进行，此时关闭空气预热器4和空气加热器5，让接近室温的空气直接进入储热器。

[0031] 空气进入待测试的储热器8后，与里面的储热材料(或称蓄热材料)进行热交换(储热器放热)。空气的流速由电控流量调节阀6控制，第一流量指示器7显示空气进入储热器之前的流速，第二流量指示器9显示空气由储热器出来时的流速。在储热器进气口、出气口及内部放置的温度压力传感器对各部位的温度、压力进行测量与记录。

[0032] 吸收热量后的空气经过空气冷凝器10冷凝之后释放到环境。

[0033] 充热、放热过程中，电控流量调节阀6由计算机12监控；各过程的时间(由计算机自动计时)，第一流量指示器7、第二流量指示器9、第一温度压力传感器11、第二温度压力传感器13、第三温度压力传感器14的数据也由计算机12采集。完成充热、放热过程之后，利用计算机12分别对两个过程中记录的时间、温度、压力、流量数据进行整理并计算相关指标数据。

[0034] 1)重复上述两步骤，反复开、关空气预热器4及空气加热器5即可反复进行储热器的充热、放热实验，由此测试储热器的耐久性。2)储热效率测试：在充、放热过程中，利用计算机对温度、压力传感器测量的数据进行采集，并根据热力学相关公式计算储热室单位体积内存储的热量；根据时间的记录，计算充、放热过程中空气与储热装置进行热交换的速率。3)安全性测试：通过反复的充热、放热实验，检查储热材料是否从盛装的金属管道中泄漏，检查整个储热室的密闭性，是否有热空气泄漏。4)评价：通过上述1)、2)、3)的测试结果，对整个装置的耐久性、储热效率及安全性进行整体评价，看是否达到储热装置的设计要求。

[0035] 如图2、图3、图4、图5所示，储热器，它包括储热室壳体、保温材料17、金属管道19、支撑架20、进气管21、出气管22、储热室门23；储热室壳体为长方形，储热室壳体由储热室外壁16和储热室内壁18组成，储热室外壁16和储热室内壁18采用耐高温的钢板制成，储热室外壁16与储热室内壁18之间围成密封的保温腔，保温腔内填充有保温材料17(减少热量损失)，储热室门23的一端与储热室外壁16铰接，储热室门23关闭时，储热室门23与储热室内壁18围成密封的储热空间；进气管21与出气管22非对称设置在储热室壳体上{进气管21位于储热室壳体的一侧，出气管22位于储热室壳体的另一侧，进气管21与出气管22位于不同的高度上(进气管与出气管在竖直高度方向上存在差异，能充分进行热交换)，非对称设置使蓄热装置内的气体与蓄热材料之间的热交换更加充分}，进气管21、出气管22分别与储热空间相通；储热空间内至少设有一层支撑架20(图4中为6层，层数根据需要确定)，支撑架20与储热室内壁18固定连接，支撑架20上放置有金属管道19，金属管道19采用耐高温耐腐蚀合金钢(如：1Cr18Ni9Ti或GH3044合金钢；因为金属的热传导率高，从而提高了储热室内的热交换效率)，金属管道19为U型(可以减少封装次数)，金属管道19内封装有蓄热材料(粉末状)；储热空间内的传热介质为气体(空气、氮气等气体)。

[0036] 气体的热传导性虽然不好，但是它的工作范围大，操作简单、无毒性，不仅能和蒸汽驱动的汽轮机，还可以直接利用高温空气驱动燃气轮机，效率更高。

[0037] 保温材料17可以采用硅酸铝耐火纤维或硅酸铝耐火纤维与矿渣棉板组合保温材料。

[0038] 蓄热材料(或称储热材料)可以采用金属、合金、熔融盐或Na2CO3/MgO复合相变材料等，如：铝合金材料，包括Al-Cu、Al-Mg、Al-Si系合金；分别为含Cu20％～61％的Al-Cu合金(Cu的质量百分含量为20％～61％)，含Mg16％～55％的Al-Mg合金、含Si3％～26％的Al-Si合金，以及Al-x％Si-y％Cu(6＜x＜27，y＜5)、Al-x％Cu-y％Mg(35＜x＜50，10＜y＜35)、Al-x％Si-y％Mg(x＜20，y＜40)三元合金。

[0039] 以铝合金作为相变蓄热材料为例，使用时，先将铝合金粉末装入金属管道内，再进行封装，注意不能完全装满，因为蓄热材料熔化时会发生一定的热膨胀。然后打开储热室门即可将金属管道放入储热空间(储热室内)固定，最后关上储热室门。

[0040] 太阳能蓄热装置蓄热时，将经过太阳能加热的高温空气从进气管导入储热空间，通过高温空气加热金属管道内的蓄热材料，当铝合金熔化前将以显热的方式储热，当温度达到其熔点时铝合金开始熔化并以相变潜热的方式存储热量。由于金属具有很大的储能密度，因此整个装置内可以存储大量热能，而且金属导热系数大，在熔化和凝固的过程中具有较快的传热效率。高温空气具有很小的密度，当它进入储热空间后有上浮的趋势，因此需要依靠储热空间的压力将其赶出，从而与层层蓄热材料充分接触，增加了空气与蓄热材料之间的热交换，提高了装置的效率。当太阳能减弱或者需要利用热能时，通过出气管输入冷空气进入储热室，由于蓄热材料处于高温熔融状态，因此蓄热材料将通过热交换放出相变潜热加热空气从而使热能得以释放和利用，当液态相变蓄热材料冷却至相变温度时，液态相变蓄热材料结晶成为固态，同时放出相变潜热。并且相变蓄热材料的这种蓄-放热过程可循环利用千次以上。