用于太阳能蒸汽发生的蓄热装置及相关的系统和方法制造方法及图纸

公开了适用于存储太阳能的蓄热装置，以及相关联的系统和方法。具有代表性的系统包括存储壳体，其包含工作流体。工作流体进液管与存储壳体耦接。多个混凝土板被设置在壳体内，相邻的混凝土板至少部分形成单独的流道。工作流体出液管与壳体耦接。控制器维持流道内的工作流体的显著层流。在一些实施方式中，工作流体可以是具有沸点为300℃或者更高的热油。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于太阳能蒸汽发生的蓄热装置及相关的系统和方法相关申请交叉引用本申请要求2014年10月23日提交的申请号为62/067,806的美国临时申请的优先权，在此通过引用被全文并入。
本技术总体上涉及用于储存由太阳能聚光器产生的能量的技术，包括用于经济的、稳定的蓄热的方法和装置，以及相关的系统。
技术介绍
随着化石燃料变得越来越稀少，能源产业已经研发出了更加精良的技术，用于开采先前由于难度大或成本高而无法开采的燃料。其中一项技术包括将将蒸汽注入含油层中以释放石油。例如，蒸汽可以被注入油井和/或油井的周围，蒸汽的高温加热邻近的岩层以及岩层中的石油，从而降低石油的粘度，使得石油更容易流动至油田的表面。为了让石油开采更加经济，蒸汽可以通过太阳能产生，例如，使用带有聚光器(例如反射镜)的太阳能发电系统将太阳能引导至接收器(例如包含工作流体的管道)。聚光器将太阳能从相对大的区域(例如反射镜被日射的区域)聚集到接收器上相对小的区域(例如管道的轴向横截面区域)，从而在接收器上产生相对高的能量通量。因此，当工作流体流经经受高能量通量的接收器时发生了相变(例如从水变为蒸汽)。一般地，需要稳定的蒸汽供应以确保油田能够稳定产出石油。但是，通过太阳能聚光器的蒸汽的产量是太阳日射量的函数，而太阳日射量本质上是周期性变化的(例如，白天/夜晚、晴天/阴天、冬季/夏季等等)，因此，在某些领域的应用中，太阳能发电系统包括太阳能蓄热装置，当日射量高的时候能够储存过剩的能量，并在日射量低或消失时释放能量。下面将描述这样的系统的一种示例。图1是现有技术中用于产生蒸汽的系统的示意图。在所示的系统中，太阳13向曲面聚光器(例如反射镜)11发射太阳辐射14，其具有对应于接收器12的位置的线聚焦。因此，太阳辐射14从相对大的曲面聚光器11聚集到接收器12上相对小的区域。当水W流经接收器12时，高度聚集的太阳能导致水从水W到蒸汽S的相变。蒸汽的第一部分(S1)被引导至油井18或其周围，并且蒸汽的第二部分(S2)被引导至热交换器15。阀门V保持蒸汽S1和蒸汽S2的流动之间的适当的平衡，例如，当蒸汽产量相对较低时，阀门V可以被完全关闭，并且所有可用的蒸汽被引导至油井18。当有过剩的蒸汽可用时(例如，在高日射量的期间)，蒸汽的第二部分S2进入热交换器15，并与工作流体WF交换热能E，其中工作流体WF可以是，例如，蒸汽或热油，之后返回至接收器12的入口。根据在热交换器15中的热能E的交换情况，蒸汽的第二部分S2的温度可能仍然高于水W的温度，从而减少水W所需的用于相变为蒸汽的太阳能的量。正如前文所述，当日射量相对较高时，蒸汽的第二部分(S2)的温度足够高，能够在热交换器15中将热能传递给工作流体WF。之后工作流体WF再将热能传递至蓄热单元16。相反，当日射量相对较低时，蒸汽的第二部分(S2)的温度也相对低，在热交换器15中蒸汽的第二部分(S2)接收来自工作流体WF传递来的热能。总之，当日射量相对较高时被储存在蓄热装置16中的热能在日射量相对较低时被传递回蒸汽。这种热能到蓄热装置16以及来自蓄热装置16的传递促使在油井18处的蒸汽的第一部分S1的更加均匀的流动。下面将描述现有技术中的蓄热装置的一些示例。图2示出了根据现有技术的蓄热装置的部分20。在蓄热装置(例如，图1中的蓄热装置16)的部分20中，混凝土砌块22包围管道21。当工作流体WF的温度相对较高时，流经管道21的工作流体WF的流动加热相邻的混凝土砌块22。这部分热循环一般发生在日射量高的时期。相反，当日射量较低时，混凝土砌块22加热工作流体WF，然后工作流体WF再将热能传递回在热交换器15(图1)中的水/蒸汽。因此，蓄热装置16能够回收一些由于日射量的周期循环可能会被浪费掉的热能。但是，所示的系统有一些缺陷。例如，管道21相对昂贵，使得整个蓄热装置16较昂贵。由于管道21的相对密集的分布，蓄热装置16中包含的工作流体WF的量可以是相对较多的，从而进一步增加了蓄热装置16的成本；此外，管道21和混凝土砌块22之间的连接处的热传递的速率低，导致蓄热过程的效率下降。图3是根据现有技术的另一种蓄热装置30的局部截面示意图。第一工作流体WF1(例如蒸汽或油)流经管道系统33并与蓄热装置30中包含的第二工作流体WF2(例如油)交换热能。在高日射量时期，第二工作流体WF2能够被第一工作流体WF1加热，并且在低日射量时期，第一工作流体WF1能够被第二工作流体WF2加热。一般地，由于第二工作流体WF2拥有相对较高的热容量和沸点，因此能够在不受压的条件下吸收相对较大量的热。因为第二工作流体WF2通常价格较高，相对便宜的混凝土板31可以被插入到蓄热装置30中以降低蓄热装置30中所需的第二工作流体WF2的体积。为了提高热传递到混凝土板31/从混凝土板31传递热，泵32使得第二工作流体WF2在蓄热装置30中循环。但是，混凝土板31周围的第二工作流体WF2的流动仍可以显著变化，导致在加热或冷却混凝土板31时的热非均匀性，从而降低了整个系统的热容量。不仅如此，泵32是整个系统中潜在的故障点。因此，需要一种便宜的且热效率高的蓄热装置以促进太阳热量的储存和回收。附图说明图1为根据现有技术的用于产生蒸汽的系统的示意图；图2示出了根据现有技术的蓄热装置的部分；图3为根据现有技术的蓄热装置的局部截面示意图；图4A至图4C为根据当前所公开的技术的实施方式的蓄热装置的局部截面示意图；图5A和图5B为根据当前所公开的技术的实施方式的蓄热装置的板的布置的局部示意图；图6A至图6C为根据当前所公开的技术的实施方式的制造蓄热装置的模具的示意图；图7A和图7B为根据当前所公开的技术的实施方式的用于制造蓄热装置的牺牲板的局部等距示意图；图8A和图8B为根据当前所公开的技术的实施方式的蓄热装置的局部等距示意图；图9示意性地示出了根据当前所公开的技术的实施方式的蓄热装置的布置。具体实施例1.0介绍下文将描述代表性的蓄热技术、相关联的系统、以及制造和使用的方法的若干实施方式的具体细节。蓄热技术能够与太阳能系统配合使用在油田、发电、住宅或工业加热等领域中。本专利技术的实施方式能够被用于在，例如，高日射量期间，储存过剩的热能，并在，例如，低日射能量期间，补充蒸汽产量。本领域的技术人员也应该理解本技术可能包含其他实施方式，并且本技术可以在不具备下文结合图4A至图9所描述的实施方式的若干细节的情况下实施。简而言之，在此公开了储存热能(热量)的方法和系统。公开的方法和系统能够获得成本效益和热能的稳定的存储和回收。与前文所述的传统的蓄热装置相反，本技术使用相互紧密间隔的薄构件(例如，薄板)。相较于较厚的板，相对薄的构件(例如，薄混凝土板)在厚度方向上具有更加均匀的温度分布。因此，每单位质量的薄板能够储存更多的热量，且板的整个横截面处于或接近于等温状态。因为这样的板可以比用相同材料制成的厚板更快建立最终温度梯度，因此这样的板能够更加快速地储存和释放热量。另外，相对薄而紧密间隔的板具有相对大的区域用于热交换，导致更快的热量储存或释放过程。不仅如此，本公开的方法和系统控制工作流体(例如，热油)的流动，使之处于大体上层流态，这样做是有好处的，因为层流态的压降比那些与湍流态相关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于储存太阳能的系统，包括：存储壳体；工作流体进液管，其与所述存储壳体耦接；多个混凝土板，其被设置于所述壳体中，其中相邻的板至少部分形成单独的流道；工作流体出液管，其与所述壳体耦接；以及控制器，其引导工作流体以层流流速在所述流道中流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.23 US 62/067,8061.一种用于储存太阳能的系统，包括：存储壳体；工作流体进液管，其与所述存储壳体耦接；多个混凝土板，其被设置于所述壳体中，其中相邻的板至少部分形成单独的流道；工作流体出液管，其与所述壳体耦接；以及控制器，其引导工作流体以层流流速在所述流道中流动。2.根据权利要求1所述的系统，还包括所述工作流体。3.根据权利要求1所述的系统，其中单个流道的宽度在相邻的板之间是大体上均匀的。4.根据权利要求1所述的系统，其中单独的流道具有大体上的矩形的横截面。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述多个板包括：第一板，其具有与所述工作流体接触的第一表面，以及与所述第一板相邻的第二板，所述第二板具有面向所述第一板的所述第一表面的第二表面，其中所述第一表面和所述第二表面通过多个混凝土连接被相互连接。6.根据权利要求1所述的系统，其中单个流道的宽度为1-2mm。7.根据权利要求1所述的系统，其中单个板的厚度为10-30mm。8.根据权利要求1所述的系统，其中流经单个流道的所述流动的雷诺数小于2000。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述工作流体为沸点至少为300℃的油。10.根据权利要求1所述的系统，还包括：进液歧管，其与所述进液管流体连通，其中所述进液歧管的流动面积大于所述进液管的流动面积，并且其中所述进液歧管具有第一多个开孔，其被设置以在所述壳体中分配所述工作流体；以及出液歧管，其与所述出液管流体连通，其中所述出液歧管的流动面积大于所述出液管的流动面积，并且其中所述出液歧管具有第二多个开孔，其被设置以引导所述工作流体进入所述出液歧管并进入出液管。11.根据权利要求1所述的系统，其中所述存储壳体为第一存储壳体，所述系统进一步包括第二存储壳体，其与所述第一存储壳体串联的流体连通，其中所述第一存储壳体内的所述板的布置与所述第二存储壳体内的所述板的布置大体上类似。12.根据权利要求1所述的系统，其中所述存储壳体为第一存储壳体，所述系统进一步包括第二存储壳体，其与所述第一存储壳体并联的流体连通，其中所述第一存储壳体内的所述板的布置与所述第二存储壳体内的所述板的布置大体上类似。13.根据权利要求1所述的系统，其中至少一个混凝土板包括裂缝，所述裂缝从所述至少一个混凝土板的第一侧边缘延伸至第二侧边缘。14.一种用于储存太阳能的方法，包括：引导工作流体通过进液管进入存储壳体；引导所述工作流体经过所述存储壳体内的多个流道，所述流道至少部分以相邻的混凝土板为边界；从所述工作流体传递热量至所述混凝土板；以及引导所述工作流体经过出液管流出所述存储壳体；其中流经所述多个流道的所述工作流体的流动是层状的。15.根据权利要求14所述的方法，还包括：引导所述工作流体流经进液歧管，所述进液歧管与所述进液管流体连通，其中所述进液歧管具有第一多个开孔，其被设置以引导所述工作流体流出所述进液歧管，并且其中所述进液歧管内的所述工作流体受到大体上...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·塞特尔·奥唐纳，彼得·埃梅里·冯贝赫伦斯，
申请(专利权)人：玻点太阳能有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US