本發(fā)明屬于儲(chǔ)熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種以陶瓷為儲(chǔ)熱材料的高溫儲(chǔ)熱裝置及儲(chǔ)熱方法。
背景技術(shù)：
能源問(wèn)題一直以來(lái)是困擾我國(guó)乃至全世界的重大難題，化石能源經(jīng)過(guò)多年的采集和使用，已經(jīng)日漸枯竭，地球的生態(tài)環(huán)境也不堪重負(fù)，因此我們迫切需要找到新型的能源以替代化石燃料。于是可再生能源概念應(yīng)運(yùn)而生，主要是指太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能和潮汐能等，而其中又以太陽(yáng)能為主。太陽(yáng)能具有資源量大，分布范圍廣，清潔無(wú)污染，技術(shù)可靠等優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)日益成為我國(guó)乃至國(guó)際可再生能源技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，全國(guó)總面積2/3以上的地區(qū)年日照時(shí)長(zhǎng)大2000小時(shí)以上，我國(guó)太陽(yáng)能資源的年理論儲(chǔ)量可達(dá)17000億噸煤。
自20世紀(jì)80年代以來(lái)，美國(guó)、法國(guó)、西班牙、以色列、澳大利亞等國(guó)相繼建立起不同類型的試驗(yàn)示范裝置和商業(yè)化聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電站（Concentrating solar power ,CSP）,促進(jìn)了CSP技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化進(jìn)程。儲(chǔ)熱系統(tǒng)在CSP系統(tǒng)中起到很大作用。儲(chǔ)熱系統(tǒng)能夠在電力調(diào)峰和工業(yè)級(jí)民用節(jié)能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)能量在時(shí)間和空間上的大容量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移，可以補(bǔ)償太陽(yáng)能在陰雨天氣或晚上出現(xiàn)的間歇性缺點(diǎn)。
目前，CSP儲(chǔ)熱系統(tǒng)中主要有三類高溫儲(chǔ)熱材料，分別為熔鹽、相變合金、高溫混凝土，這三種材料均存在很多不足：其中熔鹽儲(chǔ)熱盡管溫度極限為600℃，但是其凝固點(diǎn)太高，在130℃至230℃之間，造成了整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)成本的上升，且腐蝕性很強(qiáng)，罐體必須采用高品質(zhì)合金，進(jìn)一步增加了成本，而且如果不甚將若熔鹽泄露，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。相變合金技術(shù)還不夠完善，成本居高不下，且儲(chǔ)熱能量會(huì)逐年衰減，弊端較多。高溫混凝土盡管價(jià)格便宜，但換熱效率不高，高溫下混凝土使用不穩(wěn)定，容易開(kāi)裂。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種以陶瓷為儲(chǔ)熱材料的高溫儲(chǔ)熱裝置及儲(chǔ)熱方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的儲(chǔ)熱系統(tǒng)不完善的問(wèn)題。
本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
一種以陶瓷為儲(chǔ)熱材料的高溫儲(chǔ)熱裝置，其特征在于：包括罐體，所述罐體內(nèi)設(shè)有盤管式換熱器，所述罐體與盤管換熱器之間填充有陶瓷球，所述陶瓷球內(nèi)包裹有鋁絲，所述罐體內(nèi)還填充有鋁，所述罐體外面套有保溫層，所述保溫層包括第一抗熱傳導(dǎo)保溫層、抗熱輻射保溫層、第二抗熱傳導(dǎo)保溫層、物理保護(hù)層，所述抗熱輻射保溫層位于第一抗熱傳導(dǎo)保溫層、第二抗熱傳導(dǎo)保溫層之間，所述物理保護(hù)層位于第二抗熱傳導(dǎo)保溫層的外面。
所述陶瓷球的密度為3600 Kg/m3，比熱容為850J/(Kg·K)，導(dǎo)熱系數(shù)為41.6W/(m·K)。
所述第一抗熱傳導(dǎo)保溫層、第二抗熱傳導(dǎo)保溫層均為巖棉，所述抗熱輻射保溫層為氧化鋁薄膜，所述物理保護(hù)層為不銹鋼外殼。
所述盤管式換熱器的管間距為300mm。
一種以陶瓷為儲(chǔ)熱材料的高溫儲(chǔ)熱方法，其特征在于：包括以下步驟：
第一步，首先將氧化鋁粉末及添加劑混合，再加入水進(jìn)行攪拌；
第二步，然后將絲狀鋁加入第一步中的混合物攪拌混合（鋁與混合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1:9），一起倒入模具中，擠出成型，并通過(guò)旋切工藝成球狀，其中含有從球體中間穿過(guò)的鋁絲；
第三步，然后通過(guò)工業(yè)隧道窯，燒制成夾有鋁絲的陶瓷球，制成陶瓷球的密度為3600 Kg/m3，比熱容為850J/(Kg·K)，導(dǎo)熱系數(shù)為41.6W/(m·K)；
第四步，將儲(chǔ)熱罐內(nèi)布置好盤管式換熱器，再放入陶瓷球；
第五步，然后將融化的鋁水澆注到罐體內(nèi)；
第六步，然后將儲(chǔ)熱罐密封，在儲(chǔ)熱罐的外面加裝保溫層。
所述添加劑為CaCO3、MgO、TiO2、BaCO3 的混合物。
所述保溫層包括第一抗熱傳導(dǎo)保溫層、抗熱輻射保溫層、第二抗熱傳導(dǎo)保溫層、物理保護(hù)層，所述抗熱輻射保溫層位于第一抗熱傳導(dǎo)保溫層、第二抗熱傳導(dǎo)保溫層之間，所述物理保護(hù)層位于第二抗熱傳導(dǎo)保溫層的外面。
所述第一抗熱傳導(dǎo)保溫層、第二抗熱傳導(dǎo)保溫層均為巖棉，所述抗熱輻射保溫層為氧化鋁薄膜，所述物理保護(hù)層為不銹鋼外殼。
本發(fā)明的有益效果為：
1本技術(shù)方案以陶瓷為基材，鋁作為導(dǎo)熱和連接材料，從而實(shí)現(xiàn)高溫導(dǎo)熱功能，陶瓷球的密度為3600 Kg/m3，比熱容為850J/(Kg·K)，導(dǎo)熱系數(shù)為41.6W/(m·K)，其導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于熔鹽和混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)0.5-2W/(m·K)。
2另外鋁作為優(yōu)良的導(dǎo)熱材料，在常用金屬中，其導(dǎo)熱系數(shù)僅次于銅和銀，λ=236W/(m·K)，將鋁注入裝有陶瓷球并布好換熱器的罐體內(nèi)，整體的換熱效率會(huì)有很大提高，鋁的耐腐蝕性很好，可以避免使用熔鹽儲(chǔ)熱體系中的高品質(zhì)合金罐體，節(jié)約成本，鋁和陶瓷的熱性能和力性能穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)混凝土和相變合金的損壞和性能衰減。
3整體技術(shù)方案為固態(tài)顯熱儲(chǔ)熱，一次澆筑成型，施工簡(jiǎn)單，沒(méi)有安全隱患，長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看也不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，由于罐體溫度在600℃，所以在罐體外加裝保溫層，實(shí)際中應(yīng)根據(jù)罐體溫度對(duì)保溫層的厚度進(jìn)行計(jì)算，罐體溫度越高，保溫層的厚度則越大，保溫層中的抗熱輻射保溫層為氧化鋁薄膜，紅外熱輻射反射率在90%以上，物理保護(hù)層為不銹鋼外殼，對(duì)罐體及保溫層進(jìn)行保護(hù)，避免外力的損壞。
4盤管式換熱器的管間距為300mm，管間距的確定是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的仿真模擬計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以有效地減少相鄰兩管間的熱干擾，并達(dá)到最佳傳熱效率。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1-罐體，2-盤管換熱器，3-陶瓷球，4-鋁絲，5-鋁，6-第一抗熱傳導(dǎo)保溫層，7-抗熱輻射保溫層，8-第二抗熱傳導(dǎo)保溫層，9-物理保護(hù)層，10-保溫層。
具體實(shí)施方式
一種以陶瓷為儲(chǔ)熱材料的高溫儲(chǔ)熱裝置，包括罐體1，罐體1內(nèi)設(shè)有盤管式換熱器2，罐體1與盤管換熱器2之間填充有陶瓷球3，陶瓷球3內(nèi)包裹有鋁絲4，罐體1內(nèi)還填充有鋁，罐體1外面套有保溫層10，保溫層10包括第一抗熱傳導(dǎo)保溫層6、抗熱輻射保溫層7、第二抗熱傳導(dǎo)保溫層8、物理保護(hù)層9，抗熱輻射保溫層7位于第一抗熱傳導(dǎo)保溫層6、第二抗熱傳導(dǎo)保溫層8之間，物理保護(hù)層9位于第二抗熱傳導(dǎo)保溫層8的外面。
陶瓷球的密度為3600 Kg/m3，比熱容為850J/(Kg·K)，導(dǎo)熱系數(shù)為41.6W/(m·K)。
第一抗熱傳導(dǎo)保溫層6、第二抗熱傳導(dǎo)保溫層8均為巖棉，抗熱輻射保溫層7為氧化鋁薄膜，物理保護(hù)層9為不銹鋼外殼。
盤管式換熱器2的管間距為300mm。
一種以陶瓷為儲(chǔ)熱材料的高溫儲(chǔ)熱方法，其特征在于：包括以下步驟：
第一步，首先將氧化鋁粉末及添加劑混合，再加入水進(jìn)行攪拌；
第二步，然后將絲狀鋁加入第一步中的混合物攪拌混合（鋁與混合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1:9），一起倒入模具中，擠出成型，并通過(guò)旋切工藝成球狀，其中含有從球體中間穿過(guò)的鋁絲；
第三步，然后通過(guò)工業(yè)隧道窯，燒制成夾有鋁絲的陶瓷球，制成陶瓷球的密度為3600 Kg/m3，比熱容為850J/(Kg·K)，導(dǎo)熱系數(shù)為41.6W/(m·K)；
第四步，將儲(chǔ)熱罐內(nèi)布置好盤管式換熱器，再放入陶瓷球；
第五步，然后將融化的鋁水澆注到罐體內(nèi)；
第六步，然后將儲(chǔ)熱罐密封，在儲(chǔ)熱罐的外面加裝保溫層。
添加劑為CaCO3、MgO、TiO2、BaCO3 的混合物。
保溫層包括第一抗熱傳導(dǎo)保溫層、抗熱輻射保溫層、第二抗熱傳導(dǎo)保溫層、物理保護(hù)層，抗熱輻射保溫層位于第一抗熱傳導(dǎo)保溫層、第二抗熱傳導(dǎo)保溫層之間，物理保護(hù)層位于第二抗熱傳導(dǎo)保溫層的外面。
第一抗熱傳導(dǎo)保溫層、第二抗熱傳導(dǎo)保溫層均為巖棉，抗熱輻射保溫層為氧化鋁薄膜，物理保護(hù)層為不銹鋼外殼。
以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍，凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。