本发明涉及一种热交换设备， 尤其涉及一种相变温度梯度蓄热装置及采用 了该种相变温度梯度蓄热装置的太阳能热利用 系统以及该系统的运行方式。 背景技术

在众多新能源中， 太阳能因具有储量近乎无限、 分布广泛、 能源清洁等独 特的优势而日益受到世界各国的关注。但是， 太阳能能量密度较低， 且受季节、 气候、 地理环境及昼夜交替等多种因素的影响， 具有较强的随机性、 间歇性和 不稳定性。 因此， 太阳能的利用一般需要进行蓄热， 将不稳定的能源经过蓄热 再稳定释放进行利用，通过太阳能热利用系统 把太阳热能变成一种可长期储存、 可持续稳定供给的热能。

太阳能蓄热技术主要有以下六项核心要求： ①高的蓄热密度； ②高的蓄热 效率； ③恒温放热； ④高的热量可用率（Exergy ) ; ⑤较小热胀冷缩量； ⑥蓄热 装置简单， 容易制造、 运行维护、 检修。

目前太阳能热利用系统中常用的蓄热装置是传 统的蓄热罐一一一种没有温 度梯度的显热蓄热装置， 这种蓄热装置的蓄热方式是利用熔盐的显热蓄 热， 如 图 5所示， 利用熔盐显热蓄热的太阳能热利用系统工作原 理如下： 冷盐罐中存 有低温的液态熔盐， 低温熔盐经过冷盐泵加压输送到太阳能熔盐加 热器， 经过 加热后的熔盐存储在热盐罐中； 高温熔盐经过泵加压输送到蒸汽发生系统， 加 热给水， 产生的蒸汽推动汽轮机工作， 而释放完热量的低温液态熔盐则回到低 温熔盐罐中， 就此完成了熔盐吸热-放热的全过程。

这种传统的蓄热装置有以下缺点： 1 )因为熔盐既是蓄热介质也是传热介质， 而传热介质只能是液体， 故不能 利用熔盐的固液相变潜热来蓄热， 而只能利用熔盐的显热来蓄热， 因此使得蓄 热密度不够大， 即不能满足蓄热技术的①项要求；

2 )因为蓄热密度不够大，导致总的熔盐耗量较� �，从而使蓄热罐设备庞大， 因此不能满足蓄热技术的⑤⑥项要求。

因采用这种显热蓄热装置的太阳能热利用系统 有以下缺点：

1 )熔盐相关辅助设备较多。熔盐罐、熔盐换热� �、熔盐泵等设备制造难度 大， 提高了制造成本、 运行成本、 工程成本。

2) 对配件要求高。 熔盐的特性导致需要采用特殊的仪器、 仪表、 阀门等。

3)系统安全性较低。整个系统中熔盐不允许� ��固， 为了保证熔盐不凝固又 需要增添一些辅助设备和辅助系统， 提高了控制难度。

因此， 人们又相继研发出三种目前较先进的蓄热装置 ： 1 )没有温度梯度的 潜热蓄热装置， 它在①②③⑤⑥项有优势， 但在④项上劣势明显； 2 )有温度梯 度的显热蓄热装置， 它在③④项有优势， 但在①②⑤⑥项上劣势明显； 3)有温 度梯度的潜热蓄热装置， 即相变蓄热， 它在①②③④项有优势， 但在⑤⑥项上 劣势明显。 因此， 上述三种目前较先进的蓄热装置还不能同时兼 顾蓄热技术的 六项核心要求， 因此很难利用它们来改造传统的太阳能热利用 系统。

相变蓄热， 可以利用水作为传热介质， 利用熔盐作为蓄热介质， 有效的转 化并储存太阳能。 利用了蓄热介质固液转换的相变蓄热， 如果将蓄热温度范围 设定到蓄热介质熔点以上， 虽然无法利用蓄热介质相变蓄热， 但是同样能在蓄 热过程中具备温度梯度， 实现高热量可用率和稳定的取热温度。

但是， 仅仅将上述具备温度梯度的蓄热装置结合到太 阳能热利用系统中的 话， 放热过程取热做功为单循环， 水从蓄热装置取热后转化为高温高压蒸汽， 做功后蒸汽直接进入冷凝器。由于取热后的蒸 汽温度-压力高，导致从高压缸出 来的过热蒸汽依然具备较高的热量和压力， 却没办法再次进入温度梯度相变蓄 热器取热， 变成可供中、 低压合缸利用的过热蒸汽， 从而使系统热能没有被最 大限度的利用， 因此系统效率还有进一歩提升的空间。 发明内容

本发明的目的在于克服现有蓄热装置及太阳能 热利用系统的上述缺陷， 提 出一种高蓄热密度、 高蓄热效率、 恒温放热、 高热量可用率（Exergy) , 又只有 较小热胀冷缩量、 结构简单、 容易制造的相变温度梯度蓄热装置。 同时也提出 了一种利用上述蓄热装置的太阳能热利用系统 及其运行方式， 把传统的利用熔 盐显热蓄热的太阳能热利用系统改造成新型的 利用蓄热介质潜热蓄热的太阳能 热利用系统， 从而显著降低了了太阳能热利用系统的建设、 运行成本， 提高了 系统的经济效益和安全性。

本发明的目的还在于针对现有太阳能热利用系 统取热做功后剩余热能没有 发挥作用，造成浪费的问题，提出一种能够再 次取热的再热太阳能热利用系统， 以及该系统的运行方式。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种相变蓄热装置， 包括若干串联的蓄热单元， 所述蓄热单元包括蓄热箱 及穿过蓄热箱的换热基管， 蓄热箱内装有可固液相变的蓄热介质， 换热基管内 流通有传热介质， 所述相邻蓄热单元的换热基管的进出口首尾串 联。 每个蓄热 单元均作为独立的个体相互串联， 可以根据实际蓄热需求进行增减蓄热单元的 数量。 蓄热箱内的上部具有满足蓄热介质热胀冷缩需 求的空间。 蓄热时， 各蓄 热单元按串联顺序依次蓄热，即传热介质在第 一个蓄热单元经过高效的热交换， 将热量转移至第一个蓄热单元的蓄热介质中， 而传热介质在到达第一个蓄热单 元的换热基管出口时热量完成交换， 基本不给后续蓄热单元蓄热。 而当第一个 蓄热单元蓄热介质温度上升、 蓄热能力不足时， 传热介质进入第二蓄热单元时 尚有残余热量， 此时第一蓄热单元继续蓄热直至达到蓄热上限 ， 而第二蓄热单 元蓄热开始。 当第一蓄热单元达到蓄热上限传， 热介质在第一个蓄热单元不发 生热交换， 继而给下一个蓄热单元蓄热。 按照上述过程， 串联的各蓄热单元依 次蓄热。 采用上述梯度蓄热， 使热量依次集中蓄热到部分蓄热介质中， 而不是 平分到所有蓄热介质中蓄热。 反之， 在逆向放热时， 也是将部分蓄热介质中热 量先释放， 能使传热介质持续获得更高的温度， 从而获得更高的热量可用率。 因此理论上设置更多的蓄热单元有利于提高热 量可用率。 本装置各蓄热单元结 构简单， 相互之间的串联结构可以根据实际需求增减蓄 热单元， 灵活可变， 维 护方便， 大大降低了相变蓄热装置的成本。 作为优选， 蓄热介质为熔盐。

作为优选， 所述蓄热单元具有多根并行换热基管， 相邻蓄热单元的换热基 管进出口之间通过中间联箱转接串联。 中间联箱起分流和汇集的作用， 使传热 介质的温度更均匀。 因此当蓄热箱内为单根换热基管， 不需要混流时， 可不设 置中间联箱结构。

作为优选， 两端蓄热单元的换热基管端部连接有进出口联 箱。 进出口联箱 跟中间联箱作用类似，起分流和汇集作用。因 此当蓄热箱内为单根换热基管时， 可不设置进出口联箱结构。

作为优选， 所述换热基管的进出口设于蓄热箱箱壁的上部 ， 换热基管的中 段位于蓄热箱底部并在管壁外设有换热翅片， 换热基管的进出口与中段之间通 过弯管转接。 中段换热基管可用无缝钢管作为换热基管， 再在换热基管外套悍 螺旋翅片组成， 增加螺旋翅片是为了增加换热面积， 提高换热效率。 中段换热 基管在箱内部分是直接放置在箱底而没入蓄热 介质里的， 这种接触而不固定的 连接关系， 主要是为了让箱底承受换热基管的重量， 但又不让钢材的热胀冷缩 破坏箱底和换热基管。换热基管的形状可以是 直管也可以是蛇形管，数量可以是 一根也可以是多根， 换热基管之间是水平紧密排列的。 换热基管进出口采用弯 管与中段连接， 使进出口设置在蓄热箱箱壁较高位置， 进出口管道底侧高于换 热翅片顶部 10mm以上， 防止蓄热介质溢出。

作为优选， 所述换热翅片承重地架设于蓄热箱箱底， 所述蓄热箱箱壁上缘 向下开设供换热基管进出口穿过的 U形槽。 U形槽高于换热翅片顶部 10mm以上， 防止蓄热介质溢出。 换热基管的弯管与箱壁 U形槽之间是不固定的连接关系， 主要是为了不让换热基管的热胀冷缩破坏箱壁 和换热基管。

作为优选， 蓄热箱顶部采用可翻盖的盖板封闭。

作为优选， 所述相变蓄热装置具有至少三个相互串联的蓄 热单元。 由若干 个相互隔热的蓄热箱通过中间联箱串联固定连 接起来， 多个蓄热箱是串联而不 是并联连接的结构， 是为了蓄热装置在蓄热或放热时使每个蓄热箱 中的温度不 一样， 而能按串联顺序依次形成温度梯度。 这样因多个蓄热箱串联而形成的具 有温度梯度的蓄热装置， 就保证了在放热时传热介质能以较高的温度 （注： 这 个温度越接近蓄热时传热介质进来时的温度， 说明蓄热装置的热量可用率 (Exergy) 越高） 从蓄热装置里出来， 从而提高了传热介质的热品质， 即提高 了热量可用率（Ex _erg y)。 并且， 蓄热装置中串联的蓄热箱数量越多， 其热量可 用率 （Exergy) 就越高， 放热温度就越稳定， 所以蓄热装置中串联的蓄热箱数 量可以是 3个或 3个以上。

作为优选， 各蓄热单元之间采用可拆换连接。 可以根据热能利用系统的蓄 热要求灵活变换蓄热单元的串联数量。

作为优选，各蓄热单元具有相互隔热的保温层 。保证各蓄热单元独立蓄热， 形成温度梯度， 提高热量可用率 （Exergy)。

本发明蓄热装置的优点在于： 1、选用能产生温度梯度的串联蓄热结构以提 高热量可用率（Exergy)并保证恒温放热； 2、 采用可动的非固定连接方式或预 留空间来防止热胀冷缩破坏蓄热装置； 3、在保证采用有温度梯度的潜热蓄热方 法的前提下， 采用常规简单容易制造的结构， 降低了蓄热装置的成本； 4、 各蓄 热单元相对独立，相互串联，可灵活增减调节 蓄热单元数量满足不同蓄热需求。

一种采用了上述相变蓄热装置的太阳能热利用 系统， 包括回水箱， 回水箱 通过回水循环泵连接汽包， 汽包出水口经强制循环泵连接太阳能蒸发加热 器、 并回流至汽包形成蒸发循环， 汽包出汽口连接太阳能过热加热器继而连接至 相 变蓄热装置蓄热进口， 相变蓄热装置蓄热出口连接回水箱， 所述相变蓄热装置 至少并联设置两个； 相变蓄热装置蓄热出口还作为放热进口连接有 给水管， 相 变蓄热装置蓄热进口还作为放热出口连接有出 汽管； 所述相变蓄热装置蓄热进 口和蓄热出口处设有切换蓄热-放热的阀门。� �包中的水利用输水管道经过太阳 能蒸发加热器加热， 产生的汽水混合物再回到汽包， 汽包出汽进入太阳能过热 加热器进一歩加热形成高温蒸汽进入相变蓄热 装置， 蓄热完成后重新变为液相 回流至回水箱，整个系统利用水的液-汽相变� �热传递更多热量，再利用相变蓄 热装置的固-液相变蓄热，大大提高了太阳能� �利用效率。随着光照强度的不同， 调节流量， 使得循环倍率保持相对稳定， 保证太阳能蒸发加热器的安全运行。 根据蓄热装置蒸汽进口母管的参数要求及光照 强度调节汽包出汽量， 并同时随 着汽包液位、 压力的变化， 调节进水量。 系统至少包括两个蓄热装置， 汽包中 的蒸汽到蓄热装置， 放热后形成凝结水到回水箱。 当其中一个蓄热装置储热完 毕， 则切换到另一蓄热装置进行储热。 此时， 可以根据需要对储热完毕的蓄热 装置进行热利用， 给水管将经过水处理的软水输送到储热完毕的 蓄热装置， 加 热后即可得到需要的蒸汽从出汽口送出。 每个蓄热装置在蓄热和放热这两个状 态间切换运行。多个蓄热装置可以交替进行蓄 热和放热，保证热能的持续供应。

上述太阳能热利用系统的运行方式， 蓄热过程为： 汽包中的水经过强制循 环泵进入太阳能蒸发加热器， 产生的汽水混合物再回到汽包， 汽包出汽进入太 阳能过热加热器进一歩加热后送到其中一个蓄 热装置， 热交换后形成凝结水到 回水箱， 当一个蓄热装置储热完毕， 则切换到另外的蓄热装置进行储热， 根据 回水箱的液位、 压力以及汽包液位、 压力的情况控制回水循环泵的循环水量给 汽包补充循环水； 放热过程为： 给水管将经过水处理的软水输送到储热完毕的 蓄热装置， 在蓄热装置中完成蒸发、 过热的全过程， 从出汽管获得需求参数的 蒸汽。

上述太阳能热利用系统优势在于： 1、 热量可用率（Exergy)高， 较少的换 热次数， 且采用温度梯度蓄热的方式， 使得全系统的热量可用率 （Exergy) 损 失较小。 2、 减少了预热器、 蒸发器、 过热器等中间热交换设备， 因此减少了热 损失和成本， 同时降低了泵、阀门和管道的设计要求，提高 了系统的稳定性。3、 因为熔盐不再作为传热介质而只作为蓄热介质 ， 故熔盐不再需要流动， 解决了 熔盐长距离输送易凝固的问题， 提高了系统的大规模应用的可能性。 4、利用蓄 热介质的相变潜热进行蓄热， 相对原本只利用液态熔盐显热蓄热的系统， 该系 统不但可以利用相变潜热， 还可以利用固态、 液态蓄热介质的显热， 拓宽了蓄 热的温度范围，提高了蓄热介质的蓄热密度， 大幅减少了需要的蓄热介质的量。

5、利用水代替熔盐作为传热介质， 也减少了需要的蓄热介质的量， 利用水的相 变提高了传热能力。 6、 蓄热装置非现场制造， 降低了现场施工的难度。

另一种采用相变蓄热装置的太阳能热利用系统 ，包括蓄热循环和放热循环， 蓄热循环回路包括水箱， 水箱通过回水循环泵连接汽包， 汽包出水口经强制循 环泵连接太阳能蒸发加热器、 并回流至汽包形成蒸发循环， 汽包出汽口连接太 阳能过热加热器继而连接蓄热装置蓄热进口， 蓄热装置蓄热出口连接至水箱回 流， 所述蓄热装置至少并联设置两组， 单组蓄热装置包括过热蓄热器、 再热蓄 热器和蒸发蓄热器， 过热蓄热器和再热蓄热器并联后与蒸发蓄热器 串联， 过热 蓄热器和再热蓄热器位于蓄热进口一侧， 蒸发蓄热器位于蓄热出口一侧；

完成蓄热后的蓄热装置参与放热循环， 放热循环沿循环方向依次串联凝汽 器、 凝结水泵、 低压加热器、 除氧器， 给水泵、 高压加热器、 蒸发蓄热器、 过 热蓄热器、 高压缸、 再热蓄热器、 中低压合缸、 然后回流至凝汽器；

蓄热装置中的过热蓄热器、 再热蓄热器和蒸发蓄热器在蓄热循环和放热循 环中进出口方向相反。

在过热蓄热器和再热蓄热器中的熔盐是液态熔 盐， 不发生相变， 蒸发蓄热 器中的熔盐在蓄热或放热过程中固液相变， 相应的在过热蓄热器和再热蓄热器 中传热介质也不发生相变， 蒸发蓄热器中传热介质发生汽液相变。

汽包中的水利用输水管道经过太阳能蒸发加热 器加热， 产生的汽水混合物 再回到汽包， 汽包出汽进入太阳能过热加热器进一歩加热形 成高温蒸汽进入蓄 热装置，蓄热完成后重新变为液相回流至回水 箱。系统至少包括两组蓄热装置， 当其中一组蓄热装置蓄热完毕， 则切换到另一蓄热装置进行蓄热。 此时， 可以 根据需要对蓄热完毕的蓄热装置进行热利用。 每组蓄热装置在蓄热和放热这两 个状态间切换运行。 多组蓄热装置可以交替进行蓄热和放热， 保证热能的持续 供应。 每组蓄热装置分为过热蓄热器、 再热蓄热器和蒸发蓄热器分别蓄热， 效 果如下： 1、 放热过程中过热蒸汽可以从过热蓄热器一次取 热对高压缸做功后， 再从再热蓄热器进行再热对中低压合缸进行二 次做功，提高了系统的热利用率;

2、 利用过热蓄热器、 再热蓄热器进行高温蓄热， 蒸发蓄热器进行低温蓄热， 将 整组蓄热装置的温度跨度分为两段， 能提高二次做功过程中热量利用率， 例如 整组蓄热装置蓄热前后温度变化区间为 180〜560°C，过热蓄热器和再热蓄热器 温度变化区间为 330〜560°C，蒸发蓄热器温度变化区间为 180〜330°C，而过热 蒸汽对高压缸做功后温度下降至 315°C， 无法从温度低于自身的蓄热介质中取 热，此时从再热蓄热器取热时，能使再热蓄热 器在设定的温度变化区间内运行， 完全利用蓄热过程储存的热量，如果直接从温 度跨度为 180〜560°C的蓄热器中 取热， 蓄热器储存的热量就无法完全利用， 造成能量利用率降低， 同时蒸发蓄 热器的运行温度低， 对材料和结构要求也较低， 能降低整组蓄热装置的运行成 本。

作为优选， 所述过热蓄热器、 再热蓄热器和蒸发蓄热器均为具有温度梯度 的蓄热器，分别分隔成依次串联的若干蓄热区 域。采用具有温度梯度的蓄热器， 能提高热利用率， 并保持稳定的取热温度。

作为优选， 所述蒸发蓄热器还并联有从过热蓄热器和再热 蓄热器出口直联 水箱的旁路。 蓄热过程中完成过热蓄热器和再热蓄热器换热 的过热蒸汽可以直 接从旁路回到水箱， 保证水箱中的水具有足够的初始温度， 保证整个蓄热循环 的正常运行。

作为优选， 蓄热循环和放热循环的传热介质为水， 蓄热介质为熔盐， 蓄热 进口的传热介质温度高于熔盐的熔点、 蓄热出口的传热介质温度低于熔盐的熔 点。 保证整组蓄热装置中， 或者是过热蓄热器和再热蓄热器， 或者是蒸发蓄热 器， 能利用熔盐的相变进行蓄热， 提高蓄热量。

作为优选， 所述过热蓄热器和再热蓄热器设有换热管， 换热管内流通传热 介质，换热管外为蓄热介质，过热蓄热器和再 热蓄热器换热管使用不锈钢材料。

作为优选， 所述蒸发蓄热器设有换热管， 换热管内流通传热介质， 换热管 外为蓄热介质， 蒸发蓄热器换热管使用碳钢材料。

上述太阳能热利用系统的运行方式， 其特征在于： 蓄热过程为： 水箱中水 经过回水循环泵加压后进入汽包， 和汽包中的循环水混合后再经强制循环泵加 压进入蒸发加热器加热成汽水混合物后回到汽 包进行汽水分离， 分离后的饱和 蒸汽进入过热加热器加热为过热蒸汽， 过热蒸汽进入其中一组蓄热装置， 先给 该蓄热装置的过热蓄热器和再热蓄热器蓄热后 降温， 降温后的过热蒸汽再给蒸 发蓄热器蓄热， 蓄热后凝结为热水回到水箱， 一组蓄热装置蓄热完成后切换另 一组蓄热装置进行蓄热；

完成蓄热后的其中一组蓄热装置进行放热循环 ， 放热过程为： 凝汽器中出 来的水， 经过凝结水泵、 低压加热器、 除氧器、 给水泵、 高压加热器处理后的 热水， 进入蒸发蓄热器取热,接着进入过热蓄热器再� �热形成高温高压过热蒸 汽， 进入高压缸做功后变为中压过热蒸汽且温度降 低， 中压过热蒸汽再进入再 热蓄热器取热升温形成中压高温过热蒸汽， 进入中低压合缸做功， 中低压合缸 做功后的蒸汽压力再次降低最后回到凝汽器。

在过热蓄热器和再热蓄热器中的熔盐是液态熔 盐， 不发生相变， 蒸发蓄热 器中的熔盐在蓄热或放热过程中固液相变， 相应的在过热蓄热器和再热蓄热器 中传热介质也不发生相变， 蒸发蓄热器中传热介质发生汽液相变。

作为优选， 蓄热过程中， 给过热蓄热器和再热蓄热器蓄热后降温的过热 蒸 汽其中一部分给蒸发蓄热器蓄热， 另一部分降温的过热蒸汽从旁路直接回到水 箱保持水箱中的初始水温。

作为优选， 蓄热过程和放热过程分别在不同组的蓄热装置 中同时进行。 上述的太阳能热利用系统优势在于： 1、放热过程中进行再热做功， 二次做 功完成后的蒸汽压力和温度低， 热量得到更高的利用。 2、蓄热装置中设置三个 不同作用的蓄热器， 使传热介质在两次做功过程中从不同的蓄热器 进行取热， 两次取热互不干扰， 运行稳定； 同时利用三个蓄热器的并联和串联将蓄热温度 区间划分成两段， 提高了再热过程的热利用率。

附图说明

图 1是本发明一种蓄热装置结构示意图。

图 2是本发明图 1结构俯视图。

图 3是本发明单一蓄热单元结构示意图。

图 4是本发明图 3的侧视图。

图 5 是本发明背景技术中提到的熔盐显热蓄热的太 阳能热利用系统示意 图。

图 6是本发明利用熔盐潜热蓄热的一种太阳能热� �用系统示意图。

图 7是本发明再热太能能热利用系统的结构示意� �。 图 8是本发明再热太能能热利用系统 A组蓄热装置蓄热过程示意图。

图 9是本发明再热太能能热利用系统 B组蓄热装置放热过程示意图。

图中： 1、 汽态传热介质进出口管， 2、 汽态传热介质进出口联箱， 3、 第一 蓄热单元， 4、 中间联箱， 5、 第二蓄热单元， 6、 蓄热箱， 7、 第三蓄热单元， 8、 液态传热介质进出口联箱， 9、 液态传热介质进出口管， 10、 保温层， 11、 换热 基管， 12、 换热翅片， 13、 箱底， 14、 箱壁， 15、 箱盖， 16、 冷盐罐， 17、 冷 盐泵， 18、 太阳能熔盐加热器， 19、 热盐罐， 20、 热盐泵， 21、 过热器， 22、 汽包， 23、 蒸发器， 24、 预热器， 25、 回水箱， 26、 回水循环泵， 27、 汽包， 28、 强制循环泵， 29、 太阳能蒸发加热器， 30、 太阳能过热加热器， 31、 蓄热 装置 A, 32、 蓄热装置 B, 33、 给水管， 34、 出汽管；

101、 水箱， 102、 回水循环泵， 103、 汽包， 104、 强制循环泵， 105、 太阳 能蒸发加热器， 106、 太阳能过热加热器， 107、 A过热蓄热器， 108、 A再热蓄 热器， 109、 A蒸发蓄热器， 1010、 凝汽器， 1011、 凝结水泵， 1012、 低压加热 器， 1013、 除氧器， 1014、 给水泵， 1015、 高压加热器， 1016、 B蒸发蓄热器， 1017、 B过热蓄热器， 1018、 B再热蓄热器， 1019、 高压缸， 1020、 中低压合缸。 具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一 歩说明。

实施例 1 : 一种相变蓄热装置， 如图 1、 图 2所示。 本装置采用水作为传 热介质， 采用熔盐作为蓄热介质。 本装置包括依次串联的汽态传热介质进出口 管 1、 汽态传热介质进出口联箱 2、 第一蓄热单元 3、 中间联箱 4， 第二蓄热单 元 5、 中间联箱 4， 第三蓄热单元 7、 液态传热介质进出口联箱 8， 液态传热介 质进出口管 9;整个蓄热装置外包裹保温层 10且各蓄热单元的保温层相互独立 进行热隔离。 单个蓄热单元包括蓄热箱 6和穿过蓄热箱的三根并行的换热基管 11， 三根换热基管的进出口均架设在蓄热箱的两侧 壁上并伸出箱体外与汽态传 热介质进出口联箱 2、 中间联箱 4或液态传热介质进出口联箱 8串联， 并固定 连接。 汽态传热介质进出口联箱 2、 中间联箱 4及液态传热介质进出口联箱 8 起分流和汇集的作用，并使传热介质的温度更 均匀。保温层 10包裹着整个蓄热 装置起保温隔热作用， 保温层 10材料可以是岩棉、 硅酸铝棉或玻璃棉等。

汽态传热介质进出口联箱 2—侧开一个传热介质进出口接口孔， 使之与汽 态传热介质进出口管 1固定连接； 另一侧开一排孔， 使之与蓄热箱 6中外伸的 换热基管 11固定连接， 开排孔数量由与之相悍的换热基管 11数量决定。 中间 联箱 4两侧分别与对应的蓄热箱 6中外伸的换热基管 11固定连接。液态传热介 质进出口联箱 8与汽态传热介质进出口联箱 2采用相同连接结构与液态传热介 质进出口管 9连接。

如图 3、图 4所示，单个蓄热单元包括蓄热箱 6和三根并行的换热基管 11。 换热基管 11的中段管壁上设有螺旋环绕的换热翅片 12，换热翅片 12套悍在换 热管 11外面形成翅片管。蓄热箱 6包括箱底 13、箱壁 14、箱盖 15三部分组成， 箱底 13和箱壁 14直接悍接成箱体，作为盛装熔盐的容器，而� ��盖 15为可打开 翻盖结构

蓄热介质是直接装在蓄热箱 6内与翅片管之间的间隙空间里的， 高度刚好 没过翅片管的换热翅片 12、 且蓄热介质在蓄热箱 6内是不流动； 传热介质在换 热基管 11里流动。

翅片管可用无缝钢管作为换热基管 11， 再在换热基管 11外套悍螺旋的换 热翅片 12组成， 可用（0 ₂ 气体保护悍把换热基管 11与换热翅片 12悍牢成翅片 管； 增加螺旋翅片 12是为了增加换热面积， 提高换热效率。翅片管部分在箱内 是直接放置在箱底 13而没入蓄热介质里的，这种接触而不固定的� ��接关系，主 要是为了让箱底 13承受翅片管的重量， 但又不让钢材的热胀冷缩破坏箱底 13 和翅片管。 具体的翅片管尺寸规格可为： 换热基管 11长 2〜12m、 换热基管 11 直径 DN10〜150， 换热翅片 12螺距; Tl5mm、 高度 5〜40mm。

如图 4所示， 换热基管 11与箱壁 14的连接关系是： 换热基管 11的两端 进出口弯成 S型， 再在箱壁 14的上端对应换热机关数量开有一排 U型槽， U型 槽的底部应当高于螺旋翅片 12上部约 10mm以防止熔盐溢出到箱外， 这样在组 装时就可以方便的直接把换热基管 11进出口卡放在箱壁 14的 U型槽上， 同时 换热基管 11也可以自由通过箱壁 14，不让钢材的热胀冷缩破坏箱壁 14和换热 基管 11。箱盖 15直接盖在箱壁 14上而让箱壁 14来承受箱盖 15的重量， 箱盖 15四周边缘悍接有扣条能更好的盖在箱壁 14上，箱壁 14和箱盖扣条之间留有 一定的间隙给箱体热胀冷缩留出空间。

蓄热装置的工作过程分蓄热和放热。 由于工作过程与传热介质、 蓄热介质 的物性有关， 首先要确定传热介质及蓄热介质的参数。 放热过程出汽参数为 8. 83MPa、 535 °C的过热蒸汽， 放热过程的给水温度为 180 °C。 选定蓄热过程进 口参数为 UMPa、 560°C的过热蒸汽。 蓄热介质为熔盐 （主要成分为硝酸钠）， 熔点为 308 °C。

为了说明方便，假定熔盐的初始温度为 180°C。蓄热过程中， l lMPa, 560°C 的水蒸汽开始时出口为略高于 18CTC的热水， 到熔盐全部熔化后， 或者剩余的 熔盐已经无法吸收蒸汽的凝结热时， 出口出现湿蒸汽， 此时标志着蓄热过程结 束。同样，用 18CTC热水反向取热出来的蒸汽可以达到略低于 56CTC高温的水蒸 汽， 而熔盐的温度变化区间为从 180°C到略低于 560°C。 具体过程如下：

1、 蓄热：

①蓄热第一阶段： 汽态传热介质进出口联箱 2内通入 l lMPa、 560°C过热蒸 汽，第一蓄热单元 3壳侧 180°C固态熔盐吸热变成略低于 560°C的液态熔盐， 当 第一蓄热单元 3蓄热能力足够时， 第一蓄热单元 3管侧 56CTC过热蒸汽放热变 成略高于 18CTC的热水后流入中间联箱， 再经第二蓄热单元 5管侧、 中间联箱、 第三蓄热单元 7管侧、 液态传热介质进出口联箱 8流出， 第二蓄热单元 5和第 三蓄热单元 7没有发生蓄热行为。

②蓄热第二阶段： 汽态传热介质进出口联箱 2内通入 l lMPa、 560°C过热蒸 汽， 当第一蓄热单元 3蓄热能力不够时， 经第一蓄热单元 3管侧、 中间联箱 4 进入第二蓄热单元 5， 第二蓄热单元 5壳侧 18CTC固态熔盐吸热， 温度升高， 同 时第二蓄热单元 5管侧 560°C过热蒸汽放热变成略高于 180°C的热水后流入中间 联箱， 再经第三蓄热单元 7管侧、 液态传热介质进出口联箱 8流出。 第一蓄热 单元 3蓄热量逐渐达到上限， 失去蓄热能力； 第三蓄热单元 7没有发生蓄热行 为。

③蓄热第三阶段： 汽态传热介质进出口联箱 2内通入 l lMPa、 560°C过热蒸 汽， 再经第一蓄热单元 3管侧、 中间联箱中间联箱进入第二蓄热单元 5， 第二 蓄热单元 5壳侧熔盐吸热变成略低于 56CTC的液态熔盐， 当第二蓄热单元 5蓄 热能力足够时，第二蓄热单元 5管侧 56CTC过热蒸汽放热变成略高于 18CTC的热 水后流入中间联箱， 再经第三蓄热单元 7管侧、 液态传热介质进出口联箱 8流 出。 第一蓄热单元 3和第三蓄热单元 7没有发生蓄热行为。

④蓄热结束： 按①-③的顺序蓄热单元逐个蓄热， 当经液态传热介质进出 口联箱 8 流出的热水开始明显大于 180 °C， 且热水温度越来越高， 最终达到 250. 4Ό的湿蒸汽时， 标志整个蓄热装置蓄热完毕。

2、 放热：

①放热第一阶段：蓄热装置放热，液态传热介 质进出口联箱 8内通入 18CTC 热水，第三蓄热单元 7壳侧略低于 56CTC的液态熔盐放热变成略高于 18CTC的固 态熔盐， 当第三蓄热单元 7放热能力足够时， 第三蓄热单元 7管侧 18CTC热水 吸热变成略低于 56CTC的过热蒸汽后流入中间联箱，再经第二蓄� ��单元 5管侧、 中间联箱、 第一蓄热单元 2管侧、 汽态传热介质进出口联箱 2流出， 第一蓄热 单元 3和第二蓄热单元 5没有发生放热行为。

②放热第二阶段： 液态传热介质进出口联箱 8内通入 18CTC热水， 当第三 蓄热单元 7放热能力不够时， 经第三蓄热单元 7管侧、 中间联箱进入第二蓄热 单元 5， 第二蓄热单元 5壳侧略低于 560°C的液态熔盐放热， 温度降低， 同时第 二蓄热单元 5管侧 18CTC热水吸热变成略低于 56CTC过热蒸汽后流入中间联箱， 再经第一蓄热单元 5管侧、 汽态传热介质进出口联箱 2流出， 第三蓄热单元 7 放热量逐渐达到上限， 失去放热能力； 第一蓄热单元 3没有发生放热行为。

③放热第三阶段： 液态传热介质进出口联箱 8内通入 18CTC热水， 再经第 三蓄热单元 7管侧、 中间联箱进入第二蓄热单元 5， 第二蓄热单元 5壳侧熔盐 放热变成略高于 18CTC固态熔盐， 当第二蓄热单元 5放热能力足够时， 第二蓄 热单元 5管侧 180°C热水吸热变成略低于 560°C的过热蒸汽后流入中间联箱，再 经第一蓄热单元 5管侧、 汽态传热介质进出口联箱 2流出， 第一蓄热单元 3和 第三蓄热单元 7没有发生放热行为。

④放热结束： 按①-③的顺序蓄热单元逐个放热， 当经汽态传热介质进出 口联箱 2流出的蒸汽开始小于 560°C，且蒸汽温度越来越低，最终达到 212 °C的 湿蒸汽时， 标志整个蓄热装置放热完毕。

实施例 2 : —种利用实施例 1中所提到蓄热装置的太阳能热利用系统， 如 图 6所示。 本装置包括回水箱 25， 回水箱通过回水循环泵 26连接汽包 27， 汽 包出水口连接输水管道、 输水管道通过强制循环泵 28 经过太阳能蒸发加热器 29回流至汽包形成蒸发循环， 汽包出汽口连接输汽管道， 输汽管道经过太阳能 过热加热器 30连接至蓄热装置蓄热进口， 相变蓄热装置蓄热出口连接回水箱; 相变蓄热装置蓄热出口还作为放热进口连接有 给水管 33，相变蓄热装置蓄热进 口还作为放热出口连接有出汽管 34 ;所述相变蓄热装置蓄热进口和蓄热出口处 设有切换蓄热 -放热的阀门。系统具有相互并联的蓄热装置 A31和蓄热装置 B32。

其运行过程如下： 汽包 27中的水经过强制循环泵 28进入太阳能蒸发加热 器 29， 产生的汽水混合物再回到汽包 27， 汽包 27出汽进入太阳能过热加热器 30。 随着光照强度的不同， 调节强制循环泵 28的功率来调节流量， 使得循环倍 率保持相对稳定，并保证太阳能蒸发加热器 29的安全运行。根据蓄热装置蒸汽 进口母管的参数要求及光照强度调节汽包 27 出汽量， 使得太阳能过热加热器 30出汽参数达到要求。 同时随着汽包 27液位、 压力的变化， 调节给水量以及 循环回水量； 系统包括并联的蓄热装置 A和蓄热装置 B。 汽包中的蒸汽输送到 蓄热装置 A, 放热后形成凝结水到回水箱 25， 蓄热装置的具体工作过程如实施 例 1中所述， 当蓄热装置 A储热完毕， 则切换到蓄热装置 B进行储热， 反之亦 然。 根据回水箱 25 的液位、 压力以及汽包液位、 压力的情况控制回水循环泵 26的循环水量给汽包补充循环水。

系统运行中， 可以根据需要进行热利用。 给水加热出汽采用直流加热， 即 中间无汽包，给水管 33将经过水处理的软水输送到储热完毕的蓄热� ��置，在蓄 热装置中完成蒸发、过热的全过程， 具体过程如实施例 1所述。 出汽管 34可获 得需求参数的蒸汽。

每个蓄热装置在蓄热和放热这两个状态间切换 运行， 一个蓄热装置蓄热时 另一个蓄热装置可切换放热。 同时由于蓄热装置具有恒温放热的特点， 因此蓄 热完成并不是放热的必要条件， 即假设蓄热只有 70%, 依然可以进行放热。 在 蓄热装置较少时可以进行多次切换以满足蓄热 、 放热要求。

在蓄热装置冷启动时， 需要预热， 预热过程与运行过程几乎一致， 但不采 用汽包中的蒸汽加热， 而是采用汽包中的水， 此时， 为了保证汽包中不产生蒸 汽， 强制循环泵 28需要加大流量。但在实际运行时， 由于初始太阳能强度一般 都不太大， 因此正好符合蓄热装置的预热要求。

实施例 3 : —种再热太阳能热利用系统， 如图 7所示。 本装置采用水作为 传热介质， 采用熔盐作为蓄热介质（主要成分为硝酸钠） ， 熔点为 308°C。 本装 置连接结构如图 7所示， 包括蓄热循环和放而循环。 蓄热循环连接关系如下， 水箱 101通过回水循环泵 102连接汽包 103， 汽包通过强制循环泵 104连接太 阳能蒸发加热器 105， 并回流至汽包形成蒸发循环， 汽包出汽口连接太阳能过 热加热器 106， 太阳能过热加热器连接至蓄热装置蓄热进口， 蓄热装置蓄热出 口连接回水箱； 蓄热装置设有两组以上并相互并联， 依次为 A组蓄热装置、 B 组蓄热装置等。 各组蓄热装置结构相同， 内部与外部的连接关系也相同。 以 A 蓄热装置为例，包括 A过热蓄热器 107、 A再热蓄热器 108和 A蒸发蓄热器 109。 沿蓄热过程循环方向， A过热蓄热器 107和 A再热蓄热器 108并联， 然后与 A 蒸发蓄热器 109串联， A蒸发蓄热器 109还并联有从 A过热蓄热器 107和 A再 热蓄热器 108直联水箱 101的旁路。 B组蓄热装置于 A组蓄热装置连接关系相 同。

放热循环和蓄热循环过程中， 蓄热装置的进出口方向相反。 放热循环以 B 组蓄热装置举例， 循环回路依次为： 凝结水泵 1011、 低压加热器 1012、 除氧器 1013、给水泵 1014、高压加热器 1015、 B蒸发蓄热器 1016、 B过热蓄热器 1017、 高压缸 1019、 B再热蓄热器 1018、 中低压合缸 1020， 最后回到凝汽器 1010。

蓄热过程如图 8所示， 图 8中实线表示蓄热相关的回路， 虚线为放热相关 但与蓄热不相关的部分回路。蓄热过程以 A组蓄热装置为例，水箱 101中 305°C 热水经过回水循环泵 102加压后进入汽包 103， 和汽包中循环水混合后再经强 制循环泵 104加压后进入蒸发加热器 105加热成 318°C汽水混合物后回到汽包 103进行汽水分离，之后 318°C的饱和蒸汽进入过热加热器 106加热成 560°C的 过热蒸汽， 再进入 A过热蓄热器 107和 A再热蓄热器 108， 给液态熔盐蓄热后 降温成 33CTC的过热蒸汽，该参数的蒸汽一部分进入 A蒸发蓄热器 109，给熔盐 蓄热后降温变成 18CTC的热水回到水箱 101 ;为了使水箱 1中水温度达到 305°C， 另一部分蒸汽通过旁路直接到水箱 101。A组蓄热装置蓄热完成后切换 B组蓄热 装置蓄热， 同时 A组蓄热装置可进行放热过程。

放热过程如图 9所示， 图 9中实线部分为放热相关回路， 虚线部分为蓄热 相关但与放热无关的部分回路。 放热过程以 B 组蓄热装置为例： 凝汽器 1010 中出来的 0. 005MPa凝结水，经过凝结水泵 1011、低压加热器 1012、除氧器 1013、 给水泵 1014、 高压加热器 1015处理后变成 8. 83MPa、 180°C热水， 进入 B蒸发 蓄热器 1016取热变成 8. 83MPa、 315 °C过热蒸汽，接着进入 B过热蓄热器 1017 取热变成 8. 83MPa、 535°C过热蒸汽， 进入高压缸 1019做功后变成 2MPa、 310°C 过热蒸汽， 再次进入 B再热蓄热器 1018取热变成 2MPa、 535 °C过热蒸汽， 进入 中、 低压合缸 1020做功后变成 0. 005MPa湿蒸汽， 最后回到凝汽器 1010。 B组 蓄热装置放热完成后切换 A组蓄热装置放热， 同时 B组蓄热装置可进行蓄热过 程。

过热蓄热器和再热蓄热器温度变化区间为 330〜560°C，蒸发蓄热器温度变 化区间为 180〜330°C。

A 组蓄热装置完成蓄热， B 组蓄热装置完成放热后， 可进行蓄热、 放热功 能转换， 达到持续蓄热和持续放热的目的， 同时可以并联 C组蓄热装置， D组 蓄热装置……等更多的蓄热装置组， 满足蓄热放热不平衡状态下的使用需求。