專利名稱：直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)及其相變儲(chǔ)熱劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于儲(chǔ)熱器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用高溫復(fù)合共晶鹽作為儲(chǔ)熱材料的直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)及其相變儲(chǔ)熱劑的制備方法。
背景技術(shù)：
聚焦式太陽(yáng)能熱發(fā)電(CSP)作為一種開(kāi)發(fā)潛力巨大的新能源和可再生能源的新技術(shù)，在歐美等國(guó)取得了重大進(jìn)展和突破，成為除風(fēng)能外最有前途的一種發(fā)電方式。CSP是指將太陽(yáng)光聚集并將其轉(zhuǎn)化為工作流體的高溫?zé)崮?，然后通過(guò)熱機(jī)將其轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)。由于太陽(yáng)能供應(yīng)不穩(wěn)定、不連續(xù)，而熱發(fā)電系統(tǒng)需要穩(wěn)定運(yùn)行，所以在CSP系統(tǒng)中除了吸熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)外，還要有連接吸收太陽(yáng)能和轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能為電能的儲(chǔ)能系統(tǒng)。研究表明在一個(gè)太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中，如果無(wú)儲(chǔ)熱裝置，年利用率只有25%，有儲(chǔ)熱裝置則能提高到65%，且不需要燃料作為后備能源。因?yàn)閮?chǔ)能系統(tǒng)利用儲(chǔ)能材料將收集到的太陽(yáng)能存儲(chǔ)起來(lái)，電 站在夜間或者多云天氣時(shí)儲(chǔ)能材料釋放出熱能用于加熱發(fā)電工作介質(zhì)，從而能保證連續(xù)穩(wěn)定地發(fā)電。因此儲(chǔ)能系統(tǒng)是太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對(duì)于提高系統(tǒng)發(fā)電效率、發(fā)電的穩(wěn)定性和可靠性都具有非常重要的意義。目前可選擇的儲(chǔ)熱方式主要有三種顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱和化學(xué)能儲(chǔ)熱。顯熱儲(chǔ)存是利用各種物質(zhì)具有的熱容吸收或釋放熱量。顯熱儲(chǔ)熱的優(yōu)點(diǎn)是成本低、操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是物質(zhì)溫度變化過(guò)程不易控制、儲(chǔ)能密度低。在太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中的所用的顯熱儲(chǔ)能材料有熔融鹽、導(dǎo)熱油、混凝土等。潛熱儲(chǔ)存是利用相變材料的物態(tài)(固-液，固-固或氣-液)之間的轉(zhuǎn)化，吸收或釋放熱量達(dá)到能量的儲(chǔ)存和能量的再利用。潛熱蓄熱又稱相變蓄熱，這種蓄熱方式與顯熱蓄熱相比，具有相變過(guò)程溫度容易控制、穩(wěn)定性好、安全性高以及蓄熱密度大等優(yōu)點(diǎn)?；瘜W(xué)能是物體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)所釋放的能量，化學(xué)能儲(chǔ)熱比顯熱和潛熱儲(chǔ)熱的熱流密度都大，但是技術(shù)復(fù)雜，目前尚無(wú)工業(yè)應(yīng)用。顯熱儲(chǔ)能熔融鹽和混凝土的導(dǎo)熱率較低，導(dǎo)致儲(chǔ)熱系統(tǒng)比較龐大、儲(chǔ)能效率不高。相變儲(chǔ)熱與顯熱儲(chǔ)熱比較，可顯著降低儲(chǔ)熱系統(tǒng)的尺寸，儲(chǔ)能密度大，并易與其它系統(tǒng)匹配，提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能，因而在儲(chǔ)能領(lǐng)域獲得了廣泛的關(guān)注和研究應(yīng)用。在聚焦式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)和工業(yè)余熱回收中，采用硝酸鹽、亞硝酸鹽及其共晶鹽為相變材料是最有應(yīng)用潛力的高溫相變儲(chǔ)能材料(文獻(xiàn)Atul Sharma, V. V. Tyagi, C. R. Chen, D. Buddhi.Review on thermal energy storage with phase change: materials and applications.Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2009，13: 318-345)。但是這些相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)一般只有0.5 W/(m*K)左右，嚴(yán)重影響了能量的儲(chǔ)存和釋放速率。因此需要釆取措施強(qiáng)化相變傳熱，克服相變材料導(dǎo)熱系數(shù)小所帶來(lái)的缺陷。目前對(duì)共晶鹽強(qiáng)化傳熱的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)主要是(I)采取添加翅片(文獻(xiàn)Chaxiu Guo, Wujun Zhang. Numericalsimulation and parametric study on a new type of high temperature latent heatthermal energy storage system. Energy Conversion and Management. 2008, 499:19 -927)或中國(guó)專利200910059782. 5 “太陽(yáng)能高溫相變儲(chǔ)熱器”中提出的導(dǎo)熱網(wǎng)格，但翅片或?qū)峋W(wǎng)格只能局部強(qiáng)化相變材料的傳熱，并且會(huì)減少相變材料的數(shù)量，從而影響其單位體積的儲(chǔ)能量。翅片或?qū)峋W(wǎng)格一般為金屬，具有較高的密度，易導(dǎo)致整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的重量增加，另外共晶鹽對(duì)翅片腐蝕作用也是一個(gè)不可忽略的問(wèn)題。(2)制備膨脹石墨/無(wú)機(jī)鹽相變儲(chǔ)能復(fù)合相變材料(文獻(xiàn)Bauer T, Tamme R,. PCM-graphite composites for hightemperature thermal energy storage. In: Presentation at the Ecostock^OOB—IOthinternational conference on thermal energy storage; 2006.),其有效導(dǎo)熱系數(shù)由原來(lái)的低于0. 5 W / (m K)增加到了 5 15W / (m K)。但膨脹石墨是各向異性材料，導(dǎo)致有效導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值與測(cè)量方向有很大的關(guān)系。并且該復(fù)合相變材料多次儲(chǔ)放熱循環(huán)后有開(kāi)裂和滲鹽現(xiàn)象。綜上所述，目前在聚焦式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)和工業(yè)余熱回收中的高溫相變儲(chǔ)熱器存在著性能不穩(wěn)定、熱效率較低、成本較高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，為了克服現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題的不足，本發(fā)明提供了一種直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)及其相變儲(chǔ)熱劑的制備方法，它是采用石墨泡沫對(duì)相變材料進(jìn)行強(qiáng)化，相變材料吸 附在石墨泡沫多孔介質(zhì)中，制備成的二元共晶鹽/石墨泡沫作為儲(chǔ)熱器的復(fù)合相變材料，復(fù)合相變材料的傳熱系數(shù)更高，因此在相同設(shè)計(jì)條件下，本發(fā)明的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)應(yīng)用于聚焦式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)和工業(yè)余熱回收等系統(tǒng)，具有傳熱效率高，體積小，成本低等特點(diǎn)。另外，本發(fā)明直接產(chǎn)生蒸汽的高溫共晶鹽儲(chǔ)熱器可根據(jù)高溫余熱蒸汽的溫度和蒸汽用戶的要求，靈活地采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式，串聯(lián)時(shí)把二元共晶鹽/石墨泡沫復(fù)合相變材料根據(jù)熔點(diǎn)進(jìn)行梯級(jí)組合，提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率，可最大限度地存儲(chǔ)能量。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其中包括儲(chǔ)熱罐、換熱管及相變儲(chǔ)熱劑，換熱管豎直穿過(guò)儲(chǔ)熱罐，換熱管的上端與上封頭連通，換熱管的下端與下封頭連通，換熱管之間、換熱管與儲(chǔ)熱罐內(nèi)壁之間填充相變儲(chǔ)熱劑，上封頭通過(guò)第一管道連接熱源，第一管道上設(shè)置有第一蒸汽閥門(mén)，上封頭通過(guò)第二管道連接汽液分離器，第二管道上設(shè)置有第二蒸汽閥門(mén)，汽液分離器的氣體出口與用熱負(fù)載連通，汽液分離器的液體出口通過(guò)回流管與儲(chǔ)水罐連通，回流管上設(shè)置有回流閥，儲(chǔ)水罐通過(guò)第三管道連接下封頭，第三管道上設(shè)置有第三閥門(mén)，儲(chǔ)水罐通過(guò)第四管道連接泵，泵與下封頭連通，第四管道上設(shè)置有第四閥門(mén)，第四閥門(mén)與泵之間設(shè)置有補(bǔ)水管，補(bǔ)水管上設(shè)置有補(bǔ)水閥，所述的相變儲(chǔ)熱劑為二元共晶鹽與石墨泡沫的復(fù)合相變材料。本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的所述的二元共晶鹽采用熔點(diǎn)為200-330°C 的 KN03-NaN03 或?yàn)?KN03_LiN03。本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的所述的石墨泡沫的孔隙率為0. 7-0. 98。本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的所述的換熱管為圓管或/和橢圓管或/和內(nèi)螺紋管或/和內(nèi)翅管，且換熱管呈正三角分布。本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的所述的換熱管、第一管道、第二管道及汽液分離器能夠承受彡3Mpa的壓力。本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的所述的儲(chǔ)熱罐、上封頭、下封頭、第一管道及第二管道的外壁上均包裹有保溫層。本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的所述的上封頭及下封頭為橢圓形或/和矩形。直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)所使用的相變儲(chǔ)熱劑的制備方法包括以下工藝步驟
一、確定二元共晶鹽的兩組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
根據(jù)要制備的相變儲(chǔ)熱劑的熔點(diǎn)及二元共晶鹽組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一熔點(diǎn)相圖確定二元共晶鹽的兩組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
二、備料
根據(jù)步驟一種確定的二元共晶鹽的兩組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)備料，
準(zhǔn)備孔徑3 300m m,孔隙率為0. 7-0. 98的石墨泡沫
三、混合
將步驟二中備好的二元共晶鹽的兩組分進(jìn)行干燥、研磨并充分混合；
四、熔化
將混合后的二元共晶鹽的兩組分的混合物加熱至熔化狀態(tài)，并保溫5h，使之形成均勻一致的液體；
五、浸潤(rùn)融合
將步驟一種備好的石墨泡沫放在真空度< 10 P a的真空爐中，并將真空爐內(nèi)溫度維持在340-350°C，將液態(tài)的二元共晶鹽的兩組分的混合物灌入真空爐內(nèi)，使石墨泡沫完全浸泡在液態(tài)的二元共晶鹽的兩組分的混合物中，保溫I 0 h左右，保證石墨泡沫充分浸潤(rùn)融合；
六、成品處理
將真空爐中，與二元共晶鹽的兩組分充分浸潤(rùn)融合的石墨泡沫取出，并進(jìn)行冷卻干燥處理，即得二元共晶鹽與石墨泡沫的復(fù)合相變材料。本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的二元共晶鹽采用熔點(diǎn)為200_330°C的KN03-NaN03 或?yàn)?KN03_LiN03。本發(fā)明的有益效果為
I、本發(fā)明是采用石墨泡沫對(duì)相變材料進(jìn)行強(qiáng)化，相變材料吸附在石墨泡沫多孔介質(zhì)中，制備成的共晶鹽/石墨泡沫作為儲(chǔ)熱器的復(fù)合相變材料，復(fù)合相變材料的傳熱系數(shù)更高，因此在相同設(shè)計(jì)條件下，本發(fā)明的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)應(yīng)用于聚焦式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)和工業(yè)余熱回收等系統(tǒng)，具有傳熱效率高，體積小，成本低等特點(diǎn)。另外，本發(fā)明直接產(chǎn)生蒸汽的高溫共晶鹽儲(chǔ)熱器可根據(jù)高溫余熱蒸汽的溫度和蒸汽用戶的要求，靈活地采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式，串聯(lián)時(shí)把石墨泡沫/共晶鹽復(fù)合相變材料根據(jù)熔點(diǎn)進(jìn)行梯級(jí)組合，提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率，可最大限度地存儲(chǔ)能量。2、本發(fā)明采用高溫共晶鹽KN03-NaN03或KN03_LiN03做儲(chǔ)熱材料，熔點(diǎn)為220-3500C，石墨泡沫做高導(dǎo)熱填充物強(qiáng)化相變傳熱，研究表明與純共晶鹽相變系統(tǒng)相比，有效導(dǎo)熱系數(shù)從原來(lái)的0. 5 W/(m K)提高至IJ 41. 16 ff/ (m K);傳熱速率明顯加快，復(fù)合相變材料的融化時(shí)間縮短258. 15 S，相變時(shí)間大大縮短；蓄熱速率增大73. 9%，放熱速率增大50. 9%,而且儲(chǔ)熱罐系統(tǒng)內(nèi)溫差小,溫度分布均勻。3、本發(fā)明中的高溫相變儲(chǔ)熱器中采用石墨泡沫孔隙率為0. 7-0. 98，使用這個(gè)范圍孔隙率的石墨泡沫制備成的復(fù)合相變材料作為儲(chǔ)熱材料時(shí)，既能保證一定的儲(chǔ)熱量又能大大提聞傳熱速率。


圖I為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明的二元共晶鹽KN03-LiN03的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一熔點(diǎn)相 圖4為本發(fā)明的又一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例一
如圖I所示，一種直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)，包括儲(chǔ)熱罐I、換熱管3及相變儲(chǔ)熱劑2，換熱管3豎直穿過(guò)儲(chǔ)熱罐1，換熱管3的上端與上封頭4連通，換熱管3的下端與下封頭22連通，上封頭4及下封頭22均為橢圓形封頭，換熱管3之間、換熱管3與儲(chǔ)熱罐I內(nèi)壁之間填充相變儲(chǔ)熱劑2，上封頭4通過(guò)第一管道6連接熱源11，第一管道6上設(shè)置有第一蒸汽閥門(mén)5，上封頭4通過(guò)第二管道8連接汽液分離器9，第二管道8上設(shè)置有第二蒸汽閥門(mén)7，汽液分離器9的氣體出口與用熱負(fù)載10連通，汽液分離器9的液體出口通過(guò)回流管12與儲(chǔ)水罐16連通，回流管12上設(shè)置有回流閥13，儲(chǔ)水罐16通過(guò)第三管道15連接下封頭22，第三管道15上設(shè)置有第三閥門(mén)14，儲(chǔ)水罐16通過(guò)第四管道17連接泵21，泵21與下封頭22連通，第四管道17上設(shè)置有第四閥門(mén)18，第四閥門(mén)18與泵21之間設(shè)置有補(bǔ)水管19，補(bǔ)水管19上設(shè)置有補(bǔ)水閥20，所述的相變儲(chǔ)熱劑2為二元共晶鹽與石墨泡沫的復(fù)合相變材料。二元共晶鹽采用熔點(diǎn)為220°C的KN03-NaN03，石墨泡沫的孔徑為300mm，孔隙率為0. 87。換熱管3、第一管道6、第二管道8、汽液分離器能夠承受彡3Mpa的壓力，換熱管3為圓管。相變儲(chǔ)熱劑2為KN03_NaN03與石墨泡沫的復(fù)合相變材料，上述相變儲(chǔ)熱劑2的制備方法，包括以下工藝步驟
一、確定二元共晶鹽的兩組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
根據(jù)要制備的相變儲(chǔ)熱劑2的熔點(diǎn)及二元共晶鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一熔點(diǎn)相圖確定二元共晶鹽的兩組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為制備220°C的KN03-NaN03所需的KN03的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54%，NaN03的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46% ；
二、備料
按照KN03的質(zhì)量分?jǐn)?shù)54%，NaN03的質(zhì)量分?jǐn)?shù)46%的比例準(zhǔn)備KN03及NaN03，
準(zhǔn)備孔徑為300_，孔隙率為0. 87的石墨泡沫
三、混合
將準(zhǔn)備好的KN03及NaN03進(jìn)行干燥、研磨并充分混合；
四、熔化
將混合后的KN03及NaN03的混合物加熱至熔化狀態(tài)，并保溫5h，使之形成均勻一致的液體；
五、浸潤(rùn)融合
將步驟一種備好的石墨泡沫放在真空度< 10 P a的真空爐中，并將真空爐內(nèi)溫度維持在350°C，將液態(tài)的KN03及NaN03的混合物灌入真空爐內(nèi)，使石墨泡沫完全浸泡在液態(tài)的KN03及NaN03的混合物中，保溫I O h左右，保證石墨泡沫充分浸潤(rùn)融合；
六、成品處理
將真空爐中，與KN03及NaN03充分浸潤(rùn)融合的石墨泡沫取出，并進(jìn)行冷卻干燥處理，即得KN03-NaN03與石墨泡沫的復(fù)合相變材料。儲(chǔ)熱時(shí)，打開(kāi)第一蒸汽閥門(mén)5及第三閥門(mén)14，關(guān)閉第二蒸汽閥門(mén)7及泵21，此時(shí)來(lái)自熱源11產(chǎn)生的水蒸汽235° C)經(jīng)第一蒸汽閥門(mén)5、第一管道6進(jìn)入換熱管3，在經(jīng)過(guò)換熱管3時(shí)，水蒸汽的熱量與儲(chǔ)熱罐I內(nèi)的相變儲(chǔ)熱劑2發(fā)生熱交換，相變儲(chǔ)熱劑2吸熱融化，水蒸汽被冷凝成冷凝水或飽和水后，在經(jīng)過(guò)第三管道15進(jìn)入儲(chǔ)水罐16存儲(chǔ)。當(dāng) 太陽(yáng)能熱發(fā)電站的發(fā)電系統(tǒng)需要飽和蒸汽時(shí)，進(jìn)入放熱階段，此時(shí)關(guān)閉第一蒸汽閥門(mén)5及第三閥門(mén)14，打開(kāi)第二蒸汽閥門(mén)7、泵21及第四閥門(mén)18，泵21抽取儲(chǔ)水罐16內(nèi)的冷凝水^ 210° C)，冷凝水在泵21的作用下經(jīng)第四管道17進(jìn)入換熱管3，冷凝水在經(jīng)過(guò)換熱管3時(shí)與相變儲(chǔ)熱劑2進(jìn)行熱交換，相變儲(chǔ)熱劑2放熱凝固，冷凝水吸熱成飽和水后汽化，產(chǎn)生高溫水蒸汽，高溫水蒸汽和少量未加熱成蒸汽的飽和水經(jīng)過(guò)第二管道8進(jìn)入汽液分離器9，在汽液分離器9內(nèi)，高溫水蒸汽汽液分離器9的汽體出口供用太陽(yáng)能熱發(fā)電站的發(fā)電系統(tǒng)熱負(fù)載使用，水則經(jīng)汽液分離器9的液體出口經(jīng)回流管12進(jìn)入儲(chǔ)水罐16。當(dāng)儲(chǔ)水罐16內(nèi)的飽和水不足時(shí)，打開(kāi)補(bǔ)水閥20，泵21通過(guò)補(bǔ)水管19抽取系統(tǒng)所需的飽和水。本實(shí)施例的相變儲(chǔ)熱劑2采用KN03_NaN03與石墨泡沫的復(fù)合相變材料，石墨泡沫做高導(dǎo)熱填充物強(qiáng)化相變傳熱，研究表明與純共晶鹽相變系統(tǒng)相比，有效導(dǎo)熱系數(shù)從原來(lái)的0. 5 W/(m K)提高至IJ 41. 16 ff/(m K);傳熱速率明顯加快，復(fù)合相變材料的融化時(shí)間縮短258. 15 S，相變時(shí)間大大縮短；蓄熱速率增大73. 9%，放熱速率增大50. 9%，而且儲(chǔ)熱罐I系統(tǒng)內(nèi)溫差小，溫度分布均勻。實(shí)施例二
如圖2、3所示，重復(fù)實(shí)施例一，有以下不同點(diǎn)上封頭4及下封頭22均為矩形封頭，所述的二元共晶鹽采用熔點(diǎn)為270°C的KN03-LiN03，所采用的相變儲(chǔ)熱劑2為KN03_LiN03與石墨泡沫的復(fù)合相變儲(chǔ)熱劑2，石墨泡沫的孔隙率為0. 84，孔徑為300mm。KN03-LiN03與石墨泡沫的復(fù)合相變儲(chǔ)熱劑2的制備方法，包括以下工藝步驟
一、確定二元共晶鹽的兩組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
制備270°C的KN03-LiN03所需的KN03的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%，LiN03的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% ；
二、備料
按照KN03的質(zhì)量分?jǐn)?shù)85%，LiN03的質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的比例準(zhǔn)備KN03及LiN03，
準(zhǔn)備孔徑為300mm，孔隙率為0. 84的石墨泡沫，
三、混合
將準(zhǔn)備好的KN03與LiN03進(jìn)行干燥、研磨并充分混合；
四、熔化
將混合后的KN03與LiN03的混合物加熱至熔化狀態(tài)，并保溫5h，使之形成均勻一致的液體；
五、浸潤(rùn)融合
將步驟一種備好的石墨泡沫放在真空度< 10 P a的真空爐中，并將真空爐內(nèi)溫度維持在350°C，將液態(tài)的KN03與LiN03的混合物灌入真空爐內(nèi)，使石墨泡沫完全浸泡在液態(tài)的KN03與LiN03的混合物中，保溫I O h左右，保證石墨泡沫充分浸潤(rùn)融合；
六、成品處理
將真空爐中，與KN03與LiN03充分浸潤(rùn)融合的石墨泡沫取出，并進(jìn)行冷卻干燥處理，即得KN03-LiN03與石墨泡沫的復(fù)合相變材料。本實(shí)施例的相變儲(chǔ)熱劑2采用KN03_LiN03與石墨泡沫的復(fù)合相變材料，石墨泡沫做高導(dǎo)熱填充物強(qiáng)化相變傳熱，研究表明與純共晶鹽相變系統(tǒng)相比，有效導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)》45ff/ (m K)。實(shí)施例三
如圖4所示，重復(fù)實(shí)施例一，有以下不同點(diǎn)本實(shí)施例中采用兩個(gè)相互串聯(lián)的儲(chǔ)熱罐1， 儲(chǔ)熱罐I串聯(lián)運(yùn)行可以明顯提高系統(tǒng)的儲(chǔ)、放熱性能，更有效地進(jìn)行熱量存儲(chǔ)。需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的說(shuō)明而非限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員的等同替換或者根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)而做的其它修改，只要沒(méi)超出本發(fā)明技術(shù)方案的思路和范圍，均應(yīng)包含在本發(fā)明所要求的權(quán)利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其特征在于包括儲(chǔ)熱罐(I)、換熱管(3)及相變儲(chǔ)熱劑(2)，換熱管(3)豎直穿過(guò)儲(chǔ)熱罐(1)，換熱管(3)的上端與上封頭(4)連通，換熱管(3)的下端與下封頭(22)連通，換熱管(3)之間、換熱管(3)與儲(chǔ)熱罐(I)內(nèi)壁之間填充相變儲(chǔ)熱劑(2)，上封頭(4)通過(guò)第一管道(6)連接熱源(11)，第一管道(6)上設(shè)置有第一蒸汽閥門(mén)(5 )，上封頭(4)通過(guò)第二管道(8 )連接汽液分離器(9 )，第二管道(8 )上設(shè)置有第二蒸汽閥門(mén)(7)，汽液分離器(9)的氣體出口與用熱負(fù)載(10)連通，汽液分離器(9)的液體出口通過(guò)回流管(12)與儲(chǔ)水罐(16)連通，回流管(12)上設(shè)置有回流閥(13)，儲(chǔ)水罐(16)通過(guò)第三管道(15)連接下封頭(22)，第三管道(15)上設(shè)置有第三閥門(mén)(14)，儲(chǔ)水罐(16)通過(guò)第四管道(17)連接泵(21)，泵(21)與下封頭(22)連通，第四管道(17)上設(shè)置有第四閥門(mén)(18)，第四閥門(mén)(18)與泵(21)之間設(shè)置有補(bǔ)水管(19)，補(bǔ)水管(19)上設(shè)置有補(bǔ)水閥(20)，所述的相變儲(chǔ)熱劑2為ニ元共晶鹽與石墨泡沫的復(fù)合相變材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其特征在于所述的ニ元共 晶鹽采用熔點(diǎn)為200-330°C的KN03-NaN03或?yàn)镵N03_LiN03。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其特征在于所述的石墨泡沫的孔隙率為0. 7-0. 98。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其特征在于所述的換熱管(3)為圓管或/和橢圓管或/和內(nèi)螺紋管或/和內(nèi)翅管，且換熱管(3)呈正三角分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其特征在于所述的換熱管(3)、第一管道(6)、第二管道(8)及汽液分離器(9)均能夠承受彡3Mpa的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其特征在于所述的儲(chǔ)熱罐(I)、上封頭(4)、下封頭(22)、第一管道(6)及第ニ管道(8)的外壁上均包裹有保溫層(23)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其特征在于所述的上封頭(4)及下封頭(22)為橢圓形或/和矩形。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)中所使用的相變儲(chǔ)熱劑的制備方法，其特征在干 一、確定ニ元共晶鹽的兩組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 根據(jù)要制備的相變儲(chǔ)熱劑(2)的熔點(diǎn)及ニ元共晶鹽組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一熔點(diǎn)相圖確定ニ元共晶鹽的兩組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； ニ、備料 根據(jù)步驟一種確定的ニ元共晶鹽的兩組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)備料， 準(zhǔn)備孔徑3 300mm,孔隙率為0. 7-0. 98的石墨泡沫 三、混合 將步驟ニ中備好的ニ元共晶鹽的兩組分進(jìn)行干燥、研磨并充分混合； 四、熔化 將混合后的ニ元共晶鹽的兩組分的混合物加熱至熔化狀態(tài)，并保溫5h，使之形成均勻一致的液體； 五、浸潤(rùn)融合 將步驟一種備好的石墨泡沫放在真空度< 10 P a的真空爐中，并將真空爐內(nèi)溫度維持在340-350°C，將液態(tài)的ニ元共晶鹽的兩組分的混合物灌入真空爐內(nèi)，使石墨泡沫完全浸泡在液態(tài)的ニ元共晶鹽的兩組分的混合物中，保溫I O h左右，保證石墨泡沫充分浸潤(rùn)融合； 六、成品處理 將真空爐中，與ニ元共晶鹽的兩組分充分浸潤(rùn)融合的石墨泡沫取出，并進(jìn)行冷卻干燥處理，即得ニ元共晶鹽與石墨泡沫的復(fù)合相變材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的相變儲(chǔ)熱劑的制備方法，其特征在于所述的ニ元共晶鹽采用熔點(diǎn)為 200-330°C 的 KN03-NaN03 或?yàn)?KN03_LiN03。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直接產(chǎn)生蒸汽的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)及其相變儲(chǔ)熱劑的制備方法，它是采用石墨泡沫對(duì)相變材料進(jìn)行強(qiáng)化，相變材料吸附在石墨泡沫多孔介質(zhì)中，制備成的二元共晶鹽/石墨泡沫作為儲(chǔ)熱器的復(fù)合相變材料，復(fù)合相變材料的傳熱系數(shù)更高，因此在相同設(shè)計(jì)條件下，本發(fā)明的相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)應(yīng)用于聚焦式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)和工業(yè)余熱回收等系統(tǒng)，具有傳熱效率高，體積小，成本低等特點(diǎn)。另外，本發(fā)明直接產(chǎn)生蒸汽的高溫共晶鹽儲(chǔ)熱器可根據(jù)高溫余熱蒸汽的溫度和蒸汽用戶的要求，靈活地采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式，串聯(lián)時(shí)把二元共晶鹽/石墨泡沫復(fù)合相變材料根據(jù)熔點(diǎn)進(jìn)行梯級(jí)組合，提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率，可最大限度地存儲(chǔ)能量。
文檔編號(hào)C09K5/06GK102777874SQ20121031257
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者劉樹(shù)蘭, 曹海亮, 王定標(biāo), 董賀新, 郭茶秀, 魏新利 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)