專利名稱：金屬相變儲能蒸汽鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蒸汽鍋爐，尤其涉及一種利用金屬相變進行儲能的金屬相變儲能蒸汽鍋爐。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的高溫相變儲能裝置大多是用空氣將熱量從儲熱體內(nèi)提取出來并傳遞給被加熱物質(zhì)的，在相同溫升的情況下，無論從單位質(zhì)量還是單位體積來看，空氣的載熱密度小，相同負荷時供熱管路的直徑很大。重要的是，現(xiàn)有的金屬相變儲能熱水和熱風裝置是用空氣將熱量從儲熱體內(nèi)提取出來以加熱水，水只升溫而不沸騰汽化，即只能產(chǎn)生熱水或熱風而不能產(chǎn)生蒸汽。上述這些缺點都限制了現(xiàn)有儲能裝置的實際推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本儲能蒸汽鍋爐采用儲熱器和鍋爐一體化的結(jié)構(gòu)，由電熱元件、金屬相變儲能材料、殼體及保溫層組成，其特征是電熱元件直接放置于金屬相變儲能材料之中；金屬相變儲能材料與水置于殼體內(nèi)，中間用隔板將其分開；殼體外包覆保溫層。該鍋爐的能量傳遞過程為加熱過程中電加熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給與之接觸的金屬相變儲能材料并儲存起來，使儲能材料溫度升高，溫度到達熔點后熔化，以顯熱和潛熱的方式將熱量儲存起來；提熱時，儲存于金屬相變儲能材料中的熱量通過金屬相變儲能材料與水之間的隔板傳遞給水，使水溫升高并最終至沸騰產(chǎn)生蒸汽，蒸汽壓力可控。本鍋爐采用的金屬相變儲能材料為鋁基二元合金鋁硅、三元合金鋁硅鐵、鋁硅鎂、鋁鎂鋅之一或其混合物，儲能密度可以達到2000～3000MJ/m3，工作溫度為360～600℃。利用上述合金作為儲能材料設(shè)計制造的金屬相變儲能蒸汽鍋爐具有體積小，效率高，壽命長和良好的性能價格比。裝置的熱效率根據(jù)儲能量大小和供熱型式，可達92～98％。因此本發(fā)明克服了現(xiàn)有儲能式熱風裝置和儲能熱水鍋爐而不能供應(yīng)蒸汽的缺點，使其具有良好的工程實用價值。與公知技術(shù)相比本發(fā)明具有的優(yōu)點及積極效果(1)結(jié)構(gòu)緊湊，加工方便；(2)產(chǎn)生的蒸汽壓力和溫度可控；(3)可自動調(diào)整加熱面積，適合提熱需要。


圖1為金屬相變儲能蒸汽鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖。從圖1可看出，本鍋爐由以下的主要組件組成電熱元件(1)、金屬相變儲能材料(2)、殼體(3)、隔板(4)及保溫層(5)；電熱元件直接放置于金屬相變儲能材料之中；金屬相變儲能材料與水置于殼體內(nèi)，中間用隔板將其分開；殼體外包覆保溫層。電加熱元件采用低發(fā)熱密度的管式發(fā)熱元件，保護管由耐熱合金制成，并在外表噴涂特制的高溫防腐涂料或氧化鋁涂層。殼體及隔板由碳鋼或不銹鋼制成，殼體及隔板內(nèi)外壁噴涂特制的高溫防腐涂料。采用保溫材料優(yōu)化組合成多層結(jié)構(gòu)的高效保溫層對儲能蒸汽鍋爐進行保溫。
具體實施例方式
實施例1將Al-Si合金作為儲能材料，按圖1說明中所述要點設(shè)計、加工和安裝組成一臺金屬相變儲能蒸汽鍋爐，其儲能能力折合電量為7.6KWh。該鍋爐由電熱元件(1)、金屬相變儲能材料(2)、殼體(3)、隔板(4)、保溫層(5)和壓力控制調(diào)節(jié)器組成；電熱元件直接放置于金屬相變儲能材料之中；金屬相變儲能材料與水置于殼體內(nèi)，中間用隔板將其分開；殼體外包覆保溫層。電加熱元件采用低發(fā)熱密度的管式發(fā)熱元件，保護管由耐熱合金制成，并在外表噴涂特制的高溫防腐涂料或氧化鋁涂層。殼體及隔板由碳鋼或不銹鋼制成，殼體及隔板內(nèi)外壁噴涂特制的高溫防腐涂料。采用保溫材料優(yōu)化組合成多層結(jié)構(gòu)的高效保溫層對儲能式熱水器進行保溫。該鍋爐的能量傳遞過程為加熱過程電加熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給與之接觸的金屬相變儲能材料并儲存起來，使儲能材料溫度升高，溫度到達熔點后熔化儲能；提熱時，儲存于金屬相變儲能材料中的熱量通過隔板傳遞給鍋爐內(nèi)的水使水溫升高，最終沸騰產(chǎn)生蒸汽。該鍋爐的電熱元件功率為3kW，加熱2.8小時金屬相變儲能材料被加熱至融化。鍋爐的供熱功率為7-10kW，可在25℃水溫升的情況下以5-10升/分鐘的流量連續(xù)供應(yīng)常壓蒸汽1.3個小時。鍋爐外填充納米保溫材料、硅酸鋁纖維和玻璃纖維等作為多層保溫結(jié)構(gòu)。對整個鍋爐運行測試表明，熱效率達92.4％。裝置運行一年來，性能穩(wěn)定，供熱功率幾乎沒有變化。
實施例2將Al-Si-Mg合金作為儲能材料，按圖1說明中所述要點設(shè)計、加工和安裝組成一臺金屬相變儲能蒸汽鍋爐，其儲能能力折合電量為22.5KWh。該鍋爐由電熱元件(1)、金屬相變儲能材料(2)、殼體(3)、隔板(4)、保溫層(5)和壓力調(diào)節(jié)器(6)組成；電熱元件直接放置于金屬相變儲能材料之中；金屬相變儲能材料與水置于殼體內(nèi)，中間用隔板將其分開；殼體外包覆保溫層。電加熱元件采用低發(fā)熱密度的管式發(fā)熱元件，保護管由耐熱合金制成，并在外表噴涂特制的高溫防腐涂料。殼體及隔板由碳鋼或不銹鋼制成，殼體及隔板內(nèi)外壁噴涂氧化鋁涂層。采用保溫材料優(yōu)化組合成多層結(jié)構(gòu)的高效保溫層對儲能蒸汽鍋爐進行保溫。該鍋爐的能量傳遞過程為加熱過程由加熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給與之接觸的金屬相變儲能材料并儲存起來，使儲能材料溫度升高，溫度到達熔點后熔化儲能；提熱時，儲存于金屬相變儲能材料中的熱量通過隔板傳遞給鍋爐內(nèi)的水使水溫升高，最終沸騰產(chǎn)生蒸汽。該鍋爐的電熱元件功率為5kW，加熱5.1小時則金屬相變儲能材料加熱至融化。鍋爐的供熱功率為8-12kW，可在25℃水溫升的情況下以5-10升/分鐘的流量連續(xù)供應(yīng)1.2M Pa，104℃蒸汽3.2個小時。鍋爐外填充納米保溫材料、硅酸鋁纖維和玻璃纖維等作為多層保溫結(jié)構(gòu)。對整個鍋爐運行測試表明，熱效率達93.6％。裝置運行一年來，性能穩(wěn)定，供熱功率幾乎沒有變化。
權(quán)利要求
1.一種金屬相變儲能蒸汽鍋爐，由電熱元件、金屬相變儲能材料、殼體及保溫層組成，其特征是電熱元件直接放置于金屬相變儲能材料之中；金屬相變儲能材料與水置于殼體內(nèi)，中間用隔板將其分開；殼體外包覆保溫層。
2.一種金屬相變儲能蒸汽鍋爐，以熔點為360～590℃的金屬作為儲能材料，其特征是金屬為鋁基二元合金鋁硅、三元合金鋁硅鐵、鋁硅鎂、鋁鎂鋅之一或其混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬相變儲能蒸汽鍋爐，其特征是管式電熱元件采用3-4W/cm3低功率密度的管式發(fā)熱元件，管外表面噴涂特制的高溫防腐涂料或氧化鋁涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬相變儲能蒸汽鍋爐，其特征是金屬相變儲能材料與水通過它們之間隔板的導(dǎo)熱進行熱交換，產(chǎn)生的蒸汽其壓力通過壓力自動調(diào)節(jié)伐和安全伐調(diào)控。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬相變儲能蒸汽鍋爐，其特征是盛裝金屬相變儲能材料的容器即殼體容器是由碳鋼或1Cr18Ni9Ti不銹鋼制成，在外表噴涂特制的高溫防腐涂料或氧化鋁涂層。
全文摘要
一種金屬相變儲能蒸汽鍋爐，由電熱元件(1)、金屬相變儲能材料(2)、殼體(3)、隔板(4)、保溫層(5)和壓力控制調(diào)節(jié)器組成；電熱元件直接放置于金屬相變儲能材料之中；金屬相變儲能材料與水置于殼體內(nèi)，中間用隔板將其分開；殼體外包覆保溫層。電熱元件采用低發(fā)熱密度的管式發(fā)熱元件，保護管由耐熱合金制成，并在外表噴涂特制的高溫防腐涂料或氧化鋁涂層。殼體及隔板由碳鋼或不銹鋼制成，殼體及隔板內(nèi)外壁噴涂特制的高溫防腐涂料或氧化鋁涂層。采用保溫材料優(yōu)化組合成多層結(jié)構(gòu)的高效保溫層對儲能蒸汽鍋爐進行保溫。該鍋爐的能量傳遞過程為加熱過程電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給與之接觸的金屬相變儲能材料并儲存起來，使儲能材料溫度升高，溫度到達熔點后熔化儲能；提熱時，儲存于金屬相變儲能材料中的熱量通過隔板傳遞給鍋爐內(nèi)的水使水溫升高，最終沸騰產(chǎn)生蒸汽，蒸汽壓力和溫度可控。鍋爐外填充保溫多層結(jié)構(gòu)，鍋爐熱效率達90％以上。
文檔編號F22B1/00GK101067488SQ20071002798
公開日2007年11月7日 申請日期2007年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月14日
發(fā)明者張仁元, 陳觀生, 柯秀芳, 毛凌波, 李風, 朱文潔, 陳梟 申請人:廣東工業(yè)大學