一種儲熱裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種儲熱裝置。所述儲熱裝置包括盤管式換熱管道、儲熱室箱體、保溫材料、相變儲熱單元和液體顯熱儲熱材料，其中儲熱室箱體外設(shè)置有保溫材料，盤管式換熱管道位于儲熱室箱體的內(nèi)部，與儲熱室箱體的頂部連接，相變儲熱單元分布在儲熱室箱體的內(nèi)部，與儲熱式箱體的底部連接，液體顯熱儲熱材料填充于盤管式換熱管道與相變儲熱單元之間。該儲熱裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，儲熱密度大，更換換熱管道與儲熱材料方便，蓄熱/換熱效率高，輸入輸出溫度穩(wěn)定的特點(diǎn)。
【專利說明】一種儲熱裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種儲熱裝置，特別涉及一種中溫顯熱-潛熱復(fù)合儲熱裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]能源資源是全球人類賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著高能耗全球工業(yè)化的迅猛發(fā)展，能源短缺問題越來越為人們所關(guān)注，以原油價(jià)格暴漲為標(biāo)志的“能源危機(jī)”、“溫室效應(yīng)”和環(huán)境污染日益影響著人們的生活。我國可再生能源非常豐富，可開發(fā)的風(fēng)能資源為
2.5X108kW，水能資源7.54X 104 kW和豐富的太陽能自資源，然而我國人口眾多，人均資源占有量相當(dāng)于世界平均水平的一半，人均能源消費(fèi)量過低，嚴(yán)重影響我國的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和人民生活水平的提高。
[0003]全世界均同意致力于研究開發(fā)清潔能源技術(shù)，合理利用太陽能、海洋能、風(fēng)能、余熱和廢熱等清潔能源。太陽能存在間斷性、稀薄性和輻射量不穩(wěn)定性，日照中午較強(qiáng)早晚弱，夜晚不能用來發(fā)電；許多工業(yè)生產(chǎn)過程中余熱、廢熱的排放是不連續(xù)的；隨著人們的工作和生活環(huán)境要求提高，采暖、通風(fēng)和空調(diào)的用能急劇增長，導(dǎo)致電網(wǎng)風(fēng)負(fù)荷的峰谷差過大。從節(jié)能和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，為了保持滿足生產(chǎn)和生活中對能源供熱和供電的連續(xù)、穩(wěn)定的要求，調(diào)節(jié)能量供給與需求的失配，關(guān)鍵在于解決能量貯存和熱交換問題。
[0004]在儲熱裝置的研究方面，國內(nèi)外一些學(xué)者對相變儲熱同心套管、圓柱狀或板狀等儲熱裝置進(jìn)行了理論傳熱分析。盡管國內(nèi)外已對換熱裝置有了一定程度的研究，但是由于儲熱器結(jié)構(gòu)形式、儲熱材料選取及封裝方式的不同，儲熱存在相變儲熱性能研究和運(yùn)行實(shí)踐還存在不足，仍然有著許多未解決的問題，比如換熱過程中輸出溫度不穩(wěn)定、換熱效率低和裝置復(fù)雜等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種儲熱裝置，該儲熱裝置結(jié)構(gòu)簡單，儲熱密度大，更換換熱管道與儲熱材料方便，儲/換熱效率高，輸入輸出溫度穩(wěn)定。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種儲熱裝置，所述儲熱裝置包括換熱管道、儲熱室箱體、保溫材料、相變儲熱單元和液體顯熱儲熱材料，其中儲熱室箱體外設(shè)置有保溫材料，換熱管道位于儲熱室箱體的內(nèi)部，與儲熱室箱體的頂部連接，相變儲熱單元分布在儲熱室箱體的內(nèi)部，與儲熱式箱體的底部連接，液體顯熱儲熱材料填充于盤管式換熱管道與相變儲熱單元之間。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:采用上述結(jié)構(gòu)，便于更換不同類型的換熱管道和儲熱材料，結(jié)構(gòu)簡單；采用相變儲熱材料和液體顯熱儲熱材料作為儲熱介質(zhì)復(fù)合儲熱，提高了儲熱裝置的儲熱密度，儲熱裝置的成本和體積大大減??；不同相變點(diǎn)的相變儲熱材料均勻分布在儲熱室箱體內(nèi)部，輸出溫度穩(wěn)定；儲熱裝置熱交換過程充分、可逆，換熱速度快、換熱效率聞?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的儲熱裝置的剖面圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的儲熱裝置的立體圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的儲熱裝置的無蓋立體圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的盤管式換熱管道的立體圖。
[0009]圖中:I—換熱管道，2—儲熱室箱體，3—保溫材料，4—相變儲熱單元，5—液體儲熱材料。
【具體實(shí)施方式】
[0010]為了使本發(fā)明的技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚，從而更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0011]圖1所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的儲熱裝置的剖面圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的儲熱裝置的立體圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的儲熱裝置的無蓋立體圖。儲熱裝置包括換熱管道1、儲熱室箱體2、保溫材料3、相變儲熱單元4和液體顯熱儲熱材料5。儲熱室箱體2外設(shè)置保溫材料3 ;換熱管道I位于儲熱室箱體2內(nèi)部，與儲熱室箱體2的頂部連接；相變儲熱單元4分布在儲熱室箱體2內(nèi)，與儲熱室箱體2的底部連接；液體顯熱儲熱材料5填充于換熱管道I與相變儲熱單元4之間。
[0012]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的盤管式換熱管道的立體圖。在一個(gè)實(shí)施例中，換熱管道I為盤管式換熱管道。換熱管道I中的傳熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油。在一個(gè)實(shí)施例中，液體顯熱儲熱材料5為導(dǎo)熱油。液體顯熱儲熱材料5既可以作為儲熱材料儲熱，又可以充當(dāng)相變儲熱單元4和換熱管道I之間的換熱介質(zhì)起傳熱作用。儲熱室箱體2為圓柱體。在一個(gè)實(shí)施例中，保溫材料3為礦渣棉。
[0013]相變儲熱單元4包括儲熱材料盛裝容器和相變儲熱材料。相變儲熱單元個(gè)數(shù)為3-300個(gè)，相變儲熱單元內(nèi)可以封裝不同相變點(diǎn)的相變儲熱材料，均勻分布在儲熱室箱體內(nèi)。相變儲熱材料可根據(jù)熱源溫度和應(yīng)用溫度調(diào)整。相變儲熱單元4占儲熱室箱體2的容積的60-80%，液體顯熱儲熱材料5的體積占所述儲熱室箱體2的容積的10%-30%。儲熱材料盛裝容器為不銹鋼管，鋼管直徑為40-100_，壁厚3_。
[0014]以下為相變儲熱單元4封裝不同相變儲熱材料的實(shí)施例:
實(shí)施例1:
儲熱室箱體2尺寸為:直徑lm，高2m。作為相變儲熱單元4，不銹鋼管直徑為40mm，壁厚3_，總高度2m，并與儲熱室箱體2的底部連接。相變儲熱單元4總個(gè)數(shù)為283個(gè)，占儲熱室箱體2的容積的60%，液體顯熱儲熱材料5占儲熱室箱體2的容積的30%，換熱管道I占儲熱室箱體2的容積的10%。
[0015]283個(gè)相變儲熱單元4中，有100個(gè)相變儲熱單元4封裝的相變儲熱材料為NaN03-46KN03 ;有100個(gè)相變儲熱單元4封裝的相變儲熱材料為Sn_9Zn ;有83個(gè)相變儲熱單元4封裝的相變儲熱材料為LiN03-43NaN03。液體顯熱儲熱材料4為導(dǎo)熱油。換熱管道I中的傳熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油。NaN03-46KN03密度為2000kg/m3，相變潛熱為117kJ/kg，相變溫度為222°C。低熔點(diǎn)合金Sn-9Zn密度為7380 kg/m3,相變潛熱為65.8kJ/kg,相變溫度為198°C。LiN03-43NaN03密度為1700 kg/m3，相變潛熱為265kJ/kg，相變溫度為194°C。導(dǎo)熱油密度為868.5 kg/m3。
[0016]儲熱裝置充熱時(shí)，將經(jīng)過太陽能或工業(yè)余熱加熱的導(dǎo)熱油從進(jìn)油管導(dǎo)入到換熱裝置內(nèi)，通過高溫導(dǎo)熱油直接加熱液體顯熱儲熱材料5，直接或間接加熱相變儲熱單元4封裝的相變儲熱材料。其中，LiN03-43NaN03首先發(fā)生相變儲存熱量，溫度進(jìn)一步升高時(shí)，Sn_9Zn和NaN03-46KN03依次發(fā)生相變儲存熱量。由于儲熱單元中封裝不同相變點(diǎn)的儲熱材料，儲熱裝置在材料相變點(diǎn)區(qū)間內(nèi)充熱效率高，因而提高了儲熱系統(tǒng)的充熱效率。
[0017]當(dāng)需要利用熱能時(shí)，通過出油管輸入常溫導(dǎo)熱油到儲熱室內(nèi)，熔融狀態(tài)儲熱材料凝固釋放熱量，儲熱材料按凝固點(diǎn)由高到底依次凝固，保證在儲熱材料相變點(diǎn)溫度區(qū)間輸出溫度穩(wěn)定，儲熱材料在相變點(diǎn)區(qū)間內(nèi)放熱效率高，提高了儲熱系統(tǒng)的放熱效率。
[0018]儲熱裝置在150-300°C之間總儲熱量為7.45X 105 kj。充熱時(shí)，導(dǎo)熱油入口溫度為300°C，導(dǎo)熱油在管內(nèi)流速為0.5m/s，熱交換后出口油溫為100°C ;放熱時(shí)，導(dǎo)熱油入口溫度為25°C，導(dǎo)熱油在管內(nèi)流速為0.5m/s，熱交換后出口油溫為190°C。儲熱裝置內(nèi)熱交換充分、可逆，且該裝置在150°C以上熱量輸入輸出穩(wěn)定，換熱效率可達(dá)95%，可作為太陽能熱利用、工業(yè)余熱回收等的儲熱裝置。
[0019]實(shí)施例2:
實(shí)施例2與實(shí)施例1大致相同，不同之處在于:作為相變儲熱單元4，不銹鋼管直徑為70mm,壁厚3mm，總高度2m，相變儲熱單元4總個(gè)數(shù)為121個(gè)，其中45個(gè)封裝NaN03_46KN03 ；45個(gè)封裝Sn-9Zn ；31個(gè)封裝LiN03_43NaN03，相變儲熱單元4的體積占儲熱室箱體2的容積的70%，液體顯熱儲熱材料5的體積占儲熱室箱體2的容積的20%,換熱管道I占儲熱室箱體2的容積的10%。儲熱裝置在150-300°C之間總儲熱量為9.59 X IO6 kj。充熱時(shí)，導(dǎo)熱油入口溫度為300°C，導(dǎo)熱油在管內(nèi)流速為0.5m/s，熱交換后出口油溫為110°C;放熱時(shí)，導(dǎo)熱油入口溫度為25°C，導(dǎo)熱油在管內(nèi)流速為0.5m/s，熱交換后出口油溫為185°C。儲熱裝置內(nèi)熱交換充分、可逆，該裝置在150°C以上熱量輸入輸出穩(wěn)定,換熱效率可達(dá)92%，可作為太陽能熱利用、工業(yè)余熱回收等的儲熱裝置。
[0020]實(shí)施例3:
實(shí)施例3與實(shí)施例1大致相同，不同之處在于:作為相變儲熱單元4，不銹鋼管直徑為100mm,壁厚3mm，總高度2m，相變儲熱單元4總個(gè)數(shù)為72個(gè)，其中25個(gè)封裝NaN03_46KN03 ；25個(gè)封裝Sn-9Zn ；22個(gè)封裝LiN03_43NaN03，相變儲熱單元4的體積占儲熱室箱體2的容積的80%，液體顯熱儲熱材料5的體積占儲熱室箱體2的容積的10%，盤管換熱管道的體積占儲熱室箱體2的容積的10%。儲熱裝置在150-300°C之間總儲熱量為175X 107 kj。充熱時(shí)，導(dǎo)熱油入口溫度為300°C，導(dǎo)熱油在管內(nèi)流速為0.5m/s，熱交換后出口油溫為125°C ;放熱時(shí)，導(dǎo)熱油入口溫度為25°C，導(dǎo)熱油在管內(nèi)流速為0.5m/s，熱交換后出口油溫為172°C。儲熱裝置內(nèi)熱交換充分、可逆，該裝置在150°C以上熱量輸入輸出穩(wěn)定，換熱效率可達(dá)91%，可作為太陽能熱利用、工業(yè)余熱回收等的儲熱裝置。
[0021]實(shí)施例4:
實(shí)施例4與實(shí)施例1大致相同，不同之處在于:相變儲熱單元4封裝的相變儲熱材料分別為季戊四醇(PE)和Sn-38%Pb，季戊四醇(PE)密度為1400 kg/m3，相變潛熱為211kJ/kg，相變溫度為254-261 °C ;低熔點(diǎn)合金Sn_38%Pb密度為7380 kg/m3,相變潛熱為37.3kJ/kg，相變溫度為180.9 °C，熱導(dǎo)率為7.7 ff/m? k。作為相變儲熱單元4，不銹鋼管直徑為40mm，壁厚3mm，總高度2m，與儲熱室底部連接，相變儲熱單元4總個(gè)數(shù)為283個(gè)，其中季戊四醇相變儲熱單元150個(gè)，Sn-38%Pb相變儲熱單元133個(gè)，相變儲熱單元4的體積占儲熱室箱體2的容積的60%，液體顯熱儲熱材料5的體積占儲熱室箱體2的容積的30%，盤管換熱管道的體積占儲熱室箱體2的容積的10%。
[0022]儲熱裝置在150-300°C之間總儲熱量為5.38X IO6 kj。充熱時(shí)，導(dǎo)熱油入口溫度為300°C，導(dǎo)熱油在管內(nèi)流速為0.5m/s，熱交換后出口油溫為130°C ;放熱時(shí)，導(dǎo)熱油入口溫度為25°C，導(dǎo)熱油在管內(nèi)流速為0.5m/s，熱交換后出口油溫為190°C，儲熱裝置內(nèi)熱交換充分、可逆，該裝置在150°C以上熱量輸入輸出穩(wěn)定,換熱效率可達(dá)94%，可作為太陽能熱利用、工業(yè)余熱回收等的儲熱裝置。
[0023]實(shí)施例5:
實(shí)施例5與實(shí)施例4大致相同，不同之處在于:不同之處在于:作為相變儲熱單元4，不銹鋼管直徑為70mm，壁厚3mm，總高度2m，相變儲熱單元總個(gè)數(shù)為120個(gè)，封裝季戊四醇和Sn-38%Pb的相變儲熱單元各占一半，相變儲熱單元4的體積占儲熱室箱體2的容積的70%，液體顯熱儲熱材料5的體積占儲熱室箱體2的容積的20%，盤管換熱管道的體積占儲熱室箱體2的容積的10%。儲熱裝置在150-300°C之間總儲熱量為6.88X 106kJ。充熱時(shí)，導(dǎo)熱油入口溫度為300°C，導(dǎo)熱油在管內(nèi)流速為0.5m/s，熱交換后出口油溫為120°C ;放熱時(shí)，導(dǎo)熱油入口溫度為25°C，導(dǎo)熱油在管內(nèi)流速為0.5m/s，熱交換后出口油溫為175°C。儲熱裝置內(nèi)熱交換充分、可逆，該裝置在150°C以上熱量輸入輸出穩(wěn)定,換熱效率可達(dá)91%，可作為太陽能熱利用、工業(yè)余熱回收等的儲熱裝置。[0024]實(shí)施例6:
實(shí)施例6與實(shí)施例4大致相同，不同之處在于:作為相變儲熱單元4，不銹鋼管直徑為100_，壁厚3_，總高度2m，相變儲熱單元總個(gè)數(shù)為72個(gè)，封裝季戊四醇和Sn_38%Pb的相變儲熱單元各占一半，相變儲熱單元4的體積占儲熱室箱體2的容積的80%，液體顯熱儲熱材料5的體積占儲熱室箱體2的容積的10%，盤管換熱管道的體積占儲熱室箱體2的容積的10%。儲熱裝置在150-300°C之間總儲熱量為9.10X106kJ。充熱時(shí)，導(dǎo)熱油入口溫度為300°C，導(dǎo)熱油在管內(nèi)流速為0.lm/s，熱交換后出口油溫為130°C;放熱時(shí)，導(dǎo)熱油入口溫度為25°C,導(dǎo)熱油在管內(nèi)流速為0.lm/s,熱交換后出口油溫為160°C。儲熱裝置內(nèi)熱交換充分、可逆，該裝置在150°C以上熱量輸入輸出穩(wěn)定,換熱效率可達(dá)90%，可作為太陽能熱利用、工業(yè)余熱回收等的儲熱裝置。
[0025]本發(fā)明裝置采用相變儲熱材料和液體顯熱儲熱材料進(jìn)行復(fù)合儲熱，可以針對不同熱源溫度及使用溫度需求，填充多種不同相變點(diǎn)的相變儲熱材料，從而達(dá)到換熱過程中輸出溫度穩(wěn)定；采用盤管式換熱管道均勻分布在相變儲熱材料周圍，液體顯熱儲熱材料填充于換熱管道與圓柱狀鋼管的間隙處，既可以作為儲熱材料儲熱，又可以充當(dāng)相變材料和傳熱介質(zhì)之間的換熱介質(zhì)起傳熱作用，方便更換換熱管道與儲熱材料，且提高了換熱裝置的換熱效率。該發(fā)明裝置可作為太陽能熱利用、工業(yè)余熱回收等的儲熱裝置。
【權(quán)利要求】
1.一種儲熱裝置，其特征在于它包括換熱管道(I)、儲熱室箱體(2)、保溫材料(3)、相變儲熱單元(4)和液體顯熱儲熱材料(5)，其中所述儲熱室箱體(2)外設(shè)置有所述保溫材料(3)，所述換熱管道(I)位于所述儲熱室箱體(2)的內(nèi)部，并與所述儲熱室箱體(2)的頂部連接，所述相變儲熱單元(4)分布在所述儲熱室箱體(2)的內(nèi)部，與所述儲熱室箱體(2)的底部連接，所述液體顯熱儲熱材料(5)填充于所述換熱管道(I)與所述相變儲熱單元(4)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲熱裝置，其特征在于:所述相變儲熱單元(4)包括儲熱材料盛裝容器和相變儲熱材料，其中所述相變儲熱材料封裝在所述儲熱材料盛裝容器內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲熱裝置，其特征在于:所述相變儲熱單元(4)個(gè)數(shù)為3-300個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲熱裝置，其特征在于:所述相變儲熱單元(4)的體積占所述儲熱室箱體(2)的容積的60-80%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲熱裝置，其特征在于:所述液體顯熱儲熱材料(5)的體積占所述儲熱室箱體(2)的容積的10%-30%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儲熱裝置，其特征在于:不同的所述相變儲熱單元(4)內(nèi)可以封裝不同相變點(diǎn)的所述相變儲熱材料。
【文檔編號】F28D20/02GK103940279SQ201310025636
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月22日
【發(fā)明者】程曉敏, 李元元, 李翠, 王啟揚(yáng), 朱教群, 周衛(wèi)兵 申請人:武漢理工大學(xué)