CN102910104A - 一种复合式相变储能移动供热车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式相变储能移动供热车，特征是包括载重汽车本体，其包括保温车厢，在保温车厢内设置有高、中、低温相变蓄热器，各相变蓄热器包括机壳，在机壳内分别设置有相应的相变材料和换热器，各相变蓄热器通过基座固定连接在车架上；高、中、低温相变蓄热器的换热器之间通过连接管路依次连接，高温相变蓄热器的换热器设置有外接口，低温相变蓄热器的换热器也设置有外接口。本发明采用高、中、低温相变蓄热器依次顺序串连，在充热时，能实现不同温度梯度的余热或富余热的回收；在放热时，能产生不同温度的蒸汽或热水。本发明能大幅提高移动供热装置的蓄热能力，以及缩短充放热时间。

Description

一种复合式相变储能移动供热车

技术领域

本发明涉及一种相变蓄热移动供热车，属于移动供热和相变蓄热领域。

背景技术

当前我国能源利用效率较低，大量的废热、余热未能有效利用而被白白浪费掉，这种现象主要是热能回收装备技术落后造成的。随着工业技术进步和人民生活水平的提高，对热能的需求日益增大，各地的热力企业提供的热水或蒸汽管网供用距离和覆盖面有限，一些无法获得热力供用的用户需要自建燃煤、燃油以及燃气锅炉等来产生热能，涉及环保、安全、热能利用率低、生产和维护成本高等问题。很多工业生产过程中，同时存在不同温度的废热水、废气等，需要采用合理手段同时进行不同温度梯度余热的回收。有些热力公司在冬季供热旺季时，需求负荷大于供用能力，但在夏季供热淡季时，需求负荷远小于供用能力，经常需要降低锅炉的负荷进行运行，而低负荷运行的锅炉转换效率又较低，如果夏季多余的热负荷能被合理利用，既可以提高锅炉的热效率，又可增加新的经济效益。目前解决不同温度梯度余热回收利用以及热能供给与需求失配矛盾最好方式是采用储热技术。

能源的输送归纳起来可以分为三类，第一类是依靠交通工具进行燃料的输送；第二类是通过管网进行燃料或热能的输送；第三类是近年来刚刚兴起的移动储能供热。移动储能供热是指利用储能材料和装置进行热能的吸收、储存和释放，实现热能的运输和合理化使用。目前主要采用相变蓄热模块与货柜汽车相结合构成移动式热能储运装置，将钢铁厂、化工厂、火力发电厂等企业生产过程中提供的废气、余热进行热能回收，通过该装置运送到用户端，从而实现无热力管网的热能输送。

当前出现的移动供热装置普遍存在储热能力偏低、热回收效率不高、充放热时间长以及储热温度低等问题，主要是由于储热材料的相变温度、储能密度和导热系数均较低，以及结构设计不合理造成的。现有相变储能材料的种类很多，根据化学成份大致分为无机相变材料、有机相变材料以及复合相变材料三大类。无机相变材料主要指碱及碱土金属的氯化物、硝酸盐、磷酸盐等，其具有相变潜热大、导热系数高、相变时体积变化小、价格便宜等优点，缺点是容易发生过冷和相分离现象、腐蚀性较大。有机相变材料主要包括石蜡、有机酸和其他有机物，具有不易过冷和相分离、腐蚀性小、性能稳定等优点，但存在导热系数低、材料密度小、易挥发、单位体积储能能力差、价格较高等缺点。

由上述可见，现有技术中的移动供热装置还有待于更进一步的改进。

发明内容

本发明的任务在于解决现有技术中的移动供热装置存在的技术缺陷，提供一种复合式相变储能移动供热车。

其技术解决方案是：

一种复合式相变储能移动供热车，包括载重汽车本体，载重汽车本体包括保温车厢，在保温车厢内设置有高温相变蓄热器、中温相变蓄热器和低温相变蓄热器，高温相变蓄热器包括机壳一，在机壳一内设置有高温相变材料和换热器一，中温相变蓄热器包括机壳二，在机壳二内设置有中温相变材料和换热器二，低温相变蓄热器包括机壳三，在机壳三内设置有低温相变材料和换热器三，上述各相变蓄热器通过基座固定连接在车架上；上述高温相变蓄热器的换热器一、中温相变蓄热器的换热器二和低温相变蓄热器的换热器三之间通过连接管路依次连接，高温相变蓄热器的换热器一的另一端口作为高温相变蓄热器的外接口，低温相变蓄热器的换热器三的另一端口作为低温相变蓄热器的外接口。

上述高温相变蓄热器的外接口配置有开关阀一、体积流量计、温度表和压力表，低温相变蓄热器的外接口配置有开关阀二、温度表和压力表；上述各相变蓄热器均设置有温度表、压力表和安全阀。

上述高温相变蓄热器的相变温度为160～350℃，中温相变蓄热器的相变温度为100～160℃，低温相变蓄热器的相变温度为50～100℃。

上述各相变蓄热器的机壳的外壁包覆有保温层，上述连接管路也包覆有保温层。

上述各换热器为光滑管束换热器，光滑管束换热器配置有管束隔板。

上述基座是采用碳钢制成的。

上述各相变蓄热器的机壳为圆柱形，基座的顶部设置有与之相适配的弧形槽口，机壳坐于基座的顶部，机壳与基座焊接在一起。

上述高温相变材料是采用糖醇类有机物与泡沫铜制成的复合材料，相变温度为205℃，相变潜热为250KJ/kg，导热系数为1.5W/(m·k)；中温相变材料是采用有机酸与泡沫铜制成的复合材料，相变温度为135℃，相变潜热为210KJ/kg，导热系数约2.5W/(m·k)；低温相变材料是采用石蜡与泡沫铜制成的复合材料，相变温度为60℃，相变潜热为180KJ/kg，导热系数约为3.2W/(m·k)。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明包括低温相变蓄热器、中温相变蓄热器、高温相变蓄热器、载重汽车本体等。低、中、高温相变蓄热器内均可设置光滑管束换热器，采用连接管路将低、中、高温相变蓄热器按顺序连接起来，并采用基座将它们固定在载重汽车本体的车架上。各相变蓄热器和连接管路包敷有保温层，能够降低蓄热器的热量损失，保证蓄热器的蓄热及放热的高效性。低、中、高温相变蓄热器内分别填充储能密度大、导热系数高、腐蚀性较小、成本较低、性能稳定的不同相变温度的复合相变材料，低、中、高温相变材料的温度范围分别为50～100℃、100～160℃、160～350℃，根据具体的应用场景，可以由三个以上的具有温度梯度的相变蓄热器（单元）构成，复合相变材料采用有机物与金属泡沫复合而成。充热时，将高温流体与高温相变蓄热器的外接口（管道口）相连，高温流体会依次经过高、中、低温相变蓄热器，流体的温度呈梯级降低，流体从低温相变蓄热器管道口流出，热量可以较大限度的被相变材料吸收，当高、中、低温相变材料的温度分别超过相变材料的相变温度后停止加热；放热时，将冷水与低温相变蓄热器的外接口（管道口）相连，冷水反方向依次经过低、中、高温相变蓄热器，冷水的温度呈梯级增加，冷水会被逐步加热成热水或蒸汽从高温相变蓄热器管道口流出，可以根据用户要求产生高、中、低温蒸汽或热水。当热水或蒸汽温度低于用户要求温度后停止冷水供给。换热及使用过程的温度、压力、流量等数据通过传感器测量与监控。

具体表现在：

1、本发明采用高、中、低温相变蓄热器依次顺序串连，在充热时，能实现不同温度梯度的余热或富余热的回收；在放热时，能产生不同温度的蒸汽或热水。

2、本发明采用储能密度较高、导热吸收较高、腐蚀性较小、成本较低、性能稳定的复合相变材料，大大提高了移动供热装置的蓄热能力，缩短了充放热时间。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的结构原理示意图。

图2示出了图1方式中的某一个（中温）相变蓄热器的一个端面结构。

图3示出了图1方式中的某一个（中温）相变蓄热器的另一个端面结构。

图4示出了图1方式中的基座的剖面结构。

图中1．载重汽车本体，2．保温车厢，3．换热器，4．安全阀5．高温相变蓄热器，6．中温相变蓄热器，7．低温相变蓄热器，8．开关阀，9．高温相变材料，10．管束隔板，11．中温相变材料，12．低温相变材料，13．基座，14．体积流量计，15．压力表，16．温度表，17．高温相变蓄热器的外接口，18．低温相变蓄热器的外接口，19．中温相变蓄热器一侧的端接口，20．中温相变蓄热器另一侧的端接口。

具体实施方式

结合图1、图2、图3与图4，一种复合式相变储能移动供热车，包括载重汽车本体1，载重汽车本体包括保温车厢2，在保温车厢内设置有高温相变蓄热器5、中温相变蓄热器6和低温相变蓄热器7。上述高温相变蓄热器包括机壳一，在机壳一内设置有高温相变材料9和换热器一。中温相变蓄热器包括机壳二，在机壳二内设置有中温相变材料11和换热器二。低温相变蓄热器包括机壳三，在机壳三内设置有低温相变材料12和换热器三。上述高温相变蓄热器、中温相变蓄热器和低温相变蓄热器通过基座13固定连接在车架上；优选地，上述各相变蓄热器的机壳可为圆柱形，基座的顶部设置有与之相适配的弧形槽口，机壳坐于基座的顶部，机壳与基座焊接在一起。上述高温相变蓄热器的换热器一、中温相变蓄热器的换热器二和低温相变蓄热器的换热器三之间通过连接管路依次连接，高温相变蓄热器的换热器一的另一端口作为高温相变蓄热器的外接口，低温相变蓄热器的换热器三的另一端口作为低温相变蓄热器的外接口。

优选地，上述各换热器3，即换热器一、二、三均为光滑管束换热器。

优选地，上述高温相变蓄热器的外接口17配置有开关阀一和体积流量计14、温度表和压力表；低温相变蓄热器的外接口18配置有开关阀二、温度表16和压力表15。上述各相变蓄热器均设置有温度表、压力表和安全阀。

优选地，上述高温相变蓄热器的相变温度为160～350℃，中温相变蓄热器的相变温度为100～160℃，低温相变蓄热器的相变温度为50～100℃。

优选地，上述各相变蓄热器的机壳的外壁包覆有保温层，上述连接管路也包覆有保温层。

本发明中的各相变蓄热器，如其中的中温相变蓄热器，其两个端面换热管的U形连接方式，如果中温相变蓄热器一侧的端接口19与其中的第二个相变蓄热器的出口或管道入口相接，则相变蓄热器另一侧的端接口20则与第三个相变蓄热器的入口或管道出口相接。每个相变蓄热器可配置2个基座，它一般采用碳钢材质制作。基座与各相变蓄热器采用焊接工艺结合为整体，防止相变蓄热器在运动过程中位移，基座与载重汽车本体的车架之间采用螺栓固定连接。每个相变蓄热器以及布设在车厢内的连接管路（道）均采用保温措施，保温层底层采用耐高温的岩棉、玻璃棉毡、陶瓷纤维等材料，保温最外层通常采用聚氨酯发泡材料。保温车厢的内壁也需做聚氨酯发泡隔热，减少移动过程中相变蓄热器向外界散热。管束隔板10主要起支撑换热管和减缓相变材料吸热后熔化为液体后在移动时的晃动。相变蓄热器内均装有安全阀，它主要防止相变蓄热器内的压力升高，正常情况下相变蓄热器内的相对压力为零，一般选择耐压0.2MPa内的安全阀即可。高温相变材料采用糖醇类有机物与泡沫铜的复合材料，相变温度约为205℃，相变潜热约为250KJ/kg，导热系数约为1.5W/(m·k)；中温相变材料采用有机酸与泡沫铜的复合材料，相变温度约为135℃，相变潜热约为210KJ/kg，导热系数约2.5W/(m·k)；低温相变材料采用石蜡与泡沫铜的复合材料，相变温度约为60℃，相变潜热约为180KJ/kg，导热系数约为3.2W/(m·k)。

充热时，将废气、废水或富余蒸汽与高温相变蓄热器的外接口对接，同时打开高温相变蓄热器外接口和低温相变蓄热器外接口处的开关阀，废气、废水或富余蒸汽会依次经过高温相变蓄热器、中温相变蓄热器、低温相变蓄热器，废气、废水或富余蒸汽温度会逐步降低，最后从低温相变蓄热器外接口处出来的流体温度非常低，热量被相变蓄热器充分吸收，避免了高温相变蓄热器伴随充热的进行，流出高温相变蓄热器的流体温度也会越来越高，总有部分热量不能全部被相变材料吸收而白白排掉。当高温相变蓄热器内的温度表读数大于205℃，中温相变蓄热器内的温度表读数大于135℃，低温相变蓄热器内的温度表读数大于60℃时，此时关闭高温相变蓄热器外接口处的开关阀，充热完毕。放热时，将冷水管与低温相变蓄热器的外接口对接，将高温相变蓄热器的外接口与用户保温水箱或蒸汽蓄热器对接，然后开启高温相变蓄热器外接口和低温相变蓄热器外接口处的开关阀，冷水会依次经过低温相变蓄热器、中温相变蓄热器以及高温相变蓄热器，可以通过对高温相变蓄热器外接口和低温相变蓄热器外接口处的开关阀进行控制，实现从高温相变蓄热器外接口处流出不同温度和压力的蒸汽或不同温度的热水，当高温相变蓄热器外接口和低温相变蓄热器外接口处的开关阀开度均较小时，能形成温度和压力较高的蒸汽，反之，开关阀门开度越大，蒸汽的温度和压力越低，直至逐步形成不同温度的热水。通过本发明的使用，可以给用户同时提供高、中、低温蒸汽和热水，达到了合理利用余热和解决热能供需矛盾。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出的是本专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本专利揭露范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种复合式相变储能移动供热车，其特征在于包括载重汽车本体，载重汽车本体包括保温车厢，在保温车厢内设置有高温相变蓄热器、中温相变蓄热器和低温相变蓄热器，高温相变蓄热器包括机壳一，在机壳一内设置有高温相变材料和换热器一，中温相变蓄热器包括机壳二，在机壳二内设置有中温相变材料和换热器二，低温相变蓄热器包括机壳三，在机壳三内设置有低温相变材料和换热器三，上述各相变蓄热器通过基座固定连接在车架上；上述高温相变蓄热器的换热器一、中温相变蓄热器的换热器二和低温相变蓄热器的换热器三之间通过连接管路依次连接，高温相变蓄热器的换热器一的另一端口作为高温相变蓄热器的外接口，低温相变蓄热器的换热器三的另一端口作为低温相变蓄热器的外接口。

2.根据权利要求1所述的一种复合式相变储能移动供热车，其特征在于：上述高温相变蓄热器的外接口配置有开关阀一、体积流量计、温度表和压力表，低温相变蓄热器的外接口配置有开关阀二、温度表和压力表；上述各相变蓄热器均设置有温度表、压力表和安全阀。

3.根据权利要求1所述的一种复合式相变储能移动供热车，其特征在于：上述高温相变蓄热器的相变温度为160～350℃，中温相变蓄热器的相变温度为100～160℃，低温相变蓄热器的相变温度为50～100℃。

4.根据权利要求1所述的一种复合式相变储能移动供热车，其特征在于：上述各相变蓄热器的机壳的外壁包覆有保温层，上述连接管路也包覆有保温层。

5.根据权利要求1所述的一种复合式相变储能移动供热车，其特征在于：上述各换热器为光滑管束换热器，光滑管束换热器配置有管束隔板。

6.根据权利要求1所述的一种复合式相变储能移动供热车，其特征在于：上述基座是采用碳钢制成的。

7.根据权利要求1所述的一种复合式相变储能移动供热车，其特征在于：上述各相变蓄热器的机壳为圆柱形，基座的顶部设置有与之相适配的弧形槽口，机壳坐于基座的顶部，机壳与基座焊接在一起。

8.根据权利要求1所述的一种复合式相变储能移动供热车，其特征在于：上述高温相变材料是采用糖醇类有机物与泡沫铜制成的复合材料，相变温度为205℃，相变潜热为250KJ/kg，导热系数为1.5W/(m·k)；中温相变材料是采用有机酸与泡沫铜制成的复合材料，相变温度为135℃，相变潜热为210KJ/kg，导热系数约2.5W/(m·k)；低温相变材料是采用石蜡与泡沫铜制成的复合材料，相变温度为60℃，相变潜热为180KJ/kg，导热系数约为3.2W/(m·k)。

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