CN103759565A - 一种相变蓄热和蒸汽蓄热相结合的球形蓄热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变蓄热和蒸汽蓄热相结合的球形蓄热器，包括罐体，进汽管，出汽管，充汽管，换热管，应急排压阀，补/排水管，充汽孔。罐体内壁与罐体外壁之间填充有相变蓄热材料。单纯的蒸汽蓄热，方式简单，成本低，但在释放能量时，不能在一定的温度下释放所有能量，无法达到控制温度的目的，且蓄热材料储能密度低，使相应的装置体积庞大。相变蓄热能量密度较高，而且装置简单、体积小、设计灵活。它有一个很大的优点：即相变材料在相变储能过程中，材料近似恒温，可以以此来控制体系的温度。本发明型将相变蓄热与蒸汽蓄热相结合，使蓄热器内部的温度和压力在较高品位上保持基本稳定，保证了高品位蒸汽的恒温恒压输出。

Description

一种相变蓄热和蒸汽蓄热相结合的球形蓄热器

技术领域

本发明属于余热回收利用技术领域，具体涉及一种相变蓄热和蒸汽蓄热相结合的球形蓄热器。 

背景技术：

能源是一个国家经济增长和社会发展的重要物质基础，随着人类对能源的需求量不断增大，能源问题越来越引起人们的重视。但是大多数能源存在间断性和不稳定性的特点，导致大量热量在时间与空间匹配上的不平衡性，从而使得一方面能源短缺，另一方面又有大量余热被白白浪费。

目前，国内各企业一般采用余热回收利用设备来回收工艺过程中产生的余热，用以产生低压饱和蒸汽，取得较好的经济效益。对于间断生产的余热回收系统，由于蒸汽的生产模式与蒸汽的使用模式大多数情况下不一致，因此只有采用蓄热的方式才能使回收来的蒸汽得到较充分的利用。 

传统的蒸汽蓄热，属于显热蓄热，当对蓄热介质加热时，其温度升高，内能增加，从而将热能储存起来。显热式蓄热原理十分简单，实际使用也最普遍，利用显热储热时，储热材料在储存和释放热能时，材料自身只是发生温度的变化，而不发生其他任何变化。这种储热方式简单，成本低，但在释放能量时，其温度发生连续变化，不能维持在一定的温度下释放所有能量，无法达到控制温度的目的，并且该类材料储能密度低，从而使相应的装置体积庞大，使这种蓄热方式的应用价值大大受限。 

相变蓄热属于潜热蓄热，主要利用的工质是相变材料。潜热储存是系统中的一种物质被加热，然后熔化、蒸发或者在一定恒温条件下产生其他某种状态的变化，同时伴随有能量的吸收和释放。相变材料不仅能量密度较高，而且装置简单、体积小、设计灵活，使用方便且易于管理。这种蓄热方式的一个很大的优点：即相变材料在相变储能过程中，材料近似恒温，可以以此来控制体系的温度。 

把蒸汽蓄热和相变蓄热通过某种方式有机的结合在一起，使它们优势互补，满足某种较好的使用要求，是一个值得研究的方向。 

发明内容：

解决的技术问题：  

本发明所要解决的技术问题在于提供一种相变蓄热与蒸汽蓄热相结合球形蓄热器，主要解决了单纯的蒸汽蓄热器储热温度压力随着工作的进行逐渐降低的问题，同时该球形蓄热器选用中高温高潜热的蓄热材料，提高了单纯蒸汽蓄热的蓄热能力。

技术方案：

  针对以上技术问题，本发明提供了如下解决方案：

一种相变蓄热和蒸汽蓄热相结合的球形蓄热器，包括罐体，进汽管，出汽管，充汽管，换热管，应急排压阀，补/排水管，充汽孔。罐体内壁与罐体外壁之间填充有相变蓄热材料，进汽管位于蓄热器底部，出汽管位于蓄热器顶部，进汽管与罐体内壁和罐体外壁之间的充汽管连通，出汽管贯通罐体内壁和外壁，与蓄热器内部连通，补/排水管位于罐体侧壁，贯通罐体内壁和外壁，与蓄热器内部连通，环形充汽管分三层布置在罐体内中下部，通过充汽支管与充汽管连通，补/排水管和环形充汽管都位于最近警戒水位以下。

    罐体内壁与罐体外壁之间填充的相变蓄热材料为固—液相变材料或固—固相变材料，相变温度在接近且低于蓄热器内部充热完成后的最高温度。 

    罐体内壁上均匀密布有换热管，换热管位于罐体内壁和罐体外壁之间。 

    充汽管还可以与相变材料进行换热，充汽管上均匀布置有换热管，充汽管可以根据实际需要布置一组或多组。 

    环形充汽管上均匀密布有充汽孔，充汽孔开口向下。 

应急排压阀设置在出汽管上，位于单向出汽阀与罐体外壁之间。 

有益效果：

    1. 该球形蓄热器在充热和放热过程中热量相互作用，相互补充可以使蓄热器内部的温度和压力在较高品位上保持基本稳定，保证了高品位蒸汽的恒温恒压输出。

2．充汽管10分三层布置，形状为环形，提高了充热效率。 

3. 该蓄热器为球形增大了蓄热量，同时减小了占地面积。 

  

附图说明：

    图1：为该球形蓄热器的总体结构图；

    图2: 为图1中三层环形充汽管10的俯视图；

    1．罐体外壁  2.罐体内壁  3.换热管  4.换热管  5.单向充汽阀  6.进汽管  7.应急排压阀  8.单向出汽阀  9.出汽管  10.环形充汽管  11.充汽孔  12.充汽管  13.补/排水阀  14.补/排水管  15.充汽管  16.充汽支管。

具体实施方式：

下面结合附图对其实施方式做进一步具体叙述：

一种相变蓄热和蒸汽蓄热相结合的球形蓄热器，包括罐体，罐体内壁2，罐体外壁1，进汽管6，出汽管9，充汽管12、15，环形充汽管10，换热管3、4，应急排压阀7，补/排水管14，充汽孔11。罐体内壁与罐体外壁之间填充有相变蓄热材料，进汽管位于蓄热器底部，出汽管位于蓄热器顶部，进汽管与罐体内壁和罐体外壁之间的充汽管连通，出汽管贯通罐体内壁和外壁，与蓄热器内部连通，补/排水管位于罐体侧壁，贯通罐体内壁和外壁，与蓄热器内部连通，环形充汽管10分三层布置在罐体内中下部，通过充汽支管与充汽管15连通，补/排水管和环形充汽管10都位于最近警戒水位以下。

    罐体内壁与罐体外壁之间填充的相变蓄热材料为固—液相变材料或固—固相变材料，相变温度接近且低于蓄热器内部充热完成后的最高温度，充热时该球形蒸汽蓄热器可以对相变材料和罐体内部软化水同步充热，该球形蓄热器工作时，随着蒸汽的输出，罐体内部的压力和温度会逐渐将低，当温度低于相变材料的相变点时，相变材料发生相变，放出的热量通过换热管3补充给蓄热器内部，由于相变材料在相变过程中温度保持基本恒定，相变温度临近且低于罐体完成充热时的最高温度，可以使蓄热器内部的温度和压力在较高品位上保持基本稳定，保证了高品位蒸汽的恒温恒压输出，具有很大的实用价值。 

    罐体内壁上均匀密布有换热管3，换热管3位于罐体内壁和罐体外壁之间，充热时可以对相变材料进行充热，放热时又可以将相变材料储存的热量补偿给蓄热器内部。 

    充汽管12还可以与相变材料进行换热，充汽管12上均匀布置有换热管4，充汽管12可以根据实际需要布置一组或多组。 

    充汽管10上均匀密布有充汽孔，充汽孔开口向下。 

应急排压阀7设置在出汽管上，位于单向出汽阀8与罐体外壁1之间，当罐内压力过高时，有效排压，保证蓄热器安全工作。 

该球形蓄热器还设置有入口，支架等其它用于检修，安装的部件，属于常规技术，在此也不做描述。 

该球形蓄热器还可以在其内部布置换热管，一端连接进水口，一端连接出水口，同时向用户提供蒸汽和热水，这一方面已有相关专利部署在此不再赘述。 

该球形蒸汽蓄热器工作时，将相变蓄热与蒸汽蓄热相结合，可以使蓄热器内部的温度和压力在较高品位上保持基本稳定，保证了高品位蒸汽的恒温恒压输出。 

Claims (6)

1.一种相变蓄热和蒸汽蓄热相结合的球形蓄热器，包括罐体，进汽管，出汽管，充汽管，换热管，应急排压阀，补/排水管，充汽孔，其特征在于罐体内壁与罐体外壁之间填充有相变蓄热材料，进汽管位于蓄热器底部，出汽管位于蓄热器顶部，进汽管与罐体内壁和罐体外壁之间的充汽管连通，出汽管贯通罐体内壁和外壁，与蓄热器内部连通，补/排水管位于罐体侧壁，贯通罐体内壁和罐体外壁，与蓄热器内部连通，环形充汽管（10）分三层布置在罐体内中下部，通过充汽支管（16）与充汽管（15）连通，补/排水管和环形充汽管（10）都位于最近警戒水位以下。

2.如权利要求书1所述的一种相变蓄热和蒸汽蓄热相结合的球形蓄热器，其特征在于罐体内壁与罐体外壁之间填充的相变蓄热材料为固—液相变材料或固—固相变材料，相变温度在接近且低于蓄热器内部充热完成后的最高温度。

3.如权利要求书1所述的一种相变蓄热和蒸汽蓄热相结合的球形蓄热器，其特征在于罐体内壁上均匀密布有换热管（3），换热管（3）位于罐体内壁和罐体外壁之间。

4.如权利要求书1所述的一种相变蓄热和蒸汽蓄热相结合的球形蓄热器，其特征在于充汽管（12）还可以与相变材料进行换热，充汽管（12）上均匀布置有换热管（4）。

5.如权利要求书1所述的一种相变蓄热和蒸汽蓄热相结合的球形蓄热器，其特征在于充汽管（10）上均匀密布有充汽孔，充汽孔开口向下。

6.如权利要求书1所述的一种相变蓄热和蒸汽蓄热相结合的球形蓄热器，其特征在于应急排压阀（7）设置在出汽管上，位于单向出汽阀（8）与罐体外壁（1）之间。

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