CN104654853A - 一种混凝土三腔热管蓄热器及蓄热车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混凝土三腔热管蓄热器，可以实现高温、大规模、低成本、高效率的蓄热，并适合于10-1500度的温度的蓄热，本发明利用混凝土进行蓄热，采用两个腔室的热管对流体进行换热。含有热管蒸发腔体，热管冷凝腔体，混凝土腔体，并通过热管使三个腔体进行连接和换热；加热过程中，高温于流体从热管蒸发腔体的进入，经与混凝土换热后从出口流出，热能被交换到混凝土中进行蓄热；当需要利用蓄热器中的热能时，将低温流体从热管冷凝腔体流入与热管换热后吸收混凝土的热能从出口流出，实现热能的利用。本发明还提供一种混凝土三腔热管蓄热车，可以将蓄热器进行移动到一个热能的区域，然后再进行利用，实现移动蓄热。

Description

一种混凝土三腔热管蓄热器及蓄热车

技术领域

本发明涉及热能利用，特别是利用混凝土与热管实现的热能吸收、储存、交换和利用。

背景技术

蓄热器是对热能进行储存的设备，现有的蓄热器为蒸汽型和液体蓄热器；

在工业节能领域，将余热进行回收并储存，通常采用相变技术进行蓄热，在低温领域采用蓄冰技术实现蓄热；

在太阳能领域，采用熔融盐蓄热，虽然熔融盐可以实现高温的储存，但是由于其需要从固态转变为液体，因而需要热能将其加热，同时熔融盐的毒性、经济型、安全性也存在问题，因而熔融盐蓄热的使用受到限制。

在太阳能领域，也采用空气或其他气体进行蓄热，但其热熔小，无法实现大规模的热能存储。

蓄能电站采用电能进行储存，特别是风电及光伏组成的电能，由于其无法实现储存，因而不得不大量的抛弃，造成大量的浪费。如果采用热能进行储存，需要具备大功率的存储能力的储存器。

热管在蓄热器内已经有使用，但是现有热管技术寿命仅有3-7年，难以保证在太阳能以及蓄热供暖领域30年的寿命，因而无法将现有热管技术应用于蓄热器。

但是，由于太阳能电站以及大型供暖领域需要大型的蓄热及热交换器，仅利用金属管之外，无法实现地温差，大规模的蓄热及热交换，因而需要一种改进的热管技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种混凝土三腔热管蓄热器，可以实现高温、大规模、低成本、高效率的蓄热，并适合于10-1500度的温度的蓄热，本发明利用混凝土进行蓄热，采用两个腔室的热管对流体进行换热。

本发明的另外一个目的是提供一种混凝土三腔热管加热蓄热器，可以实现高温、大规模、低成本、高效率的蓄热，并适合于10-1500度的温度的蓄热，本发明由上发明中，还增设有一个加热装置和热源，为混凝土提供热源及加设备。

本发明的另外目的是提供一种移动流体三腔热管加热蓄热车，可以将蓄热器进行移动，到一个热能的区域，然后再进行利用；实现移动蓄热。

 

具体发明内容如下：

一种流体三腔热管蓄热器，包括容器，流体，保温材料，其特征是：

一个含有至少三个腔体的容器，其中一个腔体为热管蒸发腔体，一个为热管冷凝腔体，一个为混凝土腔体；

至少含有两种热管，第一种为加热热管，第二种为放热热管，加热热管的蒸发端设置在蒸发腔室内，冷凝端设置在混凝土腔体，并与混凝土进行连接换热，放热热管的蒸发端设置在混凝土腔体内，并与混凝土进行连接换热，冷凝端设置在冷凝腔体内；将混凝土充入到混凝土腔体内，并使其固化；在热管蒸发腔体以及热管冷凝腔体上设置有流体的进出口及连接控制管件；在容器的外部有保温材料，保温材料的外部设置有箱体；

加热过程中，将温度高于混凝土的加热流体从热管蒸发腔体的进口进入容器，经与热管换热后从出口流出，热能由热管传热到混凝土腔体内并与混凝土进行换热，热能被交换到混凝土中进行蓄热；

蓄热器可以用于在当地蓄热或被移动到需要的地区；

当需要利用蓄热器中的热能时，将温度低于混凝土的放热流体从热管冷凝腔体的进口流入，放热流体与热管进行换热后吸收热能经出口流出，热管吸收混凝土的热能与放热流体进行换热，实现热能的利用。

所述的热管为选择下列至少一种：

A、多个环形、方形、矩形、多边形、曲边形组成的相互间距的组成的循环热管组；

B、所述的循环热管为由一个相互联通的截面形状为环形、方形、矩形、多边形、曲边形的循环热管；

C、由多个重力热管组成的热管组。

混凝土、放热流体、加热流体为选择自液体、气体、熔融盐、液态金属、纳米流体、等离子体、超临界流体中的一种或多种。

在热管的壳体上设置有至少一个再生管，再生管与重力热管进行联通，再生管可以将重力热管的工作介质排出到重力热管壳体外部，并通过再生管可以将新的工作介质冲入到重力热管壳体内，实现重力热管的再生利用。

在热管的壳体上设置有至少二个再生管，再生管与重力热管进行联通，利用其中一个再生管在热管腔体内充气，将原来热管工作介质排出到热管外，另外一个再生管为热管进行热管工作介质的充入。

在混凝土、放热流体、加热流体内设置有胶囊或固体颗粒，在胶囊内设置有蓄热材料。胶囊内的蓄热材料选择自下列一种或多种：固固、固液、液气相变材料；

固体颗粒选择自下列一种所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在的沙粒、鹅卵石、小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状。

 

一种流体三腔热管加热蓄热器，其特征是：将上述的蓄热器上，还设置有加热装置，加热装置由热源及加热器件组成，加热装置由热源提供能源将加热流体加热，加热流体被加热后成为液态、液气混合状态、等离子态、超临界态的一种，然后从蓄热器进口进入到容器内。

所述的加热装置为：所述的将电能转换为热能的设备选择自下列一种：

A、电热锅炉设备；

B、微波设备；

C、高频或中頻设备；

D、电声热转换设备；

E、电热陶瓷；

F、利用风电所产生的电能所产生的热能；

G、生物质所产生的热能；

F、热泵；

G、聚焦太阳能光热转换器件；

H、换热器。

 

为加热装置提供的热源，选择自下列之一：

A、太阳能光伏发电系统;

B、风电发电系统，

C、太阳能光伏发电系统和风电发电系统；

D、传统发电方式所发出的波谷电

E、工业余热；

F、浅层地表热能或地热能。

 

一种移动流体三腔热管加热蓄热车，其特征是：将上述的蓄热器设置在一个移动车辆运输设备上，可以实现移动的蓄热；在车辆上设置有固定装置或轨道，在容器上设置有滚轮或轮胎，或者用于吊装的挂钩，用于移动或者吊装。

 

采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：

1、                           本发明利用一种热管技术，实现大规模、地温差、高效率的蓄热换热，实现10-1500度的热能储存，安全可靠；

2、                           本发明采用可再生热管技术，使得热管的寿命可以延长到30年甚至更高，仅需要更换热管的工作介质即可。

3、                           本发明可以实现移动蓄热，将蓄热器移动到需要的地方实现热能的采集及利用。

4、                           本发明可以应用于工业余热、太阳能、地热、生物质等多种应用。

附图说明

图1是混凝土三腔热管蓄热器。

图2是混凝土三腔热管加热蓄热器。

图3移动混凝土三腔热管加热蓄热车。

 

图中标号含义：

3：热管冷凝腔体进口，4：热管冷凝腔体出口，5：热管再生管 6：混凝土腔体，7：热管冷凝腔体，8：腔室隔板，9：加热器件，10：混凝土，11：热管蒸发腔体，12：热管蒸发腔室进口，13热源,14；运输车辆，15：加热热管，16：热管蒸发腔室出口，17：放热热管。

具体实施方式

实施例1、混凝土热管蓄热器

图1所示一个含有三个腔体的容器，其中一个腔体为热管蒸发腔体11，设置有流体进出口12、16；热管冷凝腔体7，设置有流体进出口3、4；混凝土腔体6。

含有两种热管，第一种为加热热管15，第二种为放热热管17，加热热管15的蒸发端设置在热管蒸发腔体11，冷凝端设置在混凝土腔体6，并与混凝土10进行连接换热，放热热管17的蒸发端设置在混凝土腔体6内，并与混凝土10进行连接换热，冷凝端设置在热管冷凝腔体7内；

在混凝土腔体6内设置有混凝土10，并使其固化，混凝土10与放热热管或者加热热管进行连接换热。

在热管蒸发腔体11以及热管冷凝腔体7上设置以及蓄热腔体6有流体的进出口。

在容器的外部有保温材料，保温材料的外部设置有箱体；

加热过程中，将温度高于混凝土10的加热流体从热管蒸发腔体的进口12进入容器，经与加热热管换热后从热管蒸发腔体的出口16流出，热能由热管传热到混凝土腔体6内并与混凝土10进行换热，热管蒸发腔体10的热能被交换到混凝土腔体中进行蓄热；

蓄热器可以用于在当地蓄热或被移动到需要的地区；

当需要利用蓄热器中的热能时，将温度低于混凝土10的放热流体从热管冷凝腔体7的进口3流入，放热流体与放热热管进行换热后吸收热能经出口4流出，放热热管吸收混凝土10的热能与放热流体进行换热，实现热能的利用。

在热管的蒸发端的液面一下位置上，设置一个与每一个热管相互联通的再生管5，再生管与每一个热管进行连接，当热管工作介质不能满足设定的换热效率时，打开热管再生腔室，从设置的热管再生连接管将热管内的工作介质排出，后将新的工作介质灌装到热管内部，并保持真空度进行密闭，从而实现热管的再生，保证热管的寿命可以达到30年。

本实施例中，混凝土10采用硝酸钾70%和硝酸钠30%组成的熔融盐，加热温度为500度，加热流体采用气态空气，由太阳能采集系统采集而得到600度的高温空气，放热流体采用水，热管采用高温重力热管，其工作介质采用钾60%与钠40%的混合物。

 

实施例2、混凝土热管加热蓄热器

图2所示由三个腔体的容器，其中一个腔体为热管蒸发腔体11，设置有流体进出口12、16；热管冷凝腔体7，设置有流体进出口3、4；混凝土腔体6；设置有热源13以及加热器件9。

含有两种热管，第一种为加热热管15，第二种为放热热管17，加热热管15的蒸发端设置在热管蒸发腔体11，冷凝端设置在混凝土腔体6，并与混凝土10进行连接换热，放热热管17的蒸发端设置在混凝土腔体6内，并与混凝土10进行连接换热，冷凝端设置在热管冷凝腔体7内；

在混凝土腔体6内填充入混凝土10，并使其固化，混凝土10与放热热管或者加热热管进行连接换热；

在热管蒸发腔体11以及热管冷凝腔体7上设置以及蓄热腔体6有流体的进出口，在混凝土腔体6上设置有进出口，可以将混凝土10从流体腔体内放置或者取出；

在容器的外部有保温材料，保温材料的外部设置有箱体；

加热过程中，热源13采用聚焦太阳能采集系统器，加热器件9为太阳能光热转换器，将温度高于混凝土10的加热流体从热管蒸发腔体的进口12进入容器，经与加热热管换热后从热管蒸发腔体的出口16流出，热能由热管传热到混凝土腔体6内并与混凝土10进行换热，流体的热能被交换到混凝土中进行蓄热；

蓄热器可以用于在当地蓄热或被移动到需要的地区；

当需要利用蓄热器中的热能时，将温度低于混凝土10的放热流体从热管冷凝腔体7的进口3流入，放热流体与放热热管进行换热后吸收热能经出口4流出，放热热管吸收混凝土10的热能与放热流体进行换热，实现热能的利用。

在热管的蒸发端的液面一下位置上，设置一个与每一个热管相互联通的再生管5，再生管与每一个热管进行连接，当热管工作介质不能满足设定的换热效率时，打开热管再生腔室，从设置的热管再生连接管将热管内的工作介质排出，后将新的工作介质灌装到热管内部，并保持真空度进行密闭，从而实现热管的再生，保证热管的寿命可以达到30年。

本实施例中，热源13采用聚焦太阳能采集系统器，加热器件9为太阳能光热转换器，混凝土10采用硝酸钾70%和硝酸钠30%组成的熔融盐，加热温度为500度，加热流体采用气态空气，由太阳能光伏采集产生的电力加热空气得到的600度的高温空气，放热流体采用水，热管采用高温重力热管，其工作介质采用钾60%与钠40%的混合物。

 

实施例3、混凝土热管加热蓄热车

图3所示的由三个腔体的容器，其中一个腔体为热管蒸发腔体11，设置有流体进出口12、16；热管冷凝腔体7，设置有流体进出口3、4；混凝土腔体6；设置有热源13以及加热器件9。

含有两种热管，第一种为加热热管15循环自激震荡热管，第二种为放热热管17，加热热管15的蒸发端设置在热管蒸发腔体11，冷凝端设置在混凝土腔体6，并与混凝土10进行连接换热，放热热管17的蒸发端设置在混凝土腔体6内，并与混凝土10进行连接换热，冷凝端设置在热管冷凝腔体7内；

在混凝土腔体6内填充有混凝土10，并使其固化，混凝土10与放热热管或者加热热管进行连接换热；

在热管蒸发腔体11以及热管冷凝腔体7上设置以及蓄热腔体6有流体的进出口；

在容器的外部有保温材料，保温材料的外部设置有箱体；

当需要加热时，利用热源13以及加热设备9可以将加热流体加热到设定的温度，被加热后的加热流体通过热管蒸发腔室进口12进入到热管蒸发腔室出口16，通过循环自激震荡热管加热热管15将热能直接的交换给混凝土；

容器可以用于在当地蓄热或被移动到需要的地区；

当需要利用容器中的热能时，将温度低于混凝土的放热流体从热管冷凝腔室的进口3流入，放热流体与重力放热热管17进行换热后再经热管冷凝腔室出口4流出；当混凝土10的热能被利用之后，再次利用加热设备9及热源13所对加热流体加热以及换热，被加热的加热流体再次进入到热管蒸发腔室内，实现热能的采集、加热、蓄热以及利用。

热管采用循环热管，工作温度处于100-300度，在循环热管的底部地位上，设置一个与每一个热管壳体相互联通的再生管5，再生管与每一个热管壳体端进行连接，在热管的工作效率低于第一设定值后，利用再生管将新的工作热管工作介质充入到热管内，实现热管的再生。

 

本实施例中，热源为工业窑炉余热，加热设备为换热器，加热流体采用导热油，加热温度为250度，混凝土采用导热油，放热流体采用水。

本法发明热源采用工业余热，加热装置采用换热器，在不同的区域完成加热，然后车载到使用的建筑区域，为建筑供暖。

    根据本发明的原理及结构，可以设计其他的实施案例，只要符合本发明的原理及结构，都属于本发明的实施。

Claims (10)

1.一种混凝土三腔热管蓄热器，包括容器，流体，保温材料，其特征是：

一个含有至少三个腔体的容器，其中一个腔体为热管蒸发腔体，一个为热管冷凝腔体，一个为混凝土腔体；

至少含有两种热管，第一种为加热热管，第二种为放热热管，加热热管的蒸发端设置在蒸发腔室内，冷凝端设置在混凝土腔体，并与混凝土进行连接换热，放热热管的蒸发端设置在混凝土腔体内，并与混凝土进行连接换热，冷凝端设置在冷凝腔体内；将混凝土充入到混凝土腔体内，并使其固化；在热管蒸发腔体以及热管冷凝腔体上设置有流体的进出口及连接控制管件；在容器的外部有保温材料，保温材料的外部设置有箱体；

加热过程中，将温度高于混凝土的加热流体从热管蒸发腔体的进口进入容器，经与热管换热后从出口流出，热能由热管传热到混凝土腔体内并与混凝土进行换热，热能被交换到混凝土中进行蓄热；

蓄热器可以用于在当地蓄热或被移动到需要的地区；

当需要利用蓄热器中的热能时，将温度低于混凝土的放热流体从热管冷凝腔体的进口流入，放热流体与热管进行换热后吸收热能经出口流出，热管吸收混凝土的热能与放热流体进行换热，实现热能的利用。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土三腔热管蓄热器，其特征是：所述的热管为选择下列至少一种：

A、多个环形、方形、矩形、多边形、曲边形组成的相互间距的组成的循环热管组；

B、所述的循环热管为由一个相互联通的截面形状为环形、方形、矩形、多边形、曲边形的循环热管；

C、由多个重力热管组成的热管组。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土三腔热管蓄热器，其特征是：放热流体、加热流体为选择自液体、气体、熔融盐、液态金属、纳米流体、等离子体、超临界流体中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的一种混凝土三腔热管蓄热器，其特征是：在热管的壳体上设置有至少一个再生管，再生管与重力热管进行联通，再生管可以将重力热管的工作介质排出到重力热管壳体外部，并通过再生管可以将新的工作介质冲入到重力热管壳体内，实现重力热管的再生利用。

5.根据权利要求2所述的一种混凝土三腔热管蓄热器，其特征是：在热管的壳体上设置有至少二个再生管，再生管与重力热管进行联通，利用其中一个再生管在热管腔体内充气，将原来热管工作介质排出到热管外，另外一个再生管为热管进行热管工作介质的充入。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土三腔热管蓄热器，其特征是：在混凝土、放热流体、加热流体内设置有胶囊或固体颗粒，在胶囊内设置有蓄热材料；胶囊内的蓄热材料选择自下列一种或多种：固固、固液、液气相变材料；

固体颗粒选择自下列一种所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在的沙粒、鹅卵石、小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状。

7.根据权利要求1所述的一种混凝土三腔热管蓄热器，其特征是：在容器上，还设置有加热装置，加热装置由热源及加热器件组成，加热装置由热源提供能源将加热流体加热，加热流体被加热后成为液态、液气混合状态、等离子态、超临界态的一种，然后从蓄热器进口进入到容器内。

8.根据权利要求7所述的一种混凝土三腔热管蓄热器，其特征是：所述的加热装置中将电能转换为热能的设备选择自下列一种：

A、电热锅炉设备；

B、微波设备；

C、高频或中頻设备；

D、电声热转换设备；

E、电热陶瓷；

F、利用风电所产生的电能所产生的热能；

G、生物质所产生的热能；

F、热泵。

9.根据权利要求7所述的一种混凝土三腔热管蓄热器，其特征是：为加热装置提供的热源，选择自下列之一：

A、太阳能光伏发电系统；

B、风电发电系统；

C、太阳能光伏发电系统和风电发电系统；

D、传统发电方式所发出的波谷电；

E、工业余热；

F、浅层地表热能或地热能；

G、聚焦太阳能光热转换器件；

H、换热器。

10.一种混凝土三腔热管蓄热车，其特征是：将权利要求1-9中所述的任一一种混凝土三腔热管蓄热器设置在一个移动车辆运输设备上，可以实现移动的蓄热；在移动车辆运输设备上或者容器上安装有轨道和动力装置，可以将容器箱体从运输车上卸载和吊装到汽车上；在容器的壳体上设置有滚轮或者轮胎，滚轮或者轮胎与容器底部的外壳连接，同于支撑和移动容器，滚轮可以在设置在运输车上的轨道上进行运动。