CN105318743A - 固体粒块换热器 - Google Patents

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李建民
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Abstract

本发明的目的是提供一种固态粒块换热器，将固体粒块与流体实现换热，固体粒块温度适合于300-1500度，流体适合于10-800度，本发明采用至少含有一个腔体的容器，容器上还是至少两组进口和出口，一组为固体粒块的进口与出口，另外一组为流体的进口和出口，通过设置在容器内的固体粒块流动管道以及流体的流动管道之间的换热，从而实现固体粒块与流体的换热，固体粒块作为一种特殊的固态流体进行换热，固体粒块依靠重力或驱动力实现流动。

Description

固体粒块换热器
技术领域
本发明涉及热能利用，特别是利用固体粒块实现热能交换、储存和利用。
背景技术
换热器是对热能进行储存的设备，现有的换热器为蒸汽型和液体换热器；
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。但其换热器，本质上还是采用液-液或者液-气换热器。
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。
本发明人发明了采用固体粒块进行太阳能高温采集的技术，但是缺乏固体粒块进行换热的换热器。
发明内容
本发明的目的是提供一种固态粒块换热器，将固体粒块与流体实现换热，固体粒块温度适合于300-1500度，流体适合于10-800度，本发明采用至少含有一个腔体的容器，容器上还是至少两组进口和出口，一组为固体粒块的进口与出口，另外一组为流体的进口和出口，通过设置在容器内的固体粒块流动管道以及流体的流动管道之间的换热，从而实现固体粒块与流体的换热，固体粒块作为一种特殊的固态流体进行换热，固体粒块依靠重力或驱动力实现流动。
具体发明内容如下：
固体粒块换热器，包括固体粒块，保温材料，壳体，其特征是：至少含有一个腔体的容器，容器上还是至少两组进口和出口，一组为固体粒块的进口与出口，另外一组为流体的进口和出口，在容器设置有固体粒块与流体的流动通道，固体粒块的流动通道连接容器内固体粒块的进口和出口，固体粒块可以从进口进入到容器内，然后从经固体粒块流动通道后从出口流出，同时流体的流动通道连接容器内流体的进口和出口，流体可以从进口进入到容器内，然后从经流体的流动通道后从出口流出，固体粒块与流体通过流动通道时实现相互的换热，从而实现固体粒块与流体的换热。
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；在固体粒块上加工有凹或/和凸部位，或者在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置；两个固体粒块之间的凹或/和凸部位可以构成一个通道；用于流体进行流通，在固体粒块内设置有空腔，在空腔内设置有蓄热材料。
所构成的通道为柱体、多面体、菱形、抛物线体、旋转抛物线体的一种或其组合，流体可以在流道内流动并被压缩或膨胀。
固体粒块及流体的换热结构选自下列一种：
A、固体粒块流动管道：垂直或者平行与水平面或者组成0-180度夹角进行布局，多个流动通道之间并行布置，固体粒块可以在通道内流动，固体粒块从高处顶部进口进入到容器内，依靠重力在流动通道运动；
流体流动通道：由容器内除了固体粒块流动管道剩余的空间组成，流体经进口进入后，从固体粒块流动管道的外部经过时与固体粒块实现换热，后从出口流出；
B、固体粒块流动管道：由容器内除了流体流动管道剩余的空间组成，固体粒块经进口进入后，从固体粒块流动管道的外部经过时与固体粒块实现换；
流体流动通道：垂直或者平行与水平面或者组成0-180度夹角进行布局，多个流动通道之间并排布置，流体可以在通道内流动，流体从进口进入到容器内，依靠压力差在管道内流动，从出口流出；
固体粒块在容器内部连接进口与出口的流动通道选自下列一种或者其组合：
A、金属或非金属管，或者金属复合管、非金属复合管；
B、管道的内部或者和外壁设置有换热翅片；
C、弯曲的管道；
D、其直径可以变化的管道；
E、管道的外壁上设置有可以与固体粒块相互连接的凹凸结构；
F、金属网构成的管道，或管道上设置有多个开孔；
G、由金属或非金属组成的隔板，隔板之间形成一个可以使固体粒块流动的通道。
固体粒块依靠重力在固体粒块流动通道内依靠重力进行流动，或者固体粒块依靠动力设备提供的动力在流动通道内实现运动。
保温材料下列一种或多种：纳米微珠、硅微粉、真空层、聚氨酯、聚苯、珍珠岩、玻璃纤维、保温水泥的固体粒块换热器或多种。
在部分固体粒块流动通道或者部分流体流动通道中设置有蓄热材料，高温固体粒块的热能与蓄热材料换热后进行储存，在需要热能时将流体通过流体流动通道进行流动，与蓄热材料进行换热，从而实现蓄热后换热。
将高温的固体粒块流入到容器内，并储存在固体粒块流动管道内，实现热能的储存，当使用热能时将了流体流入到容器内进行换热，从而实现蓄热换热。
流体为液体、气体、等离子、超临界体、液态金属中的一种或混合物。
采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：
1、本发明采用固体粒块实现高温换热、蓄热，可以实现10-1500度的热能交换与储存，安全可靠；
2、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是固体粒块挡板式换热器示意图；
图2是固体粒块图管道式换热器示意图。
图中标号含义：
1：进口，2：出口，3：容器，4：固体粒块，5：固体粒块流动通道6：流体流动通道，7：容器，8：流体，9：挡板，10：隔板。
具体实施方式
实施例1、固体粒块挡板式换热器
图1所示的固体粒块挡板式换热器，二个三角形以及一个矩形组成的一个容器，容器上设置的垂直的进口1与出口2为固体粒块进口和出口，水平的进口1与出口2为流体进口和出口，在容器内矩形空间内，设置有多个隔板，多个隔板将容器分为并排的区间，在不同的区域内设置有间隔的挡板9，隔板组成了一个流动通道，固体粒块依靠重力在挡板上进行运动，以此由固体粒块进口进入到不同的挡板后下落到固体粒块出口；流体从水平的了流体进口进入，经设置在不同的区域的流体出口流入到不同的隔板之间的通道中；流体与下落的固体粒块实现换热，流体被加热为气体后进入到流体的出口，从而流出容器外部。
固体粒块可以被加热到1200度，流体为水，可以被加热到600度，从而实现高温固体粒块与流体水的换热。
固体粒块采用直径为16MM的氧化铝球。
当需要将固体粒块的热能进行储存时，将固体粒块储存在容器内，但需要热能时，将流体从流体流动通道进入到容器与固体粒块进行换热，从而实现蓄热换热。
实施例2、固体粒块图管道式换热器
图2是二个三角形以及一个矩形组成的一个容器，容器上设置的垂直的进口1与出口2为固体粒块进口和出口，水平的进口1与出口2为流体进口和出口，在容器内矩形空间内，在流体进口与出口之间设置有多个水平并排布局的流体流动管道---金属管，流体可以在金属管内流动，从进口进入并从出口流出，固体粒块依靠重力从进口进入，依靠重力下落到过程中；与金属管道进行换热，流体通过金属管道与下落的固体粒块实现换热，流体被加热为气体后进入到流体的出口，从而流出容器外部。
固体粒块可以被加热到1200度，流体为水，可以被加热到500度，从而实现高温固体粒块与流体水的换热。
固体粒块可以采用40%尾矿，50%炼钢厂的钢渣，10%的铜粉组成直径为10MM的球体。
当需要将固体粒块的热能进行储存时，将固体粒块储存在容器内，但需要热能时，将流体从流体流动通道进入到容器与固体粒块进行换热，从而实现蓄热换热。
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.固体粒块换热器，包括固体粒块，保温材料，壳体，其特征是：至少含有一个腔体的容器，容器上设置有至少两组进口和出口，一组为固体粒块的进口与出口，另外一组为流体的进口与出口，在容器内设置有固体粒块与流体的流动通道，固体粒块的流动通道连接容器内固体粒块的进口和出口，流体的流动通道连接容器内流体的进口和出口，固体粒块与流体通过流动通道时实现相互换热，从而实现固体粒块与流体的换热；固体粒块温度适合于300-1500度，流体适合于10-800度。
2.根据权利要求1所述的固体粒块换热器，其特征是：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；在固体粒块上加工有凹或/和凸部位，或者在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置；两个固体粒块之间的凹或/和凸部位可以构成一个通道；用于流体进行流通，在固体粒块内设置有空腔，在空腔内设置有蓄热材料。
3.根据权利要求1所述的固体粒块换热器，其特征是：所构成的通道为柱体、多面体、菱形、抛物线体、旋转抛物线体的一种或其组合，流体可以在流道内流动并被压缩或膨胀。
4.根据权利要求1所述的固体粒块换热器，其特征是：固体粒块及流体的换热结构选自下列一种：
A、固体粒块流动管道：垂直或者平行与水平面或者组成0-180度夹角进行布局，多个流动通道之间并行布置，固体粒块可以在通道内流动，固体粒块从高处顶部进口进入到容器内，依靠重力在流动通道运动；
流体流动通道：由容器内除了固体粒块流动管道剩余的空间组成，流体经进口进入后，从固体粒块流动管道的外部经过时与固体粒块实现换热，后从出口流出；
B、固体粒块流动管道：由容器内除了流体流动管道剩余的空间组成，固体粒块经进口进入后，从固体粒块流动管道的外部经过时与固体粒块实现换；
流体流动通道：垂直或者平行与水平面或者组成0-180度夹角进行布局，多个流动通道之间并排布置，流体可以在通道内流动，流体从进口进入到容器内，依靠压力差在管道内流动，从出口流出。
5.根据权利要求1或3或4所述的固体粒块换热器，其特征是：固体粒块在容器内部连接进口与出口的流动通道选自下列一种或者其组合：
A、金属或非金属管，或者金属复合管、非金属复合管；
B、管道的内部或者和外壁设置有换热翅片；
C、弯曲的管道；
D、其直径可以变化的管道；
E、管道的外壁上设置有可以与固体粒块相互连接的凹凸结构；
F、金属网构成的管道，或管道上设置有多个开孔；
G、由金属或非金属组成的隔板，隔板之间形成一个可以使固体粒块流动的通道。
6.根据权利要求1所述的固体粒块换热器，其特征是：固体粒块依靠重力在固体粒块流动通道内依靠重力进行流动，或者固体粒块依靠动力设备提供的动力在流动通道内实现运动。
7.根据权利要求1所述的固体粒块换热器，其特征是：保温材料下列一种或多种：纳米微珠、硅微粉、真空层、聚氨酯、聚苯、珍珠岩、玻璃纤维、保温水泥的固体粒块换热器或多种。
8.根据权利要求1所述的固体粒块换热器，其特征是：在部分固体粒块流动通道或者部分流体流动通道中设置有蓄热材料，高温固体粒块的热能与蓄热材料换热后进行储存，在需要热能时将流体通过流体流动通道进行流动，与蓄热材料进行换热，从而实现蓄热后换热。
9.根据权利要求1所述的固体粒块换热器，其特征是：将高温的固体粒块流入到容器内，并储存在固体粒块流动管道内，实现热能的储存，当使用热能时将了流体流入到容器内进行换热，从而实现蓄热换热。
10.根据权利要求1所述的固体粒块换热器，其特征是：流体为液体、气体、等离子、超临界体、液态金属中的一种或混合物。
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