CN106767073A - 一种固体蓄能模块及电热固体蓄能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明创造性地提出了一种新颖的固体蓄能模块及电热固体蓄能装置，将改变现有“固体蓄能式电锅炉及其换热结构”的系统结构复杂、蓄放热时间长、电加热管寿命短且成本高、维修麻烦等系列问题。利用一种特种热管的高导热性，采用高频感应线圈加热热管的吸热段，再通过热管上若干导热翅片的传热，能把包裹在热管外部的固体蓄能材料体迅速的加热且蓄能，在放热时，又能迅速的把储存在固体蓄能材料体里的热能导出。利用若干这样的一种固体蓄能模块组成电热固体蓄能装置，该装置可以和热交换器结合使用，能产生高温蒸汽或供热供暖用的热水等等，也可以组成小型的家用蓄能采暖器。
Description
技术领域
本发明属于太阳能热利用技术领域，尤其涉及一种固体蓄能模块及电热固体蓄能装置的技术。
背景技术
根据相关资料整理统计，减少或消除雾霾天气，根本措施是要大幅削减主要污染物排放，关键之一是加快能源结构调整，解决煤炭燃烧污染及其他污染排放问题。
固体蓄能常压电锅炉的设计与研发是针对目前众多中小型燃煤锅炉的替代产品，中小型燃煤锅炉由于其热效率低、环保治理及管理难度大已在各发达国家以及我国中型以上城市禁止使用，替代方式多为与集中供暖并网、改用燃气供暖、改用燃油炉供暖、直接加热式电暖气、蓄热式电暖气等。
然而许多用户由于各种各样的条件限制即无法和集中供热并网、又不通燃气，或是接通成本太高依然沿用传统的燃煤锅炉，使得城市的环境治理难度很大。固体蓄能式常压锅炉就是在此基础上研发的替代产品，其良好的环保特性、节能特性、较低的运行成本、便捷的操作及便于实现自动控制的特性，使该产品具有良好的推广价值，有望创造良好的经济效益和社会效益。
固体蓄能式常压电锅炉是针对供热面积在几百～几万平方米研发的燃煤锅炉替代产品，可以在不用更换用户端暖气片及供热管道的前提下只需更换锅炉即可，原锅炉房建筑均可保留，投资成本可以大大降低。
蓄热式电锅炉的现有技术方面，近年来市场上出现了一种用热水蓄热式电锅炉，是在原有的电供暖基础上添加一个水箱，以水为储热介质储存电热，成本较低，但存在很多缺点，主要是水的热容较低，沸点较低，在常压状态下蓄能有限，要达到同等供热效果，其蓄热体积将大大增加，不但投资额增加，且需要很大的设备安装空间，土地及土建成本也大大增加。近年来在市场上出现了利用蓄能砖代替水作为蓄能介质的技术。
现有技术，如“一种蓄热式供暖机组及其蓄热结构”(申请号2010101205710)，“一种固体蓄能式电锅炉及其换热结构”(申请号201010606027.7)，都是一种在夜间用低谷电加热固体蓄热体蓄能的方式，由于蓄热体热容较高，可加热温度较高，相同体积蓄热量大大增加，使设备体积大大减小，适合分布式建筑供暖及生活热水供应。谷电加热固体蓄热体蓄能的方式是在用电低谷时间(晚22.00---早5.00)，大工业低谷电费及商业低谷电费极低时，将电能转化成热能储存在储能箱中，并在全天24小时能够稳定供应热能的电能转化和能量储存的设备。可生产80℃以下的热水，不受供热面积限制。设备特点：
(1)无污染。在使用过程中没有任何废气，废水，废渣排放。
(2)运行效益明显稳定。
(3)可集中安装或分散安装在地下室和一层或室外。
但是，上述的技术系统结构复杂、蓄放热时间长、电加热管寿命短且成本高，电加热管长期处于干烧状态，导致电加热管寿命短，一旦电加热管烧坏，维修更换非常麻烦，甚至停机维修。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明创造性地提出了一种新颖的固体蓄能模块及电热固体蓄能装置，将改变原有技术的系统结构复杂、蓄放热时间长、电加热管寿命短且成本高等系列问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：一种固体蓄能模块，包括固体蓄能模块，其特征在于，所述的固体蓄能模块包括热管以及包裹在热管外的蓄能材料体，该热管贯穿所述的蓄能材料体的本体，且至少一端的吸热段伸出其本体外，另一端的散热段包括处在蓄能材料体内的这段热管的外表面上均设置有若干导热翅片。通常，所采用的热管是一种特种热管，热管里面的传热介质采用多种无机材料混合而成，这种传热介质配方由物理学家渠玉芝发明的，见专利号(01120356.0)。此种热管横向和竖向放置都不影响传热效果，而且基本上是等温传热，其耐温的极限是1500摄氏度以上，传热速度是银的至少几千赔以上。该热管已在国内生产且以获得广泛应用。
在上述的一种固体蓄能模块，其特征在于，所述的固体蓄能模块包括热管以及包裹在热管外的蓄能材料体，该热管贯穿所述的蓄能材料体的本体，且热管的两端的吸热段和散热段都伸出蓄能材料体的本体外，除吸热段外的热管的外表面上均设置有若干导热翅片。
在上述的一种固体蓄能模块，其特征在于，所述的热管内部真空且设置有一种高传热速率热传介质，该高传热速率热传介质系籍由将下列化合物溶解于水中产生一混合物，干燥所得之该混合物以产生具下列重量百分比的该高传热速率热传介质物：
(1)三氧化二钴，0.5-1.0％；
(2)三氧化二硼，1.0-2.0％；
(3)重铬酸钙，1.0-2.0％；
(4)重铬酸镁，10.0-20.0％；
(5)重铬酸钾，40.0-80.0％；
(6)重铬酸钠，10.0-20.0％；
(7)氧化铍，0.05-0.10％；
(8)二硼化钛，0.5-1.0％；
(9)过氧化钾，0.05-0.10％；
(10)一选用之金属或铵的重铬酸盐，5.0-10.0％，其中M系选自钾、钠、银及铵所构成之群组；
(11)铬酸锶，0.5-1.0％；以及
(12)重铬酸银，0.5-1.0％，该热传介质位于一基材上。
在上述的一种固体蓄能模块，其特征在于，所述的热管本体的材质为有磁性的耐高温合金钢管。
在上述的一种固体蓄能模块，其特征在于，所述的热管本体材质为有磁性的不锈钢446材质制成的管。热管采用磁性材料，利于高频感应线圈加热。
在上述的一种固体蓄能模块，其特征在于，所述的蓄能材料体是含有氧化镁或三氧化二铁或氧化铁或碳或铝或硅酸盐矿粉中的一种或几种的浇注体。
在上述的一种固体蓄能模块，其特征在于，所述的固体蓄能模块包括热管以及包裹在热管外的蓄能材料体，该热管贯穿所述的蓄能材料体的本体，且只有吸热段伸出蓄能材料体的本体外，除吸热段外的热管的外表面上均设置有若干导热翅片，所述的蓄能材料体的外表面上设置有可供空气流通的若干凹槽。
一种电热固体蓄能装置，包括如权利要求1-6所述的固体蓄能模块、感应线圈、高频电流发生及控制装置、外保温壳体、温度传感器，其特征在于，若干个所述的固体蓄能模块有规则地堆放在所述的外保温壳体内，且每个所述的固体蓄能模块的吸热段都设置在同一侧，每个吸热段上套有感应线圈，且所有的感应线圈连同温度传感器都连接到所述的高频电流发生及控制装置上，相应的，其散热段则同处另一侧，且和外保温壳体的内侧形成一个散热腔，且有若干个出风口和回风口连通所述的散热腔。
在上述的一种电热固体蓄能装置，其特征在于，所述的散热腔内部设置有若干风挡板，所述的风挡板能把所述的散热腔的空间分隔成若干个气体流道，所述的气体流道的一端连接出风口，另一端连接回风口。
在上述的一种电热固体蓄能装置，其特征在于，在所述的感应线圈和吸热段之间设置有隔热套。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
本发明创造性地提出了一种新颖的固体蓄能模块及电热固体蓄能装置，将改变现有“固体蓄能式电锅炉及其换热结构”的系统结构复杂、蓄放热时间长、电加热管寿命短且成本高、维修麻烦等系列问题。利用一种特种热管的高导热性，采用高频感应线圈加热热管的吸热段，再通过热管上若干导热翅片的传热，能把包裹在热管外部的固体蓄能材料体迅速的加热且蓄能，在放热时，又能迅速的把储存在固体蓄能材料体里的热能导出。利用若干这样的一种固体蓄能模块组成电热固体蓄能装置，该装置可以和热交换器结合使用，能产生高温蒸汽或供热供暖用的热水等等，也可以组成小型的家用蓄能采暖器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图仅提供参考和说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1是本发明提供的实施例1的一种固体蓄能模块的结构示意图；
图2是本发明提供的实施例1中的一种热管的结构示意图；
图3是本发明提供的实施例2的一种固体蓄能模块的结构示意图；
图4是本发明提供的实施例3的一种电热固体蓄能装置的结构示意图；
图5是本发明提供的实施例4的一种电热固体蓄能装置的应用结构示意图；
图6是本发明提供的实施例5的另一种电热固体蓄能装置的应用结构示意图。
图中，固体蓄能模块1、热管2、蓄能材料体3、感应线圈4、高频电流发生及控制装置5、外保温壳体6、温度传感器7、散热腔8、热交换器10、电热固体蓄能装置11、风机12、吸热段20、散热段21、导热翅片22、凹槽30、空气通道31、热风出口60、冷风进口61、出风口80、回风口81、风挡板82、气体流道83。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“若干”的含义是一个或一个以上。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
如图1和图2所示，一种固体蓄能模块，包括固体蓄能模块1，该固体蓄能模块1包括热管2以及包裹在热管2外的蓄能材料体3，该热管2贯穿所述的蓄能材料体3的本体，且热管2的两端的吸热段20和散热段21都伸出蓄能材料体3的本体外，除吸热段20外的热管2的外表面上均设置有若干导热翅片22。散热段21上的导热翅片22和处在蓄能材料体3内的导热翅片22形状不一样，一个为环状的导热翅片，一个为方形且带若干通孔的导热翅片。所采用的热管是一种特种热管，热管里面的传热介质采用多种无机材料混合而成，这种传热介质配方由物理学家渠玉芝发明的，配方及热管制造方法见专利号(01120356.0)。此种热管横向和竖向放置都不影响传热效果，而且基本上是等温传热，其耐温的极限是1500摄氏度以上，传热速度是银的至少几千赔以上。该热管已在国内生产且以获得广泛应用。
该热管2内部真空且设置有一种高传热速率热传介质，该高传热速率热传介质系籍由将下列化合物溶解于水中产生一混合物，干燥所得之该混合物以产生具下列重量百分比的该高传热速率热传介质物：
1，三氧化二钴，0.5-1.0％；
2，三氧化二硼，1.0-2.0％；
3，重铬酸钙，1.0-2.0％；
4，重铬酸镁，10.0-20.0％；
5，重铬酸钾，40.0-80.0％；
6，重铬酸钠，10.0-20.0％；
7，氧化铍，0.05-0.10％；
8，二硼化钛，0.5-1.0％；
9，过氧化钾，0.05-0.10％；
10，一选用之金属或铵的重铬酸盐，5.0-10.0％，其中M系选自钾、钠、银及铵所构成之群组；
11，铬酸锶，0.5-1.0％；以及
12，重铬酸银，0.5-1.0％，该热传介质位于一基材上。
本实施例中，热管2本体材质采用有磁性的不锈钢446材质制成的管。
本实施例中，蓄能材料体3是含有氧化镁或三氧化二铁或氧化铁或碳或铝或硅酸盐矿粉中的一种或几种的浇注体。
实施例2：
如图1和图3所示，固体蓄能模块1包括热管2以及包裹在热管2外的蓄能材料体3，该热管2贯穿所述的蓄能材料体3的本体，且只有吸热段20伸出蓄能材料体3的本体外，除吸热段20外的热管2的外表面上均设置有若干导热翅片22，蓄能材料体3的外表面上设置有可供空气流通的若干凹槽30。其它的和实施例1一样，在此不再一一赘述。
实施例3：
如图1、图2和图4所示，一种电热固体蓄能装置11，包括实施例1所示的固体蓄能模块1、感应线圈4、高频电流发生及控制装置5、外保温壳体6、温度传感器7，若干个所述的固体蓄能模块1有规则地堆放在外保温壳体6内，且每个固体蓄能模块1的吸热段20都设置在同一侧，每个吸热段20上套有感应线圈4，且所有的感应线圈4连同温度传感器7都连接到高频电流发生及控制装置5上，相应的，其散热段21则同处另一侧，且和外保温壳体6的内侧形成一个散热腔8，且有若干个出风口80和回风口81连通散热腔8。
该散热腔8内部设置有若干风挡板82，该风挡板82能把散热腔8的空间分隔成若干个气体流道83，气体流道83的一端连接出风口80，另一端连接回风口81。本实施例中，在感应线圈4和吸热段20之间设置有隔热套40。
实施例4：
如图5所示，展示了一种电热固体蓄能装置11的应用范例，该应用系统主要包括电热固体蓄能装置11、热交换器10、风机12，其中，电热固体蓄能装置11上的出风口80和回风口81分别和热交换器10上连接热交换器管程的两个接口连接，组成一个包括风机12在内的热风循环系统，通过风机12的驱动，不断地把热量从电热固体蓄能装置11提取出来，和热交换器10壳程内的流体产生热交换，达到加热流体的目的。如果流体为水的话，那么，这套系统就变成一个利用谷电蓄能的高温蒸汽锅炉。
实施例5：
如图6所示，展示了另一种电热固体蓄能装置11的应用范例，该应用系统主要包括电热固体蓄能装置11、热交换器10、风机12，其中，电热固体蓄能装置11上的出风口80和回风口81分别和热交换器10上连接热交换器壳程的两个接口连接，组成一个包括风机12在内的热风循环系统，通过风机12的驱动，不断地把热量从电热固体蓄能装置11提取出来，和热交换器10管程内的流体产生热交换，进而达到加热流体的目的。本实施例中待加热的流体走热交换器的管程，通常加热的流体为水或导热油。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了固体蓄能模块、热管、蓄能材料体、感应线圈、高频电流发生及控制装置、外保温壳体、温度传感器、散热腔、热交换器、电热固体蓄能装置、风机、吸热段、散热段、导热翅片、凹槽、空气通道、热风出口、冷风进口、出风口、回风口、风挡板、气体流道等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.一种固体蓄能模块，包括固体蓄能模块(1)，其特征在于，所述的固体蓄能模块(1)包括热管(2)以及包裹在热管(2)外的蓄能材料体(3)，该热管(2)贯穿所述的蓄能材料体(3)的本体，且至少一端的吸热段(20)伸出其本体外，另一端的散热段(21)包括处在蓄能材料体(3)内的这段热管的外表面上均设置有若干导热翅片(22)。
2.根据权利要求1所述的一种固体蓄能模块，其特征在于，所述的固体蓄能模块(1)包括热管(2)以及包裹在热管(2)外的蓄能材料体(3)，该热管(2)贯穿所述的蓄能材料体(3)的本体，且热管(2)的两端的吸热段(20)和散热段(21)都伸出蓄能材料体(3)的本体外，除吸热段(20)外的热管(2)的外表面上均设置有若干导热翅片(22)。
3.根据权利要求1所述的一种固体蓄能模块，其特征在于，所述的热管(2)内部真空且设置有一种高传热速率热传介质，该高传热速率热传介质系籍由将下列化合物溶解于水中产生一混合物，干燥所得之该混合物以产生具下列重量百分比的该高传热速率热传介质物：
(1)三氧化二钴，0.5-1.0％；
(2)三氧化二硼，1.0-2.0％；
(3)重铬酸钙，1.0-2.0％；
(4)重铬酸镁，10.0-20.0％；
(5)重铬酸钾，40.0-80.0％；
(6)重铬酸钠，10.0-20.0％；
(7)氧化铍，0.05-0.10％；
(8)二硼化钛，0.5-1.0％；
(9)过氧化钾，0.05-0.10％；
(10)一选用之金属或铵的重铬酸盐，5.0-10.0％，其中M系选自钾、钠、银及铵所构成之群组；
(11)铬酸锶，0.5-1.0％；以及
(12)重铬酸银，0.5-1.0％，该热传介质位于一基材上。
4.根据权利要求1所述的一种固体蓄能模块，其特征在于，所述的热管(2)本体的材质为有磁性的耐高温合金钢管。
5.根据权利要求3所述的一种固体蓄能模块，其特征在于，所述的热管(2)本体材质为有磁性的不锈钢446材质制成的管。
6.根据权利要求1所述的一种固体蓄能模块，其特征在于，所述的蓄能材料体(3)是含有氧化镁或三氧化二铁或氧化铁或碳或铝或硅酸盐矿粉中的一种或几种的浇注体。
7.根据权利要求1所述的一种固体蓄能模块，其特征在于，所述的固体蓄能模块(1)包括热管(2)以及包裹在热管(2)外的蓄能材料体(3)，该热管(2)贯穿所述的蓄能材料体(3)的本体，且只有吸热段(20)伸出蓄能材料体(3)的本体外，除吸热段(20)外的热管(2)的外表面上均设置有若干导热翅片(22)，所述的蓄能材料体(3)的外表面上设置有可供空气流通的若干凹槽(30)。
8.一种电热固体蓄能装置，包括电热固体蓄能装置(11)，由如权利要求1-6所述的固体蓄能模块(1)、感应线圈(4)、高频电流发生及控制装置(5)、外保温壳体(6)、温度传感器(7)组成，其特征在于，若干个所述的固体蓄能模块(1)有规则地堆放在所述的外保温壳体(6)内，且每个所述的固体蓄能模块(1)的吸热段(20)都设置在同一侧，每个吸热段(20)上套有感应线圈(4)，且所有的感应线圈(4)连同温度传感器(7)都连接到所述的高频电流发生及控制装置(5)上，相应的，其散热段(21)则同处另一侧，且和外保温壳体(6)的内侧形成一个散热腔(8)，且有若干个出风口(80)和回风口(81)连通所述的散热腔(8)。
9.根据权利要求8所述的一种电热固体蓄能装置，其特征在于，所述的散热腔(8)内部设置有若干风挡板(82)，所述的风挡板(82)能把所述的散热腔(8)的空间分隔成若干个气体流道(83)，所述的气体流道(83)的一端连接出风口(80)，另一端连接回风口(81)。
10.根据权利要求8所述的一种电热固体蓄能装置，其特征在于，所述的感应线圈(4)和吸热段(20)之间设置有隔热套(40)。
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