CN110132040A - 一种可控制相分离且高效的无机复合相变多能储热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控制相分离且高效的无机复合相变多能储热器,包括金属箱体外壳、金属箱体内胆、无机复合相变材料、电加热组件、热交换器和驱动机构，金属箱体内胆内填充有内部导热介质，无机复合相变材料密封于若干个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器和小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器内，驱动机构驱动若干个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器和小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器缓慢旋转，热交换器包括底部热交换器和顶部热交换器，底部热交换器的右端设有外部高温传热介质流入管和外部低温传热介质流出管，顶部热交换器的右端设有进水管和出水管，本发明可以有效解决无机复合相变储热器存在的储热换热效率低问题，同时有效控制相分离。

Description

一种可控制相分离且高效的无机复合相变多能储热器

技术领域

本发明涉及相变储能技术领域，特别是一种可控制相分离且高效的无机复合相变多能储热器。

背景技术

随着世界经济的快速发展，能源危机和环境污染已成为世界各国面临的难题，同样，伴随着我国经济的迅速发展，我国的能源消耗也保持了高速增长的势头。据国家能源局统计，工商业热力供应、建筑采暖热力能源消耗占到总能源消耗的50％以上，在国家推行“低碳绿色能源”国策的新形势下，推广可再生新能源、低碳能源供热技术，推行绿色节能供热势在必行。但峰谷电、太阳能、工业余热等新型热源方式都是具有间断性的能源，通过高效方式将这些热源的多余热量利用起来，将大大提高这些新型能源的利用率，缓解人类的热力供应能源危机。

市场上现有的水箱储热和有机复合相变储热产品，虽然可以起到热量存储的作用，但因为储能密度低、可利用热量存储少，导致因占地面积大、储热效率低而得不到有效的市场推广；而无机复合相变材料的单位体积内可用储能密度为相同温差条件下水可用储能密度的5～10倍，单位体积内可用储能密度为相同温差条件下有机复合相变储能密度的2～5倍；所以在同样储能量的要求下，其所用的体积仅为传统的热水箱体积的1/4～1/15，仅为有机复合相变产品的1/2～1/5，由于体积的缩小，减小了对实际应用的限制，从而扩大了市场使用范围。

虽然无机复合相变材料储能密度大，但由于多数无机相变材料，存在过冷和比较严重的相分离现象，同时存在一定的腐蚀性，如不解决以上三种现象，将会严重影响无机复合相变产品的储热转化效率和使用寿命。当前行业内的无机复合相变储热产品多为换热盘管与无机复合相变材料直接接触换热，或采用陶瓷罐装相变材料，水与陶瓷罐外壁接触换热方式，存在相变材料腐蚀换热盘管导致泄露而是产品丧失功能或因相变材料膨胀压力导致陶瓷管破裂使相变材料外泄的隐患，同时若腐蚀性相变材料随换热系统外泄将导致安全隐患。

同时,当前市场上的无机复合相变储热产品，本身无加热功能，需外辅电锅炉或其他热源提供热量，不能做为单独产品使用。另外当前市场上的无机复合相变储热产品，虽然可部分解决相分离的问题，但因产品设计结构不合理，导致储热放热效率较低，同时因结构不合理无法从根本上解决相分离问题，导致储热效率衰减严重，大大减少了产品的使用寿命。

发明内容

为了克服上述不足，本发明的目的是要提供一种可控制相分离且高效的无机复合相变多能储热器,可以有效解决无机复合相变蓄热器存在的储热换热效率低问题，同时有效控制相分离。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种可控制相分离且高效的无机复合相变多能储热器,包括金属箱体外壳、金属箱体内胆、无机复合相变材料、电加热组件、热交换器和驱动机构，所述金属箱体内胆内填充有内部导热介质，所述无机复合相变材料密封于若干个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器和小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器内，所述驱动机构驱动若干个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器和小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器缓慢旋转，所述大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器、小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器、电加热组件以及热交换器均沉浸在内部导热介质中，所述电加热组件固定在金属箱体内胆的底部，所述热交换器包括底部热交换器和顶部热交换器，所述底部热交换器位于电加热组件的上端，所述底部热交换器的右端设置有外部高温传热介质流入管和外部低温传热介质流出管，所述外部高温传热介质流入管和外部低温传热介质流出管均贯穿金属箱体外壳，所述顶部热交换器位于大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器的上部，所述顶部热交换器的右端分别设置有进水管和出水管，所述进水管与出水管均贯穿金属箱体外壳。

进一步的，所述金属箱体外壳与金属箱体内胆之间填充有由保温材料形成的保温层，所述保温材料为岩棉或聚氨酯发泡。

进一步的，所述金属箱体内胆的内壁上固定有一支撑支架，所述支撑支架的内壁上固定有若干个轴承座，所述轴承座上固定有传动轴承，靠近支撑支架内壁的大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器卡设在相邻的两个传动轴承之间，所述小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器卡设在相邻的两个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器之间。

进一步的，所述驱动机构包括位于金属箱体外壳上端的传动电机、与传动电机转轴固定连接的传动杆、与位于传动杆末端的第一锥齿轮以及固定在一个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器前端的第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，传动电机带动传动杆与第一锥齿轮旋转，由于第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，进而使第二锥齿轮旋转。

进一步的，所述大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器和小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器均为长度相同的圆柱形罐体，所述罐体材料均选用用耐高温、耐腐蚀、耐压、热传导效率高的材料，可以是C20碳钢、国标00Cr19Ni9不锈钢、国标00Cr17Ni12Mo2不锈钢、金属内搪瓷、搪塑中的一种。

进一步的，所述若干个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器分成多排分别卡设在支撑支架内，若干个小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器填充在相邻的大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器之间，两侧边和底部的大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器与传动轴承相贴合；由于大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器中的一个设有第二锥齿轮，使得该大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器旋转，同时通过传动轴承与小圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器传递转动力，实现金属箱体内胆中所有大圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器和小圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器转动。

进一步的，所述内部导热介质优先选择耐高温、抗高寒、热量传输速度快的高温导热油、防冻液，也可选择水为内部导热介质。

进一步的，所述底部热交换器内设有传热介质循环温控探头，所述顶部热交换器内设有防过热温控探头。

进一步的，所述传热介质循环温控探头与防过热温控探头连接有控制仪，所述控制仪位于金属箱体外壳的左端外壁上。

与现有技术相比，本发明的可控制相分离且高效的无机复合相变多能储热器具有以下有益效果：

1.本发明在蓄热和放热过程中，由于大圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器和小圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器的转动，使相变材料在相变过程中位置不停的上下变换，因此彻底解决了无机复合相变材料长期使用会产生相分离而导致蓄热产品功能丧失的问题。

2.当前市场上的无机复合相变储热产品，本身无加热功能，需外辅电锅炉或其他热源提供热量，不能做为单独产品使用，本发明中的产品可单独做为独立系统使用，扩大了市场的运用范围。

3.行业内产品多采用换热盘管与无机复合相变材料直接接触换热，或采用陶瓷罐装相变材料，水与陶瓷罐外壁接触换热方式，存在相变材料腐蚀换热盘管导致泄露，使得产品丧失功能或因相变材料膨胀压力导致陶瓷管破裂使相变材料外泄的隐患，本发明中的产品，换热系统中的无机复合相变材料存储在圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器内，内部导热介质与热交换器完全分离，杜绝了以上安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示的可控制相分离且高效的无机复合相变多能储热器,包括金属箱体外壳1、金属箱体内胆3、无机复合相变材料6、电加热组件9、热交换器和驱动机构，所述金属箱体内胆内填充有内部导热介质7，所述无机复合相变材料6密封于若干个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器4和小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器5内，所述驱动机构驱动若干个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器4和小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器5缓慢旋转，所述大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器4、小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器5、电加热组件以及热交换器均沉浸在内部导热介质7中，所述电加热组件9固定在金属箱体内胆3的底部，所述热交换器包括底部热交换器16和顶部热交换器8，所述底部热交换器16位于电加热组件9的上端，所述底部热交换器16的右端设置有外部高温传热介质流入管14和外部低温传热介质流出管15，所述外部高温传热介质流入管14和外部低温传热介质流出管15均贯穿金属箱体外壳，所述顶部热交换器8位于大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器4的上部，所述顶部热交换器8的右端分别设置有进水管12和出水管13，所述进水管12与出水管13均贯穿金属箱体外壳。

所述金属箱体外壳1与金属箱体内胆3之间填充有由保温材料形成的保温层2，所述保温材料为岩棉或聚氨酯发泡；所述大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器4和小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器5均为长度相同的圆柱形罐体，所述罐体材料均选用用耐高温、耐腐蚀、耐压、热传导效率高的材料，可以是C20碳钢、国标00Cr19Ni9不锈钢、国标00Cr17Ni12Mo2不锈钢、金属内搪瓷、搪塑中的一种。

所述金属箱体内胆3的内壁上固定有一支撑支架22，所述支撑支架22的内壁上固定有若干个轴承座23，所述轴承座23上固定有传动轴承11，靠近支撑支架22内壁的大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器4卡设在相邻的两个传动轴承11之间，所述小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器5卡设在相邻的两个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器4之间；所述驱动机构包括位于金属箱体外壳1上端的传动电机20、与传动电机20转轴固定连接的传动杆19、位于传动杆19末端的第一锥齿轮24以及固定在一个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器4前端的第二锥齿轮18，所述第一锥齿轮24与第二锥齿轮18啮合，传动电机20带动传动杆19与第一锥齿轮24旋转，由于第一锥齿轮24与第二锥齿轮18啮合，进而使第二锥齿轮18旋转；若干个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器4分成四排分别卡设在支撑支架22内，若干个小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器5分成三排分别填充在相邻的大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器4之间，两侧边和底部的大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器4与传动轴承11相贴合；由于大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器5中的一个设有第二锥齿轮18，使得该大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器4旋转，同时通过传动轴承11与小圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器5传递转动力，实现金属箱体内胆3中所有大圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器4和小圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器5转动。

所述内部导热介质7优先选择耐高温、抗高寒、热量传输速度快的高温导热油、防冻液，也可选择水为内部导热介质；所述底部热交换器16内设有传热介质循环温控探头17，所述顶部热交换器8内设有防过热温控探头10；所述传热介质循环温控探头17与防过热温控探头10连接有控制仪21，所述控制仪21位于金属箱体外壳1的左端外壁上。

本发明的可控制相分离且高效的无机复合相变多能储热器的具体工作原理为：

蓄热时，可通过底部电加热9使内部导热介质7升温，内部导热介质7通过热传导对大圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器4和小圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器5进行加热，把热量存蓄在无机复合相变材料6中，当无机复合相变材料6温度达到相变温度时，控制仪21控制传动电机20自动启动，使圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器4和小圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器5缓慢转动，从而使无机复合相变材料6充分吸收热量，实现热量的高效存蓄。

蓄热时，也可将太阳能、空气能、工业余热等产生的热量通过外部传热介质，由外部高温传热介质流入管14进入底部热交换器16，将热量传递给内部导热介质7后，外部低温传热介质由外部低温传热介质流出管15流出，通过传热闭路循环，将热量传递至内部导热介质7，内部导热介质7通过热传导对大圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器4和小圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器5进行加热，把热量存蓄在无机复合相变材料6中，当无机复合相变材料6温度升至相变温度时，控制仪21控制传动电机20自动启动，使圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器4和小圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器5缓慢转动，从而使无机复合相变材料6充分吸收热量，实现热量的高效存蓄.

放热时，冷水经进水管12进入顶部换热器8中，吸收内部导热介质7中热量，通过换热将冷水升温至高温热水，高温热水经出水管流出；相变材料通过圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器4和小圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器5持续放热，使导热介质保持持续升温，当无机复合相变材料6降温至相变温度时，控制仪21控制传动电机20自动启动，使大圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器4和小圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器5缓慢转动，从而实现无机复合相变材料6充分释放热量的同时，有效避免相分离和过冷，实现热量的高效释放。

在蓄热和放热过程中，由于大圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器4和小圆形密闭耐压耐腐蚀材料容器5的转动，使相变材料在相变过程中位置不停的上下变换，因此彻底解决了复合无机相变材料长期使用会产生相分离而导致蓄热产品功能丧失的问题；顶部换热器8和底部换热器16浸泡在内部导热介质7中，与内部导热介质7充分接触；通过防过热温度感应探头10感应导热介质温度，经温控仪21控制，在可保证无机复合相变材料6充分相变完毕的合理温度区间内，传动电机20转动，超过温度设定区间，传动电机停止转动；

设定电加热的自动启停时间，传热介质循环温控探头17可根据外界热源中的导热介质温度和内部导热介质7的温度，在保障设备运行温度区间内，通过控制仪21实现自动启停；当外界热源中的外部导热介质温度高于内部导热介质7温度时，导热介质循环开始，将热量快速传递给内部导热介质7，当外部导热介质温度和内部导热介质7温度一致时，或内部导热介质7到达设置的防高温限定温度时，外部导热介质循环停止；当外部导热介质温度低于内部导热介质7温度时，介质循环不启动；

传动轴承11全部安装在内部支撑支架22上，大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器4、小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器5、顶部热交换器8、电加热9、传动轴承11，底部热交换器16、支撑支架22全部浸泡在内部导热介质7中。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可控制相分离且高效的无机复合相变多能储热器,其特征在于,包括金属箱体外壳、金属箱体内胆、无机复合相变材料、电加热组件、热交换器和驱动机构，所述金属箱体内胆内填充有内部导热介质，所述无机复合相变材料密封于若干个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器和小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器内，所述驱动机构驱动若干个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器和小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器缓慢旋转，所述大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器、小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器、电加热组件以及热交换器均沉浸在内部导热介质中，所述电加热组件固定在金属箱体内胆的底部，所述热交换器包括底部热交换器和顶部热交换器，所述底部热交换器位于电加热组件的上端，所述底部热交换器的右端设置有外部高温传热介质流入管和外部低温传热介质流出管，所述外部高温传热介质流入管和外部低温传热介质流出管均贯穿金属箱体外壳，所述顶部热交换器位于大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器的上部，所述顶部热交换器的右端分别设置有进水管和出水管，所述进水管与出水管均贯穿金属箱体外壳。

2.根据权利要求1所述的高效储热放热的无机复合相变多能储热器,其特征在于,所述金属箱体外壳与金属箱体内胆之间填充有由保温材料形成的保温层，所述保温材料为岩棉或聚氨酯发泡。

3.根据权利要求1所述的高效储热放热的无机复合相变多能储热器,其特征在于,所述金属箱体内胆的内壁上固定有一支撑支架，所述支撑支架的内壁上固定有若干个轴承座，所述轴承座上固定有传动轴承，靠近支撑支架内壁的大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器卡设在相邻的两个传动轴承之间，所述小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器卡设在相邻的两个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器之间。

4.根据权利要求1所述的高效储热放热的无机复合相变多能储热器,其特征在于，所述驱动机构包括位于金属箱体外壳上端的传动电机、与传动电机转轴固定连接的传动杆、与位于传动杆末端的第一锥齿轮以及固定在一个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器前端的第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合。

5.根据权利要求3所述的高效储热放热的无机复合相变多能储热器,其特征在于,所述大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器和小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器均为长度相同的圆柱形罐体，所述罐体材料选自C20碳钢、国标00Cr19Ni9不锈钢、国标00Cr17Ni12Mo2不锈钢、金属内搪瓷、搪塑中的一种。

6.根据权利要求5所述的高效储热放热的无机复合相变多能储热器,其特征在于,所述若干个大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器分成多排分别卡设在支撑支架内，若干个小圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器填充在相邻的大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器之间，两侧边和底部的大圆形密闭耐压耐腐蚀相变材料容器与传动轴承相贴合。

7.根据权利要求1所述的高效储热放热的无机复合相变多能储热器,其特征在于,所述内部导热介质选自高温导热油、防冻液或水中的一种。

8.根据权利要求1所述的高效储热放热的无机复合相变多能储热器,其特征在于,所述底部热交换器内设有传热介质循环温控探头，所述顶部热交换器内设有防过热温控探头。

9.根据权利要求8所述的高效储热放热的无机复合相变多能储热器,其特征在于,所述传热介质循环温控探头与防过热温控探头连接有控制仪，所述控制仪位于金属箱体外壳的左端外壁上。