CN110953911A

CN110953911A - 一种多能源高温相变蓄热分层装置

Info

Publication number: CN110953911A
Application number: CN201911126469.9A
Authority: CN
Inventors: 章代红; 陶方红; 邹庆硕; 杨勇
Original assignee: ANHUI GUODIAN ENERGY EQUIPMENT ENGINEERING CO LTD
Current assignee: ANHUI GUODIAN ENERGY EQUIPMENT ENGINEERING CO LTD
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-04-03

Abstract

本发明属于能源综合利用技术领域，具体涉及一种多能源高温相变蓄热分层装置，包括炉体和炉底座，炉体的顶部设有相变蓄热箱，相变蓄热箱的内部设有熔融盐材料；炉体的内部还设有换热系统，换热系统包括水汽蒸发器和补水泵，炉体的右侧壁安装有高温风机和进风管道；炉底座上端设有若干排平行设置的蓄热砖墙体，每一排的蓄热砖墙体之间依次串联有带有陶瓷套管的电热丝，前、后排的蓄热砖墙体之间还留有空气通过的风道。本发明中将电热丝直接与蓄热砖墙体相接触，并使电热丝与熔融盐材料分开，采用了相变蓄热与自然分层蓄热相结合的方式，不仅提高了热传导的效率和装置的蓄热量，同时也能防止电热丝被熔融盐材料腐蚀，提高了装置的使用寿命。

Description

一种多能源高温相变蓄热分层装置

技术领域

本发明属于能源综合利用技术领域，具体涉及一种多能源高温相变蓄热分层装置。

背景技术

蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，可用于解决热能供给与需求失配的矛盾，在太阳能利用、电力“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，是世界范围内的研究热点。

目前，主要的蓄热方法有显热蓄热、化学反应蓄热和相变蓄热三种。显热蓄热是利用物质的温度升高来存储热量的,利用陶瓷粒、水、油等的热容进行蓄热，把已经高温或低温变换的热能贮存起来加以利用，通常的显热蓄热方式简单，成本低，但存在储存热量小，不能恒温放热的缺点。化学反应蓄热是指利用可逆化学反应的结合热储存热能。化学反应蓄热虽然蓄热密度大，但不安全且蓄热过程不可控，严重影响其推广应用。相变蓄热是利用物质在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中，都要吸收或放出相变潜热的原理来进行能量储存的技术。化学反应具有温度恒定和蓄热密度大的优点，尤其适用于热量供给不连续或供给与需求不协调的情况下。相变储热系统作为解决能源供应时间与空间矛盾的有效手段，是提高能源利用率的重要途径之一。如专利申请号为CN201410553730.4的文献公开了一种新型相变蓄热供暖装置，包括相变蓄热模块、水箱、风机、换热器和保温层。相变蓄热模块由电加热器、相变蓄热材料构成，相变蓄热模块里填装一定量的相变材料，电加热装置安装固定在箱体内的空腔里，并内置在相变材料中。该发明依旧还存在一些不足之处，例如：直接将电热丝与熔融盐材料相接触，易使电热丝发生腐蚀，使用寿命短，且不便于维修；只能单一利用电能来进行蓄热，适用范围受限。

发明内容

本发明针对上述背景技术所提出的问题，提供了一种多能源高温相变蓄热分层装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种多能源高温相变蓄热分层装置，包括炉体和炉底座，所述炉体的侧壁由外向内依次包括金属外壳、硅酸铝保温层和炉内胆，所述炉体的顶部设有相变蓄热箱，所述相变蓄热箱的内部设有熔融盐材料，所述相变蓄热箱的侧壁还连通有泄压管，所述炉体的顶端还设有两个与所述相变蓄热箱相连通的加料管，所述加料管顶端均安装有密封盖；所述炉体的内部还设有换热系统，所述换热系统包括水汽蒸发器和补水泵，所述炉体的右侧壁安装有高温风机和进风管道，所述高温风机的进风口位置距离所述炉底座有一定高度；

所述炉底座上端设有若干排平行设置的蓄热砖墙体，且所有单个所述蓄热砖墙体的外壁均砌有耐火泥，每一排的所述蓄热砖墙体之间依次串联有带有陶瓷套管的电热丝，前、后排的所述蓄热砖墙体之间还留有空气通过的风道。

进一步地，所有蓄热砖墙体的顶端共同固定有不锈钢板，所述不锈钢板的顶端固定有所述相变蓄热箱。

进一步地，所述水汽蒸发器外壁连通有进水管和蒸汽输出管，所述进水管与所述补水泵相连接，所述补水泵设置于所述炉体的外部。

进一步地，所述炉体的左、右侧壁均安装有检修门。

进一步地，所述炉内胆采用2.75mm厚的碳钢Q235，所述相变蓄热箱的内胆为304不锈钢。

进一步地，所述炉底座由10#槽钢制成，且10#槽钢内部用耐火泥注满。

进一步地，所述高温风机的进风口位置距离所述炉底座的高度为600～800mm。

进一步地，所述熔融盐材料包括肉豆蔻酸、月桂酸、癸酸和膨胀石墨。

进一步地，一种多能源高温相变蓄热分层装置的能量来源于低谷电，工业余热、废热，弃光弃风电能中的任意一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中将带有陶瓷套管的电热丝直接与蓄热砖墙体相接触，并使电热丝与熔融盐材料分开，采用了相变蓄热与自然分层蓄热相结合的方式，不仅提高了热传导的效率和装置的蓄热量，同时也能防止电热丝被熔融盐材料腐蚀，提高了装置的使用寿命；本发明中不仅可使用电热丝工作产生的热风对熔融盐材料进行导热，电热丝工作所需要的能量可来源于低谷电或弃光弃风电能，也可以利用进风管道向装置内部输送高温气体，其中高温气体可来源于工业余热、废热，因此本发明的能量来源方式广，也为企业带来经济上和环保上的双收益。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明中A-A剖面示意图；

图4是本发明的左视图；

图5是本发明中换热系统的结构示意图。

其中，1-炉体，101-金属外壳，102-硅酸铝保温层，103-炉内胆，2-炉底座，3-相变蓄热箱，4-熔融盐材料，5-泄压管，6-加料管，7-密封盖，8-换热系统，801-水汽蒸发器，802-补水泵，803-进水管，804-蒸汽输出管，9-高温风机，10-进风管道，11-蓄热砖墙体，12-电热丝，13-不锈钢板，14-检修门。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～5中所示，一种多能源高温相变蓄热分层装置，包括炉体1和炉底座2，炉体1的侧壁由外向内依次包括金属外壳101、硅酸铝保温层102和炉内胆103，炉体1的顶部设有相变蓄热箱3，相变蓄热箱3的内部设有熔融盐材料4，相变蓄热箱3的侧壁还连通有泄压管5，泄压管5可防止相变蓄热箱3内部压力过大，炉体1的顶端还设有两个与相变蓄热箱3相连通的加料管6，加料管6顶端均安装有密封盖7，从而便于添加或者更换熔融盐材料4；炉体1的内部还设有换热系统8，换热系统8包括水汽蒸发器801和补水泵802，炉体1的右侧壁安装有高温风机9和进风管道10，高温风机9的进风口位置距离炉底座2有一定高度；

炉底座2上端设有若干排平行设置的蓄热砖墙体11，且所有单个蓄热砖墙体11的外壁均砌有耐火泥，每一排的蓄热砖墙体11之间依次串联有带有陶瓷套管的电热丝12，前、后排的蓄热砖墙体11之间还留有空气通过的风道。

作为对上述方案的进一步改进，所有蓄热砖墙体11的顶端共同固定有不锈钢板13，不锈钢板13的顶端固定有相变蓄热箱3。

作为对上述方案的进一步改进，水汽蒸发器801外壁连通有进水管803和蒸汽输出管804，进水管803与补水泵802相连接，补水泵802设置于炉体1的外部。

作为对上述方案的进一步改进，炉体1的左、右侧壁均安装有检修门14，从而便于对装置内部进行定期的维修和保养。

作为对上述方案的进一步改进，炉内胆103采用2.75mm厚的碳钢Q235，相变蓄热箱3的内胆为304不锈钢。

作为对上述方案的进一步改进，炉底座2由10#槽钢制成，且10#槽钢内部用耐火泥注满。

作为对上述方案的进一步改进，高温风机9的进风口位置距离炉底座2的高度为600～800mm，保证了高温风机9产生的气流可以顺畅流动。

作为对上述方案的进一步改进，熔融盐材料4包括肉豆蔻酸、月桂酸、癸酸和膨胀石墨，原料成本低，且蓄热密度大。

作为对上述方案的进一步改进，一种多能源高温相变蓄热分层装置的能量来源于低谷电，工业余热、废热，弃光弃风电能中的任意一种。

实施例1

在低谷时段使用电加热丝12加热其周围的气体和蓄热砖墙体11，气体被加热后在高温风机9的作用下，热量能快速的传递至相变蓄热箱3内部的熔融盐材料4，此时熔融盐材料4由固态逐渐变为液态，使热能主要以潜热的形式储存在熔融盐材料4中，其中还有一部分热能以显热的方式存储于蓄热砖墙体11内部。在电网高峰时段，使电加热丝12断开电源，高温风机9产生的冷空气气流由前、后排的蓄热砖墙体11之间的风道穿过，能带走熔融盐材料4和蓄热砖墙体11蓄积的热量，并传递给水汽蒸发器801，其热量能将水汽蒸发器801内部来自补水泵802的冷水转化为水蒸气，并最终由蒸汽输出管804导出以达到供热目的。当熔融盐材料4中释放出部分热量后，随着放热量的增加，熔融盐材料4逐渐由液态变回固态，可根据设计要求，利用PLC系统来对电加热丝12、高温风机9、水汽蒸发器801等进行自动化控制，从而可实现对装置的蓄热放热过程进行调控，也实现电能、固液相变蓄热材料与水的热能之间的高效换热。

实施例2

与实施例1相比，将工业上弃光弃风电能作为电加热丝12工作所使用的电能，其他操作过程及工作原理均相同。

实施例3

与实施例1相比，不使用电加热丝12进行加热，而是将工业余热、废热产生的高温气体由进风管道10直接送入炉体1内部，高温气体进入后同样也能将热量传递给熔融盐材料4和蓄热砖墙体11，在需要释放热量时，同样使用高温风机9产生的冷空气气流由前、后排的蓄热砖墙体11之间的风道穿过，能带走熔融盐材料4和蓄热砖墙体11蓄积的热量，并传递给水汽蒸发器801，其热量能将水汽蒸发器801内部来自补水泵802的冷水转化为水蒸气，并最终由蒸汽输出管804导出以达到供热目的。

结合实施例1～3，可以看出本发明中不仅可使用电热丝9工作产生的热风对熔融盐材料进行导热，电热丝9工作所需要的能量可来源于低谷电或弃光弃风电能，也可以利用进风管道10向装置内部输送高温气体，其中高温气体可来源于工业余热、废热，因此本发明的能量来源方式广，也为企业带来经济上和环保上的双收益；另外，本发明中将带有陶瓷套管的电热丝9直接与蓄热砖墙体11相接触，并使电热丝9与熔融盐材料4分开，采用了相变蓄热与自然分层蓄热相结合的方式，不仅提高了热传导的效率和装置的蓄热量，同时也能防止电热丝9被熔融盐材料腐蚀，提高了装置的使用寿命。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用的限制。

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制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“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，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用中的具体含义。

Claims

1.一种多能源高温相变蓄热分层装置，包括炉体（1）和炉底座（2），其特征在于,所述炉体（1）的侧壁由外向内依次包括金属外壳（101）、硅酸铝保温层（102）和炉内胆（103），所述炉体（1）的顶部设有相变蓄热箱（3），所述相变蓄热箱（3）的内部设有熔融盐材料（4），所述相变蓄热箱（3）的侧壁还连通有泄压管（5），所述炉体（1）的顶端还设有两个与所述相变蓄热箱（3）相连通的加料管（6），所述加料管（6）顶端均安装有密封盖（7）；所述炉体（1）的内部还设有换热系统（8），所述换热系统（8）包括水汽蒸发器（801）和补水泵（802），所述炉体（1）的右侧壁安装有高温风机（9）和进风管道（10），所述高温风机（9）的进风口位置距离所述炉底座（2）有一定高度；

所述炉底座（2）上端设有若干排平行设置的蓄热砖墙体（11），且所有单个所述蓄热砖墙体（11）的外壁均砌有耐火泥，每一排的所述蓄热砖墙体（11）之间依次串联有带有陶瓷套管的电热丝（12），前、后排的所述蓄热砖墙体（11）之间还留有空气通过的风道。

2.如权利要求1所述一种多能源高温相变蓄热分层装置，其特征在于,所有蓄热砖墙体（11）的顶端共同固定有不锈钢板（13），所述不锈钢板（13）的顶端固定有所述相变蓄热箱（3）。

3.如权利要求1所述一种多能源高温相变蓄热分层装置，其特征在于，所述水汽蒸发器（801）外壁连通有进水管（803）和蒸汽输出管（804），所述进水管（803）与所述补水泵（802）相连接，所述补水泵（802）设置于所述炉体（1）的外部。

4.如权利要求1所述一种多能源高温相变蓄热分层装置，其特征在于，所述炉体（1）的左、右侧壁均安装有检修门（14）。

5.如权利要求1所述一种多能源高温相变蓄热分层装置，其特征在于，所述炉内胆（103）采用2.75mm厚的碳钢Q235，所述相变蓄热箱（3）的内胆为304不锈钢。

6.如权利要求1所述一种多能源高温相变蓄热分层装置，其特征在于，所述炉底座（2）由10#槽钢制成，且10#槽钢内部用耐火泥注满。

7.如权利要求1所述一种多能源高温相变蓄热分层装置，其特征在于，所述高温风机（9）的进风口位置距离所述炉底座（2）的高度为600～800mm。

8.如权利要求1所述一种多能源高温相变蓄热分层装置，其特征在于，所述熔融盐材料（4）包括肉豆蔻酸、月桂酸、癸酸和膨胀石墨。

9.如权利要求1～8任意一项所述的一种多能源高温相变蓄热分层装置的能量来源于低谷电，工业余热、废热，弃光弃风电能中的任意一种。