CN113251464A - 一种无机盐相变电蓄热供热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及储能设备技术领域，具体涉及一种无机盐相变电蓄热供热装置，包括：壳体，壳体内底部安装有支撑组件；储热组件，设于壳体内，储热组件设于支撑组件上侧，储热组件包括沿高度方向交替布置的加热单元和蓄热单元，蓄热单元包括多个呈阵列布置的蓄热模块，蓄热模块内设有容纳腔，用于容纳无机盐相变材料，相邻的所述蓄热模块之间预留有通风流道；通风组件，设于壳体的一侧，通风组件上设有进风口和出风口。在用电低谷时，将电能转换为热能并储存，需要用热时，将蓄热模块中的热量取出来实现对电力的削峰填谷，保障资源的充分合理利用和电网的稳定运行。通过储热组件和通风组件的结构设计，可以实现高的储热密度和高的充放热效率。

Description

一种无机盐相变电蓄热供热装置
技术领域
本发明涉及储能设备技术领域，具体涉及一种无机盐相变电蓄热供热装置。
背景技术
电热储存技术是将电能转化为热能并储存起来加以利用的一种技术，是解决电能供需时间及空间上的不匹配、实现电网负荷削峰填谷、提高电力系统稳定性的重要手段。从储能成本的角度看，储热的成本远远低于储电的成本，因此对于最终途径为热利用的电能来说，通过储热的方式实现能量的储存是一种更加经济的方式。储热温度越高，则所储存的热能的品位越高，其使用价值越高，因此高温储热技术是电热储存技术发展的重点。
目前，高温储热技术一般指工作温度在300℃以上的储热技术。高温储热技术总体上可以分为高温化学储热、高温物理储热技术两种，其中高温物理储热技术又分为高温显热储热和高温潜热储热。高温潜热储热技术，又称为高温相变储热技术，是利用相变温度高的储热材料在相变过程中的相变焓进行热量的存储和释放。固液相变材料在相变过程中体积变化小、相变焓高，因此储热密度较大，放热过程温度稳定，能够提供高品质稳定热源，适用于高温发电、高温蒸汽等高附加值领域。
现有技术中固体蓄热式电锅炉等大功率电储热设备采用空气作为换热介质，采用镁砖、混凝土等作为储热材料，但是由于镁砖、混凝土等显热储热材料导热系数低、体积储热密度低，在使用时设备升温过程慢、储热较少、放热能力较差。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的高温物理储热设备热性能较差的缺陷，从而提供一种无机盐相变电蓄热供热装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种无机盐相变电蓄热供热装置，包括：
壳体，壳体内底部安装有支撑组件；
储热组件，设于壳体内，储热组件设于支撑组件上侧，储热组件包括沿高度方向交替布置的加热单元和蓄热单元，蓄热单元包括多个呈阵列布置的蓄热模块，蓄热模块内设有容纳腔，用于容纳无机盐相变材料，相邻的所述蓄热模块之间预留有通风流道；
通风组件，设于壳体的一侧，通风组件上设有进风口和出风口，进风口与出风口分别设于通风组件相互远离的两端。
可选地，蓄热模块还包括多个导热翅片，导热翅片一端设于容纳腔内，另一端延伸至容纳腔外。
可选地，相邻的蓄热模块之间的导热翅片交错设置。
可选地，导热翅片上设置有导热孔，导热孔均设于容纳腔外。
可选地，支撑组件上设有多个相互交叉的第一风道，多个第一风道将支撑组件分割成若干支撑单元，支撑单元上侧面交叉设置有若干第二风道，第二风道的深度小于第一风道的深度，进风口朝向支撑组件设置，第一风道与通风流道对齐。
可选地，第一风道沿支撑组件的长度方向或宽度方向设置。
可选地，加热单元包括间隔设置的多个加热翅片以及贯穿加热翅片设置的加热棒。
可选地，通风组件包括一对通风管道，通风管道朝向储热组件的一端的截面为矩形，另一端的截面为圆形，进风口设于其中之一通风管道远离储热组件的一端，出风口设于另一通风管道远离储热组件的一端，一对通风管道之间连通有循环管道。
可选地，壳体设有通风管道的一侧与储热组件之间设置有隔风板，隔风板将壳体与储热组件之间的空间分割成相互隔离的两个空腔，一对通风管道分别与不同的空腔连通。
可选地，壳体底部安装有基座，基座与壳体之间设有隔热垫。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的无机盐相变电蓄热供热装置包括：壳体，壳体内底部安装有支撑组件；储热组件，设于壳体内，储热组件设于支撑组件上侧，储热组件包括沿高度方向交替布置的加热单元和蓄热单元，蓄热单元包括多个呈阵列布置的蓄热模块，蓄热模块内设有容纳腔，用于容纳无机盐相变材料，相邻的所述蓄热模块之间预留有通风流道；通风组件，设于壳体的一侧，通风组件上设有进风口和出风口，进风口与出风口分别设于通风组件相互远离的两端。
在用电低谷时，向加热单元通电，加热电源将电能转换为热能并储存在多个蓄热模块内，需要用热时，通过向通风组件的进风口通入空气，空气进去到通风流道中与蓄热模块换热，将蓄热模块中的热量取出，加热后的高温空气从出风口流出后能够被用户利用。在用电高峰期时能够利用预存的热能来进行生产生活，或直接利用加热后的空气来加热水产生高温高压水蒸气，来用于驱动汽轮机发电，并将电能反馈给电网来实现对电力的削峰填谷，保障资源的充分合理利用和电网的稳定运行。用于储热的无机盐相变材料主要有硝酸盐、碳酸盐、氯化物、氟化物和硫酸盐，无机盐储热密度高、低成本和易规模制备。通过将无机盐相变材料设于呈阵列排布的蓄热模块中，将蓄热模块排列成一层蓄热单元，使得蓄热模块除与加热单元接触的其他多个面均能与空气发生换热，增加换热空气的换热面积，提高换热效率。同时在无机盐相变材料快速充放热过程中，因为温度急剧变化，导致蓄热单元内各处的温度是不均匀的，导致蓄热单元内部会产生较大的热应力，通过将蓄热单元分散为多个单独的蓄热模块，能有效减小蓄热单元内部的热应力。由于无机盐相变材料在高温是腐蚀性较大，长时间运行后储热单元局部易发生腐蚀导致无机盐相变材料发生泄漏，泄漏的无机盐相变材料会对装置内其他结构造成腐蚀，导致装置失效，通过将蓄热单元分散为多个单独的蓄热模块，当某个单独的蓄热模块发生腐蚀后，只需将对应的蓄热单元更换即可，能够延长装置的使用寿命，且更换步骤简单，无需长时间停机即可完成蓄热单元的更换操作，能够极大降低生产和维护成本。
2.本发明提供的无机盐相变电蓄热供热装置，蓄热模块还包括多个导热翅片，导热翅片一端设于容纳腔内，另一端延伸至容纳腔外。通过设置贯穿蓄热模块侧壁的导热翅片，使得蓄热模块内的无机盐相变材料与蓄热模块外的换热空气直接交换热量，加快换热效率，进而缩短无机盐相变电蓄热供热装置的升温时间。
3.本发明提供的无机盐相变电蓄热供热装置，相邻的蓄热模块之间的导热翅片交错设置。两个蓄热块之间形成的换热空气通道内，导热翅片间隔分布，不相互碰撞，既保证了紧凑的整体结构设计能够减小装置的整体体积，同时增加了换热面积，强化导热翅片与流通的空气之间换热效果。
4.本发明提供的无机盐相变电蓄热供热装置，导热翅片上设置有导热孔，导热孔均设于容纳腔外。进一步增加对通风流道中流通空气的扰动，实现强化换热的效果。
5.本发明提供的无机盐相变电蓄热供热装置，支撑组件上设有多个相互交叉的第一风道，多个第一风道将支撑组件分割成若干支撑单元，支撑单元上侧面交叉设置有若干第二风道，第二风道的深度小于第一风道的深度，进风口朝向支撑组件设置，第一风道与通风流道对齐。从进风口进入的空气在第一风道中流动，并能够进一步上升，进而进入到通风流道中，并与导热翅片进行充分换热，通过设置第二风道将第一风道之间连通，使得空气能够充第一风道进入到第二风道进而均匀分布到整个储热组件的下侧，从而强化底层的蓄热单元的换热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1为本发明的实施方式中提供的无机盐相变电蓄热供热装置的结构示意图。
图2为本发明的实施方式中提供的无机盐相变电蓄热供热装置的内部结构示意图。
图3为本发明的实施方式中提供的支撑组件与储热组件配合安装的结构示意图。
图4为本发明的实施方式中提供的支撑组件的结构示意图。
图5为本发明的实施方式中提供的第一流道和第二流道的结构示意图。
图6为本发明的实施方式中提供的加热单元与蓄热单元配合安装的结构示意图。
图7为图6所示的加热单元与蓄热单元配合安装结构的主视图。
图8为本发明的实施方式中提供的相邻的蓄热模块之间的导热翅片的排列示意图。
图9为本发明的实施方式中提供的导热翅片在蓄热模块上安装的结构示意图。
图10为本发明的实施方式中提供的无机盐相变材料在蓄热模块内填充的结构示意图。
图11为本发明的实施方式中提供的蓄热模块与盖板配合安装的结构示意图。
图12为本发明的实施方式中提供的加热单元的结构示意图。
图13为本发明的实施方式中提供的无机盐相变电蓄热供热装置的正面剖视图。
附图标记说明：1、壳体；2、侧盖；3、基座；4、隔热垫；5、支撑组件；6、蓄热模块；7、无机盐相变材料；8、盖板；9、导热翅片；10、导热孔；11、加热棒；12、加热翅片；13、第一风道；14、第二风道；15、进风口；16、出风口；17、通风管道；18、循环管道；19、隔风板；20、导风板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1至图13为实施例提供的一种无机盐相变电蓄热供热装置，包括：壳体1、储热组件和通风组件。储热组件设于壳体1的内腔中。本实施例中壳体1选用为长方体形状，壳体1的形状还可以为圆柱形、圆锥形、立方体、八面体等形状，壳体1的形状可根据实际使用环境或使用需求来改变。
壳体1的侧面设置有侧盖2，便于壳体1内各个部件的安装、维修和更换。在壳体1的底部设置有基座3，在基座3的上侧设置有隔热垫4。在壳体1内腔内的底部设置有作为支撑组件5的支撑板，支撑板由耐高温的镁砖制成。隔热垫4将基座3与支撑组件5隔离，避免储热组件中储藏的热能从底部的基座3中流失。
储热组件安装在壳体1内，储热组件设于支撑组件5上侧，储热组件包括沿高度方向交替布置的加热单元和蓄热单元，储热组件的最下一层和最上一层均为蓄热单元，蓄热单元包括多个呈矩形阵列或呈圆周阵列布置的蓄热模块6，本实施例中采用矩形阵列。在蓄热模块6内设有容纳腔，用于容纳无机盐相变材料7，在容纳腔的开口处设置有盖板8，盖板8与蓄热模块6配合将容纳腔完全封闭，以防止无机盐相变材料7从容纳腔中流出。在相邻的蓄热模块6之间均预留有通风流道。无机盐相变材料7可以为硝酸盐、碳酸盐、氯化物、氟化物或硫酸盐，本实施例中无机盐相变材料7选用K2CO3－Na2CO3二元混合熔盐材料。蓄热模块6还包括两排导热翅片9，导热翅片9一端设于容纳腔内，另一端延伸至容纳腔外。两排导热翅片9分别设置在储热模块相对的两个侧壁上，同一个蓄热模块6上的两排导热翅片9之间前后交错设置。相邻的蓄热模块6之间的导热翅片9也前后交错设置。在导热翅片9上还设置有导热孔10，导热孔10均设于容纳腔外。加热单元包括间隔设置的多个加热翅片12以及贯穿加热翅片12设置的加热棒11，在储热组件中，导热翅片9与加热翅片12之间相互垂直设置。加热棒11的长度大于一层蓄热单元的宽度，使得加热棒11的两端能够延伸至蓄热单元的两端外，以便于与外部的电源接通。
支撑组件5上设有多个相互交叉的第一风道13，多个第一风道13将支撑组件5分割成若干支撑单元，支撑单元上侧面交叉设置有若干第二风道14，第二风道14的深度小于第一风道13的深度，进风口15朝向支撑组件5设置，第一风道13与通风流道对齐。第一风道13沿支撑组件5的长度方向或宽度方向设置。本实施例中，第一风道13沿支撑组件5的长度方向和宽度方向设置有相互交叉的多条，交叉设置的第一风道13之间均相互垂直。
通风组件设于壳体1的右侧，通风组件上设有进风口15和出风口16，进风口15与出风口16分别设于通风组件相互远离的两端。进风口15设置在壳体1右侧的下方，进风口15设置在壳体1右侧的上方，进风口15和出风口16均朝右侧设置。通风组件包括一对通风管道17，通风管道17朝向储热组件的一端的截面为矩形，另一端的截面为圆形，进风口15设于下侧的通风管道17远离储热组件的一端，出风口16设于上侧的通风管道17远离储热组件的一端，一对通风管道17之间连通有循环管道18，以使加热后的空气进一步回到壳体1内进行再次升温，来提高输出空气的温度。在循环管道18上和设有进风口15的通风管道17设安装有流量控制阀门，进而控制进风的流量和循环风的流量，在壳体1设有通风管道17的一侧与储热组件之间设置有隔风板19，隔风板19将壳体1与储热组件之间的空间分割成相互隔离的两个空腔，一对通风管道17分别与不同的空腔连通。通过设置隔风板19将两个通风管道17之间分割，使得从进风口15进入的空气必须经过蓄热模块6之间的通风流道才能回到出风口16，避免从进风口15进入的控制之间回到出风口16发生短路。在壳体1内腔中的右侧还安装有朝向储热组件向上倾斜设置的导风板20，导风板20上设置有多个导风孔，导风板20与下侧的通风管道17对齐。使得进入到壳体1内的空气一部风进入到第一风道13和第二风道14中，一部分直接进入到蓄热模块6之间的通风流道中，使得空气在壳体1内的分布更加均匀。
在小功率充热过程中，外部电源对加热棒11加热，加热棒11产生的热量通过加热翅片12，将热量传导到蓄热模块6上，然后再经过蓄热模块6壁面和蓄热模块6内部的导热翅片9将热量传导进无机盐相变材料7内部。在加热过程中，靠近蓄热模块6底部以及靠近导热翅片9的无机盐相变材料7会先发生相变熔化，然后熔化区不断扩大，形成对流传热。在大功率充热的过程中，可同时开启风机及循环风道的阀门，来向进风口15吹风，利用循环风在通风流道中循环流动，能够提升导热翅片9与蓄热单元之间的对流换热，能够进一步提升充热速率，并且使得蓄热模块6内部温度更加均匀。
在放热过程中，开启风机，低温空气从壳体1右侧下部的进风口15处吹入到支撑组件5的第一风道13和第二风道14中，进而使低温空气遍布到储热组件的下部区域，同时空气能够上升至蓄热模块6之间的通风流道中，并蓄热模块6表面及导热翅片9充分接触换热，被加热后的空气由壳体1右侧上的出风口16处流出。经过上方的通风管道17，部分空气经由循环管道18回流至壳体1右侧下部的进风口15内，进行再次循环加热，另外一部分空气经由出风口16流出。通过控制风机的风速以及循环管道18上的阀门开度，可以实现放热功率及放热温度的控制。循环风道的设计可以提升壳体1内部的循环风量，提升换热功率，因此可以确保出风口16一直保持较高的出风温度。
在用电低谷时，向加热单元通电，加热电源将电能转换为热能并储存在多个蓄热模块6内，需要用热时，通过向通风组件的进风口15通入空气，空气进去到通风流道中与蓄热模块6换热，将蓄热模块6中的热量取出，加热后的高温空气从出风口16流出后能够被用户利用。在用电高峰期时能够利用预存的热能来进行生产生活，或直接利用加热后的空气来加热水产生高温高压水蒸气，来用于驱动汽轮机发电，并将电能反馈给电网来实现对电力的削峰填谷，保障资源的充分合理利用和电网的稳定运行，在使用时无需等待装置升温即可直接使用。用于储热的无机盐相变材料7主要有硝酸盐、碳酸盐、氯化物、氟化物和硫酸盐，无机盐储热密度高、低成本和易规模制备。通过将无机盐相变材料7设于呈阵列排布的蓄热模块6中，将蓄热模块6排列成一层蓄热单元，使得蓄热模块6除与加热单元接触的其他多个面均能与空气发生换热，增加换热空气的换热面积，提高换热效率。同时在无机盐相变材料7快速充放热过程中，因为温度急剧变化，导致蓄热单元内各处的温度是不均匀的，导致蓄热单元内部会产生较大的热应力，通过将蓄热单元分散为多个单独的蓄热模块6，能有效减小蓄热单元内部的热应力。由于无机盐相变材料7在高温是腐蚀性较大，长时间运行后储热单元局部易发生腐蚀导致无机盐相变材料7发生泄漏，泄漏的无机盐相变材料7会对装置内其他结构造成腐蚀，导致装置失效，通过将蓄热单元分散为多个单独的蓄热模块6，当某个单独的蓄热模块6发生腐蚀后，只需将对应的蓄热单元更换即可，能够延长装置的使用寿命，且更换步骤简单，无需长时间停机即可完成蓄热单元的更换操作，能够极大降低生产和维护成本。
作为替代的实施方式，加热棒11的两端设置在壳体1内，在储热组件的两端设置两块集流板，两块集流板分别与加热棒11的两端连通，利用两块集流板与外部电源连通，以对加热棒11进行通电。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种无机盐相变电蓄热供热装置，其特征在于，包括：
壳体(1)，所述壳体(1)内底部安装有支撑组件(5)；
储热组件，设于所述壳体(1)内，所述储热组件设于所述支撑组件(5)上侧，所述储热组件包括沿高度方向交替布置的加热单元和蓄热单元，所述蓄热单元包括多个呈阵列布置的蓄热模块(6)，所述蓄热模块(6)内设有容纳腔，用于容纳无机盐相变材料(7)，相邻的所述蓄热模块(6)之间预留有通风流道；
通风组件，设于所述壳体(1)的一侧，所述通风组件上设有进风口(15)和出风口(16)，所述进风口(15)与所述出风口(16)分别设于所述通风组件相互远离的两端。
2.根据权利要求1所述的无机盐相变电蓄热供热装置，其特征在于，所述蓄热模块(6)还包括多个导热翅片(9)，所述导热翅片(9)一端设于所述容纳腔内，另一端延伸至所述容纳腔外。
3.根据权利要求2所述的无机盐相变电蓄热供热装置，其特征在于，相邻的所述蓄热模块(6)之间的所述导热翅片(9)交错设置。
4.根据权利要求2所述的无机盐相变电蓄热供热装置，其特征在于，所述导热翅片(9)上设置有导热孔(10)，所述导热孔(10)均设于所述容纳腔外。
5.根据权利要求1至4任一项所述的无机盐相变电蓄热供热装置，其特征在于，所述支撑组件(5)上设有多个相互交叉的第一风道(13)，多个所述第一风道(13)将所述支撑组件(5)分割成若干支撑单元，所述支撑单元上侧面交叉设置有若干第二风道(14)，所述第二风道(14)的深度小于所述第一风道(13)的深度，所述进风口(15)朝向所述支撑组件(5)设置，所述第一风道(13)与所述通风流道对齐。
6.根据权利要求5所述的无机盐相变电蓄热供热装置，其特征在于，所述第一风道(13)沿所述支撑组件(5)的长度方向或宽度方向设置。
7.根据权利要求1至4任一项所述的无机盐相变电蓄热供热装置，其特征在于，所述加热单元包括间隔设置的多个加热翅片(12)以及贯穿所述加热翅片(12)设置的加热棒(11)。
8.根据权利要求1至4任一项所述的无机盐相变电蓄热供热装置，其特征在于，所述通风组件包括一对通风管道(17)，所述通风管道(17)朝向所述储热组件的一端的截面为矩形，另一端的截面为圆形，所述进风口(15)设于其中之一所述通风管道(17)远离所述储热组件的一端，所述出风口(16)设于另一所述通风管道(17)远离所述储热组件的一端，一对所述通风管道(17)之间连通有循环管道(18)。
9.根据权利要求8所述的无机盐相变电蓄热供热装置，其特征在于，所述壳体(1)设有所述通风管道(17)的一侧与所述储热组件之间设置有隔风板(19)，所述隔风板(19)将所述壳体(1)与所述储热组件之间的空间分割成相互隔离的两个空腔，一对所述通风管道(17)分别与不同的空腔连通。
10.根据权利要求1至4任一项所述的无机盐相变电蓄热供热装置，其特征在于，所述壳体(1)底部安装有基座(3)，所述基座(3)与所述壳体(1)之间设有隔热垫(4)。
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