CN114935273A - 一种多级相变球蓄热装置 - Google Patents

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毛国群
周昊
徐建刚
何怀明
俞琴华
朱国栋
姚俊
宋依璘
马伟伟
朱义凡
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Zhejiang University ZJU
Huaneng Zhejiang Energy Development Co Ltd Changxing Branch
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Zhejiang University ZJU
Huaneng Zhejiang Energy Development Co Ltd Changxing Branch
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Abstract

本发明公开一种多级相变球蓄热装置，其包括罐体、顶盖、换热流体管道、相变球、分层隔板、分区隔板；顶盖安装在罐体的顶部，分层隔板设置在罐体内，相变球放置于分层隔板上；分区隔板安装在每个分层隔板上，用于对分层隔板进行分区；不同分区放置不同熔点的相变球，且相邻分区的相变球的熔点按照顺时针或者逆时针依次排序；罐体内相变球之间充满传热流体；换热流体管道贯穿整个罐体，经过每个分层和分区，且换热流体管道在相变球之间贯穿时，按照熔点排序依次经过不同分区的相变球。相比单一熔点的相变蓄热单元，本发明的多级相变蓄热装置的储热和放热的速率和效率明显提高，传热及热力学性能更加优越。

Description

一种多级相变球蓄热装置
技术领域
本发明涉及相变蓄热技术领域，具体涉及一种多级相变球蓄热装置。
背景技术
相变蓄热技术是利用相变材料在相变时吸收或放出热量来实现储热和放热的目的，它可以将暂时不用的预热或多于的热量储存于相变材料中，在需要使用时，再通过一定的方法将其释放出来。相变蓄热技术利用潜热储能，储热密度相较于显热蓄能更高，在相变蓄热过程中，相变材料近似恒温，可以很好地控制相变材料的温度。相变蓄热技术具有装置简单、体积小、使用方便且装置温度可控等优点。
但是，多数相变材料的导热系数偏低，影响其储热和放热的速率和效率，通常需要采用其他方式来强化换热。多级相变蓄热技术将多种具有不同熔点的相变材料串联并按熔点高低合理布置，是一种有效的相变蓄热方式。相比单一熔点的相变蓄热单元，多级相变蓄热技术的储热和放热的速率和效率明显提高，传热及热力学性能更加优越。现有的蓄热模块均为单级的，没有考虑蓄热箱体内部的多级强化蓄热过程。
发明内容
为了解决单级相变蓄热技术的储热和放热的速率和效率较低，且现有的相变蓄热模块未考虑提升模块内部的蓄热和传热性能的技术问题，本发明提供一种多级相变球蓄热装置，该装置的储热和放热的速率和效率明显提高。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现：
一种多级相变球蓄热装置，该装置包括罐体、顶盖、换热流体管道、相变球、分层隔板、分区隔板、传热流体；
所述顶盖安装在所述罐体的顶部，所述分层隔板设置在所述罐体内，所述相变球放置于所述分层隔板上；所述分区隔板安装在每个所述分层隔板上，用于对所述分层隔板进行分区；不同分区放置不同熔点的相变球，且相邻分区的相变球的熔点按照顺时针或者逆时针依次排序；所述罐体内相变球之间充满传热流体；
所述换热流体管道贯穿整个罐体，经过每个分层和分区，且所述换热流体管道在相变球之间贯穿时，按照熔点排序依次经过不同分区的相变球。
进一步地，所述相变球包括相变球球形壳体和封装顶盖，所述相变球球形壳体用于填充相变材料，所述封装顶盖可拆卸安装在所述相变球球形壳体上。
进一步地，所述所述分层隔板为网状不锈钢丝结构，网孔孔径小于相变球直径。
进一步地，所述分区隔板呈十字布置，将每层分层隔板分割成四个区域，将相变球按照熔点高低进行排序，按照顺时针或者逆时针依次放置在不同的区域中。
进一步地，所述顶盖上设置有把手，方便移动整个多级相变球蓄热装置。
进一步地，所述换热流体管道包括流体入口和流体出口，所述流体入口和流体出口均位于所述所述顶盖上。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明的多级相变蓄热装置将多种具有不同熔点的相变球串联并按熔点高低合理布置，并通过传热流体填充了相变球间隙。相比单一熔点的相变蓄热单元，多级相变蓄热装置的储热和放热的速率和效率明显提高，传热及热力学性能更加优越。
(2)多级相变蓄热装置通过将暂时不用的热量储存于相变球的相变材料中，在需要使用时，再通过一定的方法将其释放出来，达到了热能的储存和循环利用的目的。
(3)多级相变蓄热装置结构简单，换热效率高，安全稳定，罐体封装后具有便携性，达到热量有效利用的目的。
附图说明
图1为多级相变球蓄热装置剖面图。
图2为多级相变球蓄热装置的立体示意图。
图3为相变球的示意图。
图4为相变球隔板的俯视图。
图中，罐体1、顶盖2、换热流体管道3、相变球4、分层隔板5、分区隔板6、传热流体7、把手201、流体入口301、流体出口302、相变球球形壳体401、封装顶盖402。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～4所示，本发明的多级相变球蓄热装置，包括罐体1、顶盖2、换热流体管道3、相变球4、分层隔板5、分区隔板6、传热流体7。
顶盖2安装在罐体1的顶部，用于将蓄热装置密封，防止相变球4和传热流体7在蓄热装置移动的过程中泄露。顶盖2上设置有把手201，方便移动整个多级相变球蓄热装置，实现将储存的热量在需要的地方释放出来的目的。
罐体1用于放置多级相变球和使换热流体在罐体内部流动。分层隔板5设置在罐体1内，相变球4放置于分层隔板5上；分层隔板5用于将相变球分层排列，便于相变球的布置和固定。作为一种实施例，分层隔板5为网状不锈钢丝结构，网孔孔径小于相变球直径。隔板上的开孔用于使换热流体依次通过罐体内部。分区隔板6安装在每个分层隔板5上，用于对分层隔板5进行分区。作为其中一种实施方式，分区隔板6可以是焊接的“十字”布置的不锈钢板。不同分区放置不同熔点的相变球，且相邻分区的相变球的熔点按照顺时针或者逆时针依次排序。罐体1内相变球之间充满传热流体7，如熔融盐、石蜡、结晶水合盐等相变材料，用于填充多级相变球之间的孔隙，实现导热及相变传热的作用，使热量进一步利用。
相变球4用于对换热流体吸收或放出热量来实现储热和放热过程，其包括相变球球形壳体401和封装顶盖402，在相变球球形壳体401内填充相变材料，但是不完全填充，确保相变材料可以在球体内部膨胀和收缩，然后在相变球球形壳体401的顶部焊接封装顶盖402。
换热流体管道3贯穿整个罐体1，经过每个分层和分区，且换热流体管道3在相变球之间贯穿时，按照熔点排序依次经过不同分区的相变球4。换热流体管道3包括流体入口301和流体出口302，流体入口301和流体出口302均位于所述顶盖2上。流体入口301用于向蓄热装置内通入换热流体，换热流体在管道内流动，在流体出口302流出。流体入口301和流体出口302可以互换，当需要将储存换热流体热量时，换热流体依次经过熔点由高到低的相变球的所在分区；当需要向换热流体释放储存热量时，换热流体依次经过熔点由低到高的相变球的所在分区。
本发明的多级相变球蓄热装置的制备过程如下：
将第一层的分层隔板5放置在罐体1底部，将换热流体管道3放置于罐体1内部，换热流体管道3的底部与罐体1底部间隔一定距离，在第一层的分层隔板5上焊接分区隔板6，将不同熔点的相变球按照熔点顺序依次放置在四个分区中，向罐体1内填充传热流体7，传热流体的高度与底层相变球高度一致；在蓄热装置内部放置第二块相变球隔板5，同样将四种相变球4分区放置并向蓄热装置内填充传热流体7。依次类推，在罐体中填充多级相变球4和传热流体7。最后将顶盖2焊接密封在罐体1上。
本发明的多级相变球蓄热装置可以用在多种场合。例如，将电厂尾部的高温烟气通入多级相变球蓄热装置中，烟气中的热能用于使箱变材料和传热流体从固态转化为液态。这是烟气中的热能的吸收过程。转移多级相变球蓄热装置，对冷态空气进行预热。当空气流经多级相变球蓄热装置时，相变球中的相变材料和传热流体从液态凝固为固态，并放出大量热量，冷态空气被预热为热态空气。多级相变球蓄热装置不仅可以通入气体，还可以通入液体，实现对多种流体进行换热的功能。因此，多级相变球蓄热装置实现了烟气中热能的储存和循环利用，储热和放热的速率和效率明显提高，传热及热力学性能更加优越
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多级相变球蓄热装置，其特征在于，该装置包括罐体(1)、顶盖(2)、换热流体管道(3)、相变球(4)、分层隔板(5)、分区隔板(6)、传热流体(7)；
所述顶盖(2)安装在所述罐体(1)的顶部，所述分层隔板(5)设置在所述罐体(1)内，所述相变球(4)放置于所述分层隔板(5)上；所述分区隔板(6)安装在每个所述分层隔板(5)上，用于对所述分层隔板(5)进行分区；不同分区放置不同熔点的相变球，且相邻分区的相变球的熔点按照顺时针或者逆时针依次排序；所述罐体(1)内相变球之间充满传热流体(7)；
所述换热流体管道(3)贯穿整个罐体(1)，经过每个分层和分区，且所述换热流体管道(3)在相变球之间贯穿时，按照熔点排序依次经过不同分区的相变球(4)。
2.根据权利要求1所述的多级相变球蓄热装置，其特征在于，所述相变球(4)包括相变球球形壳体(401)和封装顶盖(402)，所述相变球球形壳体(401)用于填充相变材料，所述封装顶盖(402)可拆卸安装在所述相变球球形壳体(401)上。
3.根据权利要求1所述的多级相变球蓄热装置，其特征在于，所述所述分层隔板(5)为网状不锈钢丝结构，网孔孔径小于相变球直径。
4.根据权利要求1所述的多级相变球蓄热装置，其特征在于，所述分区隔板(6)呈十字布置，将每层分层隔板(5)分割成四个区域，将相变球按照熔点高低进行排序，按照顺时针或者逆时针依次放置在不同的区域中。
5.根据权利要求1所述的多级相变球蓄热装置，其特征在于，所述顶盖(2)上设置有把手(201)，方便移动整个多级相变球蓄热装置。
6.根据权利要求1所述的多级相变球蓄热装置，其特征在于，所述换热流体管道(3)包括流体入口(301)和流体出口(302)，所述流体入口(301)和流体出口(302)均位于所述所述顶盖(2)上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117134030A (zh) * 2023-09-25 2023-11-28 国网湖北省电力有限公司技术培训中心 一种电池包梯度化热管理装置及仿真方法

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