CN202013127U - 一种固态储热结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种固态储热结构，所述固体储热结构是由集料及高导热率的填充剂形成的自支撑的立体贯通网状结构，填充剂材料在高温下熔化成液态浸透进入混合集料空隙，冷却后与集料共同形成储热固体整块。本实用新型的固体储热介质不具有流动性，储热利用固体显热性能储热，运行安全；整个储热介质紧密形成一体，大量增强了多界面之间的传热，且高热导率材质的立体网状结构相对均匀的分布于整个储热介质空间内，大大增强了热能的传递，使介质整体具有良好的热导率；该固体储热结构成本低、导热好、热容大，可应用于各种储热应用，特别是太阳能光热利用系统。

Description

一种固态储热结构
技术领域
本实用新型涉及一种储热装置，特别涉及一种太阳能光热利用系统中的储热装置。
背景技术
太阳能是比较理想的新能源，但利用上却存在时效性问题，日照期间所接受的能量超过所需，日落之后却无法发挥作用。因而如何把日照时多余的能量储存起来，以用于日落后系统的持续运行，即取有余以补不足，成为实现太阳能热利用装置连续运行的关键问题。
现有的太阳能储存技术中，有报道或使用过多种储热介质。近年有报道在实验室中获得以特定材料作基体支撑的复合相变材料(定形相变材料)，用以储存热量，但其存在导热系数低的缺点，而且相变材料在储热过程中发生相变，由于体积的变化，容易发生漏露的隐患。另外，工业上也有使用三元铝合金用以作为相变储存材料，多次循环使用对于储热性能，例如相变储热的温度、寿命等参数有负面作用，因为储热材料本身在工作过程中进行反复的固液相变，杂质元素将会影响其使用性能和使用寿命。目前现有的已经工业化的太阳能热发电机组多利用无机盐做储热材料，但无机盐在相变过程中存在过冷和相分离的缺点，影响了储热能力，并且其凝固温度过高，造成夜间为保证其不凝固而进行的保温循环热损失较大，一旦系统出现凝固点后处置困难，存在安全隐患；熔盐系统管路中使用的泵、阀价格昂贵且使用寿命也比较短，而且无机盐具有毒性，容易泄漏发生火灾，且泄漏会对环境造成的污染。固态储热方案有混凝土储热，成本较高，导热系数较低等等；砂石储热，虽然价格便宜，但导热率低，换热困难，不能定型自支撑，影响使用；固体金属或合金储热虽然机械强度好，导热率高，但价格昂贵。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种成本低廉、导热好，热容大，储热性能好，可应用于多领域储热的固体储热结构。
本实用新型提供了一种固体储热结构，所述固体储热结构是由集料和高导热率填充剂按照集料级配混合后形成的立体贯通网状结构；所述立体贯通网状结构是由高导热率填充剂将集料形成的空隙填充构成。
优选地，所述固体储热结构内部布置有传输热量的管路系统。
优选地，所述管路系统为金属管路系统。
优选地，所述固体储热结构内部布置有金属管道和由定型件拔出后形成的通道。
本实用新型所提供的固体储热结构可应用于太阳能光热利用系统。
本实用新型的固体储热介质不具有流动性，储热利用固体显热性能储热，运行安全；整个储热介质紧密形成一体，大量增强了多界面之间的传热，且高热导率材质的立体网状结构相对均匀的分布于整个储热介质空间内，大大增强了热能的传递，使介质整体具有良好的热导率；该固体储热结构成本低、导热好、热容大，可应用于各种储热应用，特别是太阳能光热利用系统。
附图说明
下面参照附图对本实用新型的具体实施方案进行详细的说明，附图中：
图1是本实用新型固体储热块整体结构第一实施例示意图；
图2是本实用新型固体储热块整体结构第二实施例示意图；
图3是图2的通道7的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型进行进一步的详细说明。
集料在公路工程中的是指在混合料中起骨架和填充作用的固体颗粒，包括碎石、砾石、机制砂、石屑、砂、金属屑、渣等。级配是指集料各级粒径颗粒的分配情况，可通过筛析试验确定。级配也是个公路实施的概念，通过选择不同的集料及使用不同的配比获得所需空隙率和表面积。
图1是本实用新型的固体储热块整体结构第一实施例示意图。第一实施例的固体储热结构1由多种混合料混合构成，即由粗集料2、细集料4及高导热率填充剂5整体形成的高热导储热固体储热结构1。填充剂材料5在高温下熔化成液态浸透进入混合集料的空隙，冷却后与集料共同形成储热固体整块。其中粗集料为两种规格的固体颗粒材料，即粒径15mm～30mm的粗集料2和粒径30mm～60mm的粗集料3，优选地，粗集料包括金属废料、陶瓷、玻璃、矿石、砖瓦和天然石材中的一种或几种，天然石材包括玄武岩、辉绿岩或石灰岩或鹅卵石中的一种或几种。细集料4为粒径为3mm～15mm的固体颗粒集料，优选地，细集料为石灰岩、辉绿岩、玄武岩或鹅卵石集料中的一种或几种。优选地，固体颗粒集料选自密度高、比热容大的材料，以获得更高的储热密度。高导热率的填充剂5为金属或合金材料，优选地，填充剂5是纯铝或铝合金、铁、锡、锌、铅、铜及其合金中的一种或几种，优选地，填充剂5掺量占整个集料总质量的5％～30％。填充剂5在高温下熔化成液态浸透进入混合集料空隙，冷却后与级配集料共同成固体储热结构1整块。固体储热结构1的内部布置有管路系统6，优选地，管路为金属管路，用以向固体储热结构1内部输送热量或输出热量。更优选地，在所述金属管路系统中配置翅片，以增强换热面积和换热能力。
在一个实施例中，粗集料还可以包括一定比例的金属球、陶瓷球或玻璃球，所述金属球或陶瓷球或玻璃球内部为中空的密闭空间，在球内布置有在设计使用温度范围发生相变的填充物质。优选地，填充物质选自金属材质的锡、钠、钾、锌及合金或无机盐类及混合物中的一种或几种；优选地，填充物质选自如硝酸盐或碳酸盐中的一种或几种；优选地，填充物质选自有机材料，如沥青、甘油、石蜡等固液相变材料或水之类的液汽相变材料中的一种或几种。利用这些材料的相变热，增强整体储热密度。
该固体储热结构的集料具有精确的级配等级，由各种大小不同的粒级集料组成，根据所需的导热能力，选择集料配级的粒径尺寸和集料空隙率，将不同粒径的集料混合后在空隙中填充高导热率填充剂，以此控制高导热填充剂在储热结构中的比例，从而获取所需的整体导热率。优选地，在导热能力满足要求的情况下，可尽量减少填充剂用量，以降低成本，同时尽量加大填充剂与集料间的接触面积，增强热传能力。优选地，在保证导热效果的前提下，尽量降低与集料相比价格较高的填充剂使用量，降低总体成本；同时在保证填充剂能充分流动并填充空隙的前提下，尽量加大填充剂与集料的接触面积，增强热传能力。
图2是本实用新型固体储热块整体结构第二实施例示意图。集料选择与第一实施例描述相同，与之不同之处为固体储热结构还布置有由集料和填充料自身形成的管道系统，可用于气体类热传介质传输通道，减少金属管路，降低成本。在固体储热块的集料级配的过程中，布置贯通的热能输入金属管道的同时布置金属定型件，该金属定型件在金属管热能输入方向的垂直面内阵列布置。优选地，金属定型件沿贯通的热能传输方向成倒锥形，以便浇铸成型后从固体储热结构内部拔模。固体储热结构内部规律地布置有垂直贯通的输出热量的通道7，将金属模具拔出后，在固体储热结构的集料和填充剂中形成了相应的模具型的输出热量管道7，从而增强固体储热结构的换热面积，所述管道代替了输出热量的金属管道，减少了金属管路，降低成本。
图3是图2中通道7的示意图。优选地，通道7的横截面型为圆形、方形或星形等，具有较大的表面积。优选地，通道7在贯通的方向上成一定的倒锥形，以方便制作拔模。
本实用新型提供了一种由级配集料混合，通过高热导率的材质灌注其中，在级配集料的内部空间形成由高热导率材质构成的立体贯通网状结构，将集料固定其中形成一个整体，具备自支撑能力；该固体储热介质不具有流动性，储热利用固体显热性能储热，运行安全；整个储热介质紧密形成一体，大量增强了多界面之间的传热，且高热导率材质的立体网状结构相对均匀的分布于整个储热介质空间内，大大增强了热能的传递，使介质整体具有良好的热导率；并且该储热介质的主要部分所选材料成本低廉，来源丰富，制作简单，具有很高的性能价格比；同时由于不存在熔盐类物质的低温凝固后影响流动的问题，可以具有很大的换热温差，扩大了使用温度范围，因此具有更大的储热能力；该固体储热结构成本低、导热好、热容大，可应用于各种储热应用，特别是太阳能光热利用系统。
显而易见，在不偏离本实用新型的真实精神和范围的前提下，在此描述的本实用新型可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本实用新型所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。

Claims (8)

1.一种固体储热结构，其特征在于，所述固体储热结构是立体贯通网状结构，所述立体贯通网状结构是由高导热率填充剂将集料形成的空隙填充构成。
2.根据权利要求1所述的一种固体储热结构，其特征在于，所述固体储热结构内部布置有传输热量的管路系统。
3.根据权利要求2所述的一种固体储热结构，其特征在于，所述管路系统为金属管路系统。
4.根据权利要求2或3所述的一种固体储热结构，其特征在于，所述管路系统配置有翅片。
5.根据权利要求2所述的一种固体储热结构，其特征在于，所述固体储热结构内部布置有金属管道和由定型件拔出后形成的通道。
6.根据权利要求5所述的一种固体储热结构，其特征在于，所述由定型件形成的通道的横截面型为圆形、方形或星形。
7.根据权利要求1所述的一种固体储热结构，其特征在于，所述集料包括粗集料和细集料。
8.根据权利要求7所述的一种固体储热结构，其特征在于，所述粗集料还包括中空的金属球、陶瓷球、玻璃球的球体中的一种或几种，其中所述密闭空间内布置有可相变的填充物质。 
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Owner name: BEIJING TERASOLAR PHOTOTHERMAL TECHNOLOGIES CO., L

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Patentee after: Beijing TeraSolar Photothermal Technology Co., Ltd.

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Granted publication date: 20111019

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