CN205037795U - 交互式固体粒块换热蓄热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的是提供交互式固体粒块换热蓄热系统，包括至少一个高温固体粒块换热器以及一个低温流体换热器、至少一个固体粒块交互式蓄热器；高温固体粒块换热器与固体粒块交互式蓄热器相互连接，为固体粒块交互式蓄热器提供热能并通过高温固体粒块或热流体将热能储存在固体粒块交互式蓄热器的蓄热材料中，低温流体换热器与固体粒块交互式蓄热器相互连接换热，将固体粒块交互式蓄热器蓄热材料中的热能交换到低温热流体中加以利用，高温热流体与低温热流体交互的在固体粒块交互式蓄热器中进行充热和放热过程，实现热能的储存和利用；高温流体温度为400-1500度，低温流体为10-600度。这样通过固体粒块实现了高温的传热、蓄热、换热。

Description

交互式固体粒块换热蓄热系统

技术领域

本实用新型涉及热能利用，特别是利用固体粒块及流体实现热能交换、储存和利用。

背景技术

换热器是对热能进行储存的设备，现有的换热器为蒸汽型和液体等换热器；此种热交换工作介质采用流体，因而称为流体换热器。

在工业节能领域，将余热进行回收并储存，通常采用相变技术进行蓄热，在低温领域采用蓄冰技术实现蓄热；

在太阳能领域，采用熔融盐蓄热，虽然熔融盐可以实现高温的储存，但是由于其需要从固态转变为液体，因而需要热能将其加热，同时熔融盐的毒性、经济型、安全性也存在问题，因而熔融盐蓄热的使用受到限制。但其换热器，本质上还是采用液-液或者液-气换热器。

蓄能电站采用电能进行储存，特别是风电及光伏组成的电能，由于其无法实现储存，因而不得不大量的抛弃，造成大量的浪费。如果采用热能进行储存，需要具备大功率的存储能力的储存器。、

本实用新型人发明了固体粒块实现高温的换热，本实用新型就是固体粒块换热技术的一种设备和系统。

发明内容

本实用新型的目的是提供交互式固体粒块换热蓄热系统，包括至少一个高温固体粒块换热器以及一个低温流体换热器、至少一个固体粒块交互式蓄热器；高温固体粒块换热器与固体粒块交互式蓄热器相互连接，高温固体粒块换热器为固体粒块交互式蓄热器提供热能并通过高温固体粒块或热流体将热能储存在固体粒块交互式蓄热器的蓄热材料中，低温流体换热器与固体粒块交互式蓄热器相互连接，并通过低温热流体与固体粒块交互式蓄热器进行换热，将固体粒块交互式蓄热器蓄热材料中的热能交换到低温热流体中加以利用，高温热流体与低温热流体交互的在固体粒块交互式蓄热器中进行充热和放热过程，实现热能的储存和利用；高温流体温度为400-1500度，低温流体为10-600度。这样通过固体粒块实现了高温的传热、蓄热、换热。

具体发明内容如下：

交互式固体粒块换热蓄热系统，包括固体粒块，保温材料，壳体，保温材料等，其特征是：包括至少一个高温固体粒块换热器以及一个低温流体换热器、至少一个固体粒块交互式蓄热器；高温固体粒块换热器与固体粒块交互式蓄热器相互连接，高温固体粒块换热器为固体粒块交互式蓄热器提供热能并通过高温固体粒块或热流体将热能储存在固体粒块交互式蓄热器的蓄热材料中，低温流体换热器与固体粒块交互式蓄热器相互连接，并通过低温热流体与固体粒块交互式蓄热器进行换热，将固体粒块交互式蓄热器蓄热材料中的热能交换到低温热流体中加以利用，高温热流体与低温热流体交互的在固体粒块交互式蓄热器中进行充热和放热过程，实现热能的储存和利用；

固体粒块换热器由至少含有一个腔体的容器，容器上还是至少两组进口和出口，一组为固体粒块的进口与出口，另外一组为流体的进口和出口，在容器设置有固体粒块与流体的流动通道，固体粒块的流动通道连接容器内固体粒块的进口和出口，固体粒块可以从进口进入到容器内，然后从经固体粒块流动通道后从出口流出，同时流体的流动通道连接容器内流体的进口和出口，流体可以从进口进入到容器内，然后从经流体的流动通道后从出口流出，固体粒块与流体通过流动通道时实现相互的换热，从而实现固体粒块与流体的换热；

固体粒块交互式蓄热器由蓄热材料和壳体组成，蓄热材料采用固体粒块，固体粒块之间形成多个通道，有多个通道可以使流体（高温或低温）在其通道内进行流动，高温热流体在多个通道内流体为蓄热材料充热，低温热流体在多个通道内流体实现放热，高温热流体与低温热流体交互的在固体粒块交互式蓄热器中进行充热和放热过程，实现对蓄热材料的充热或放热；

高温流体温度为400-1500度，低温流体为10-600度。

所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在的沙粒、鹅卵石、小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状；在固体粒块上加工有凹或/和凸部位，或者在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置；两个固体粒块之间的凹或/和凸部位可以构成一个通道；用于流体进行流通，在固体粒块内设置有空腔，在空腔内设置有蓄热材料。

所构成的流体通道为柱体、多面体、菱形、抛物线体、旋转抛物线体的一种或其组合，流体可以在流道内流动并被压缩或膨胀。

固体粒块为多孔砖，垒砌在固体粒块交互式蓄热器中，多孔砖的垒砌过程中，保证多孔砖之间的孔相互连接为一个通道，使得流体可以从其中通过，实现热能的交换。

固体粒块换热器或者固体粒块交互式蓄热器中，换热结构选自下列一种：

A、固体粒块流动管道：垂直或者平行与水平面或者组成0-180度夹角进行布局，多个流动通道之间并行布置，固体粒块可以在通道内流动，固体粒块从高处顶部进口进入到容器内，依靠重力在流动通道运动；

流体流动通道：由容器内除了固体粒块流动管道剩余的空间组成，流体经进口进入后，从固体粒块流动管道的外部经过时与固体粒块实现换热，后从出口流出；

B、固体粒块流动管道：由容器内除了流体流动管道剩余的空间组成，固体粒块经进口进入后，从固体粒块流动管道的外部经过时与固体粒块实现换；

流体流动通道：垂直或者平行与水平面或者组成0-180度夹角进行布局，多个流动通道之间并排布置，流体可以在通道内流动，流体从进口进入到容器内，依靠压力差在管道内流动，从出口流出。

固体粒块蓄热器或固体粒块交互蓄热器中，流动的通道选自下列一种或者其组合：

A、金属或非金属管，或者金属复合管、非金属复合管；

B、管道的内部或者和外壁设置有换热翅片；

C、弯曲的管道；

D、其直径可以变化的管道；

E、管道的外壁上设置有可以与固体粒块相互连接的凹凸结构；

当流动的通道选自上述一种或者其组合时流体可以为固体粒块。

在固体粒块换热器、固体粒块交互式蓄热器、其间的连接管道外部设置有保温材料，保温材料选自下列一种或多种：纳米微珠、硅微粉、真空层、聚氨酯、聚苯、珍珠岩、玻璃纤维、保温水泥的交互式固体粒块换热蓄热系统或多种。

流体为液体、气体（包括空气）、等离子、超临界体、液态金属中的一种或混合物。

采用固体粒块泵为固体粒块提供动力使得固体粒块进行流动，采用泵、电机、风扇、风机为流体提供动力，使得流体可以流动，该装置设置在固体粒块换热器或者流体换热器或者固体粒块交互式蓄热器中，或者设置在其相互连接的管道中。

多个高温固体粒块换热器与多个固体粒块交互式蓄热器相互连接，多个高温固体粒块换热器为多个固体粒块交互式蓄热器提供热能并通过高温固体粒块或热流体将热能储存在固体粒块交互式蓄热器的蓄热材料中，多个低温流体换热器与多个固体粒块交互式蓄热器相互连接，并通过低温热流体与多个固体粒块交互式蓄热器进行换热，将固体粒块交互式蓄热器蓄热材料中的热能交换到低温热流体中加以利用；多个固体粒块换热器与多个固体粒块交互式蓄热器进行之间通过串联、并联、混合连接实现连接。

高温固体粒块换热器与太阳能聚焦光热采集系统进行换热，将太阳能聚焦光热采集系统采集的热能与固体粒块换热器进行换热，成为高温固体粒块换热器的热源，然后再与固体粒块交换式蓄热器进行换热实现的储存，再与低温热流体换热实现后进入到能源应用设备（包括发电机组）中，实现能源的利用；太阳能聚焦光热采集系统采用槽式、蝶式、塔式、菲涅尔镜式太阳能热聚焦系统进行采集。

采用本实用新型的技术方案可产生如下的有益效果：

1、本实用新型采用固体粒块实现高温换热、蓄热，可以实现10-1500度的热能交换与储存，安全可靠；

2、本实用新型可以应用于工业余热、太阳能、地热、生物质等多种应用。

附图说明

图1是固体粒块挡板式换热器；

图2是固体粒块图管道式换热器；

图3：太阳能聚焦采集固体粒块交互蓄热换热系统。

附图中标号含义：

1：进口，2：出口，3：容器，4：固体粒块，5：固体粒块流动通道6：流体流动通道，7：容器，8：流体，9：挡板，10：隔板，11：固体粒块换热器，12：固体粒块交互式蓄热器，13：多孔砖、14：多孔砖通道，15：发电机组，16：太阳能聚集采集系统，17：流体换热器。

具体实施方式

实施例1、固体粒块挡板式换热器

图1所示的固体粒块挡板式换热器，二个三角形以及一个矩形组成的一个容器，容器上设置的垂直的进口1与出口2为固体粒块进口和出口，水平的进口1与出口2为流体进口和出口，在容器内矩形空间内，设置有多个隔板，多个隔板将容器分为并排的区间，在不同的区域内设置有间隔的挡板9，隔板组成了一个流动通道，固体粒块依靠重力在挡板上进行运动，以此由固体粒块进口进入到不同的挡板后下落到固体粒块出口；流体从水平的了流体进口进入，经设置在不同的区域的流体出口流入到不同的隔板之间的通道中；流体与下落的固体粒块实现换热，流体被加热为气体后进入到流体的出口，从而流出容器外部。

固体粒块可以被加热到1200度，流体为水，可以被加热到600度，从而实现高温固体粒块与流体水的换热。

固体粒块采用直径为16MM的氧化铝球。

当需要将固体粒块的热能进行储存时，将固体粒块储存在容器内，但需要热能时，将流体从流体流动通道进入到容器与固体粒块进行换热，从而实现蓄热换热。

实施例2、固体粒块图管道式换热器

图2是二个三角形以及一个矩形组成的一个容器，容器上设置的垂直的进口1与出口2为固体粒块进口和出口，水平的进口1与出口2为流体进口和出口，在容器内矩形空间内，在流体进口与出口之间设置有多个水平并排布局的流体流动管道---金属管，流体可以在金属管内流动，从进口进入并从出口流出，固体粒块依靠重力从进口进入，依靠重力下落到过程中；与金属管道进行换热，流体通过金属管道与下落的固体粒块实现换热，流体被加热为气体后进入到流体的出口，从而流出容器外部。

固体粒块可以被加热到1200度，流体为水，可以被加热到500度，从而实现高温固体粒块与流体水的换热。

固体粒块可以采用40%尾矿，50%炼钢厂的钢渣，10%的铜粉组成直径为10MM的球体。

当需要将固体粒块的热能进行储存时，将固体粒块储存在容器内，但需要热能时，将流体从流体流动通道进入到容器与固体粒块进行换热，从而实现蓄热换热。

实施例3：太阳能聚焦采集交互式固体粒块换热蓄热系统

图3所示，包括高温固体粒块换热器11以及一个低温流体换热器17、至少一个固体粒块交互式蓄热器12；高温固体粒块换热器11与固体粒块交互式蓄热器12相互连接，高温固体粒块换热器11为固体粒块交互式蓄热器12提供热能并通过高温固体粒块或热流体将热能储存在固体粒块交互式蓄热器的蓄热材料中，低温流体换热器与固体粒块交互式蓄热器相互连接，并通过低温热流体与固体粒块交互式蓄热器进行换热，将固体粒块交互式蓄热器蓄热材料中的热能交换到低温热流体中加以利用，高温热流体与低温热流体交互的在固体粒块交互式蓄热器中进行充热和放热过程，实现热能的储存和利用；

高温固体粒块换热器11由至少含有一个腔体的容器，容器上还是至少两组进口和出口，一组为固体粒块的进口与出口，另外一组为流体的进口和出口，在容器设置有固体粒块与流体的流动通道，固体粒块的流动通道连接容器内固体粒块的进口和出口，固体粒块可以从进口进入到容器内，然后从经固体粒块流动通道后从出口流出，同时流体的流动通道连接容器内流体的进口和出口，流体可以从进口进入到容器内，然后从经流体的流动通道后从出口流出，固体粒块与流体通过流动通道时实现相互的换热，从而实现固体粒块与流体的换热；高温固体颗粒快的进口与太阳能聚焦采集系统进行连接，将热能交换到高温固体粒块换热器中，高温固体粒块换热器与固体粒块交互式蓄热器进行连接。

固体粒块交互式蓄热器由蓄热材料和壳体组成，蓄热材料采用多孔砖13，多孔砖形成多个通道14，有多个通道14可以使流体（高温或低温）在其通道内进行流动，高温热流体在多个通道内流体为蓄热材料充热，低温热流体在多个通道内流体实现放热，高温热流体与低温热流体交互的在固体粒块交互式蓄热器中进行充热和放热过程，实现对蓄热材料的充热或放热；

高温流体温度为800-1000度为空气，将高温流体与交互式蓄热器中的多孔砖通过流动换热，将热能储存在多孔砖中，充热完成后，再将低温流体为550-800度，将低温流体与多孔砖通过流体换热器实现换热，流体换热器与发电工作介质进行换热，实现了发电的利用。

低温流体也可以为发电机工作介质，由交互式蓄热器直接与发电工作介质进行换热，实现了高温的直接发电利用。

根据本实用新型的原理及结构，可以设计其他的实施案例，只要符合本实用新型的原理及结构，都属于本实用新型的实施。

Claims (10)

1.交互式固体粒块换热蓄热系统，包括固体粒块，保温材料，壳体，其特征是：包括至少一个高温固体粒块换热器以及一个低温流体换热器、至少一个固体粒块交互式蓄热器；高温固体粒块换热器与固体粒块交互式蓄热器相互连接，高温固体粒块换热器为固体粒块交互式蓄热器提供热能并通过高温固体粒块或热流体将热能储存在固体粒块交互式蓄热器的蓄热材料中，低温流体换热器与固体粒块交互式蓄热器相互连接，并通过低温热流体与固体粒块交互式蓄热器进行换热，将固体粒块交互式蓄热器蓄热材料中的热能交换到低温热流体中加以利用，高温热流体与低温热流体交互的在固体粒块交互式蓄热器中进行充热和放热过程，实现热能的储存和利用；

所述高温固体粒块换热器由至少含有一个腔体的容器，容器上还是至少两组进口和出口，一组为固体粒块的进口与出口，另外一组为流体的进口和出口，在容器设置有固体粒块与流体的流动通道，固体粒块的流动通道连接容器内固体粒块的进口和出口，固体粒块可以从进口进入到容器内，然后从经固体粒块流动通道后从出口流出，同时流体的流动通道连接容器内流体的进口和出口，流体可以从进口进入到容器内，然后从经流体的流动通道后从出口流出，固体粒块与流体通过流动通道时实现相互的换热，从而实现固体粒块与流体的换热；

所述固体粒块交互式蓄热器由蓄热材料和壳体组成，蓄热材料采用固体粒块，固体粒块之间形成多个可以使流体在其内流动的通道，高温热流体在多个通道内流动为蓄热材料充热，低温热流体在多个通道内流动实现放热；

高温流体温度为400-1500度，低温流体为10-600度。

2.根据权利要求1所述的交互式固体粒块换热蓄热系统，其特征是：所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在的沙粒、鹅卵石、小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状；在固体粒块上加工有凹或/和凸部位，或者在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置；两个固体粒块之间的凹或/和凸部位可以构成一个通道；用于流体进行流通，在固体粒块内设置有空腔，在空腔内设置有蓄热材料。

3.根据权利要求1或2所述的交互式固体粒块换热蓄热系统，其特征是：所构成的流体通道为柱体、多面体、菱形、抛物线体、旋转抛物线体的一种或其组合，流体可以在流道内流动并被压缩或膨胀。

4.根据权利要求1所述的交互式固体粒块换热蓄热系统，其特征是：固体粒块为多孔砖，垒砌在固体粒块交互式蓄热器中，多孔砖的垒砌过程中，保证多孔砖之间的孔相互连接为一个通道，使得流体可以从其中通过，实现热能的交换。

5.根据权利要求1所述的交互式固体粒块换热蓄热系统，其特征是：固体粒块换热器或者固体粒块交互式蓄热器中，换热结构选自下列一种：

A、固体粒块流动管道：垂直或者平行与水平面或者组成0-180度夹角进行布局，多个流动通道之间并行布置，固体粒块可以在通道内流动，固体粒块从高处顶部进口进入到容器内，依靠重力在流动通道运动；

流体流动通道：由容器内除了固体粒块流动管道剩余的空间组成，流体经进口进入后，从固体粒块流动管道的外部经过时与固体粒块实现换热，后从出口流出；

B、固体粒块流动管道：由容器内除了流体流动管道剩余的空间组成，固体粒块经进口进入后，从固体粒块流动管道的外部经过时与固体粒块实现换；

流体流动通道：垂直或者平行与水平面或者组成0-180度夹角进行布局，多个流动通道之间并排布置，流体可以在通道内流动，流体从进口进入到容器内，依靠压力差在管道内流动，从出口流出。

6.根据权利要求1所述的交互式固体粒块换热蓄热系统，其特征是：固体粒块蓄热器或固体粒块交互蓄热器中，流动的通道选自下列一种或者其组合：

A、金属或非金属管，或者金属复合管、非金属复合管；

B、管道的内部或者和外壁设置有换热翅片；

C、弯曲的管道；

D、其直径可以变化的管道；

E、管道的外壁上设置有可以与固体粒块相互连接的凹凸结构；

当流动的通道选自上述一种或者其组合时流体可以为固体粒块。

7.根据权利要求1所述的交互式固体粒块换热蓄热系统，其特征是：在固体粒块换热器、固体粒块交互式蓄热器、其间的连接管道外部设置有保温材料。

8.根据权利要求1所述的交互式固体粒块换热蓄热系统，其特征是：采用固体粒块泵为固体粒块提供动力使得固体粒块进行流动，采用泵、电机、风扇、风机为流体提供动力，使得流体可以流动，所采用的固体粒块泵或者泵、电机、风扇、风机设置在固体粒块换热器或者流体换热器或者固体粒块交互式蓄热器中，或者设置在其相互连接的管道中。

9.根据权利要求1所述的交互式固体粒块换热蓄热系统，其特征是：多个高温固体粒块换热器与多个固体粒块交互式蓄热器相互连接，多个高温固体粒块换热器为多个固体粒块交互式蓄热器提供热能并通过高温固体粒块或热流体将热能储存在固体粒块交互式蓄热器的蓄热材料中，多个低温流体换热器与多个固体粒块交互式蓄热器相互连接，并通过低温热流体与多个固体粒块交互式蓄热器进行换热，将固体粒块交互式蓄热器蓄热材料中的热能交换到低温热流体中加以利用；多个固体粒块换热器与多个固体粒块交互式蓄热器进行之间通过串联、并联、混合连接实现连接。

10.根据权利要求1所述的交互式固体粒块换热蓄热系统，其特征是：高温固体粒块换热器与太阳能聚焦光热采集系统进行换热，将太阳能聚焦光热采集系统采集的热能与固体粒块换热器进行换热，成为高温固体粒块换热器的热源，然后再与固体粒块交换式蓄热器进行换热实现的储存，再与低温热流体换热实现后进入到能源应用设备中，实现能源的利用；太阳能聚焦光热采集系统采用槽式、蝶式、塔式、菲涅尔镜式太阳能热聚焦系统进行采集。