CN218864863U - 一种储换热一体的固体颗粒储热设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及储热设备技术领域，具体提供一种储换热一体的固体颗粒储热设备，包括：一保温壳体，所述保温壳体内设有：加热区，位于所述保温壳体的底部，所述加热区设置有电热装置；储热材料储存区，位于所述加热区的上部，设有颗粒状储热材料和插设于所述颗粒状储热材料中的换热管，所述换热管包括一换热介质入口和一换热介质出口，所述换热介质入口和所述换热介质出口伸出所述保温壳体；本实用新型选用颗粒状储热材料，换热效果好，并且将换热管直接埋入储热材料之中，结构紧凑，占地面积小，系统放热时换热介质直接与储热材料换热，省去了空气作为中间传热介质。

Description

一种储换热一体的固体颗粒储热设备

技术领域

本实用新型涉及储热设备技术领域，具体涉及一种使用颗粒状储热材料的储热设备。

背景技术

储热设备是一种能够储存热量并在用户需要热量的时候将热量放出的设备，传统能够产出蒸汽的储热设备主要包括熔盐储热设备，固体储热设备及相变储热设备，都存在以下各种问题：

传统熔盐储热设备中，所有熔盐流过的地方都需要电伴热以保证当地温度不低于熔盐的凝固点，因此熔盐储热设备的自耗电比较高，而且熔盐设备也容易发生熔盐凝固的问题，运维费用比较高。

固体耐火砖储热设备中，首先耐火砖的导热系数比较低，导致加热耐火砖需要大量分开的电加热棒，即使如此耐火砖的温度分布还是不大均匀，导致长期使用后耐火砖会碎裂，另外其使用空气作为传热介质，空气单位体积含能量低，换热通风系统占地大，耗能高。

相变储热产蒸汽设备中，相变材料在放热过程中会由液态凝固成固态，由于相变材料的导热系数通常小于1W/m2K，在相变材料凝固时，系统的传热会急剧恶化，为了有足够的放热功率，必须要加大换热面积，或者提高相变材料的导热系数，但相变材料添加增加提高导热系数的配方之后，一直存在着增加导热组分沉淀的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种储换热一体的固体颗粒储热设备，解决以上技术问题；

一种储换热一体的固体颗粒储热设备，包括：

一保温壳体，所述保温壳体内设有：

加热区，位于所述保温壳体的底部，所述加热区设置有电热装置；

储热材料储存区，位于所述加热区的上部，设有颗粒状储热材料和插设于所述颗粒状储热材料中的换热管，所述换热管包括一换热介质入口和一换热介质出口，所述换热介质入口和所述换热介质出口伸出所述保温壳体。

优选的，其中，所述保温壳体的内壁砌有耐火砖，所述保温壳体的外侧包裹一保温层。

优选的，其中，所述保温壳体内包括一水平设置的隔板，所述隔板上设置有多个导热孔，所述储热材料盛于所述托板上，所述加热区为所述隔板与所述保温壳体的底部形成的一腔体。

优选的，其中，所述换热管包括多段依次首尾连接“U”型结构，所述“U”型结构的两直管部分之间间隔一段距离设置。

优选的，其中，所述保温壳体的侧壁上固定有一储热材料测温热电偶，所述储热材料测温热电偶的温度测量端插设于所述储热材料中，所述储热材料测温热电偶的测温信号引出端伸出所述保温壳体。

优选的，其中，所述保温壳体的侧壁上还固定有一加热区测温热电偶，所述加热区测温热电偶的温度测量端伸入所述加热区内，所述加热区测温热电偶的测温信号引出端伸出所述保温壳体。

优选的，其中，所述换热介质出口处连接有换热介质测温装置。

优选的，其中，所述保温壳体的顶端设置有一储热材料加料口。

优选的，其中，所述电热装置为硅碳棒和/或电阻丝的至少一种。

优选的，其中，所述储热材料为固体颗粒状的白刚玉和/或电熔镁砂，所述储热材料中混和有设定比例的碳钢球，所述碳钢球的直径与所述储热材料的粒径相适配。

本实用新型的有益效果：由于采用以上技术方案，本实用新型选用颗粒状储热材料，换热效果好，并且将换热管直接埋入储热材料之中，结构紧凑，占地面积小，系统放热时换热介质直接与储热材料换热，省去了空气作为中间传热介质。

附图说明

图1为本实用新型实施例中固体颗粒储热设备的结构示意图。

附图中：1、换热介质入口；2、换热管；3、换热介质测温装置；4、换热介质出口；5、电热装置；6、加热区测温热电偶；7、保温层；8、耐火砖；9、储热材料测温热电偶；10、加料口；11、隔板；12、储热材料；13、保温壳体；14、储热材料储存区；15、加热区。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

一种储换热一体的固体颗粒储热设备，如图1所示，包括：

一保温壳体13，保温壳体13内设有：

加热区15，位于保温壳体13的底部，加热区15设置有电热装置5；

储热材料储存区14，位于加热区15的上部，设有颗粒状储热材料12和插设于颗粒状储热材料12中的换热管2，换热管2包括一换热介质入口1和一换热介质出口4，换热介质入口1和换热介质出口4伸出保温壳体13。

具体地，将换热管2直接埋入储热材料12之中，在设备放热时，换热管2中的换热介质直接与储热材料12换热，省去了空气作为中间传热介质，并且设备的结构紧凑，避免了占地巨大的风水换热器，因此占地面积小，设备自耗电低。

在一种较优的实施例中，保温壳体13的顶端设置有一储热材料加料口10，储热材料12通过储热材料加料口10填入保温壳体13的储热材料储存区14内。

在一种较优的实施例中，保温壳体13的内壁砌有耐火砖8，保温壳体13的外侧包裹一保温层7。

优选的，本实施例中，保温壳体13为碳钢制长方体，保温壳体13的外部包裹气凝胶、硅酸铝等保温材料组成的保温层7，保温层7用于防止热量散失，保温壳体13的内部砌有用于防止碳钢超温的耐火砖8，耐火砖8内部的空间为储热材料储存区14。

具体地，优选用水作为换热介质，当设备放能时，换热流体水从换热介质入口1进入，进入换热管2后水直接通过换热管2与储热材料12换热，水在换热管2中发生相变，产生蒸汽，从换热介质出口4处向外界排出。

在一种较优的实施例中，储热材料12为固体颗粒状的白刚玉和/或电熔镁砂，储热材料12中混和有设定比例的碳钢球，碳钢球的直径与储热材料12的粒径相适配。

具体地，固体颗粒储热材料12选用高导热粒径1-2cm左右的白刚玉、电熔镁砂等颗粒，并且在颗粒中混入直径接近1.5cm的碳钢球用于进一步加强传热；较优的，白刚玉，电熔镁砂的导热系数有10W/m2K，混入碳钢球的导热系数有50W/m2K，传热快，导热效果好，在相同放热功率下所需换热面积较小；白刚玉电熔镁砂都是常用的耐火材料，使用温度都在1000摄氏度以上，材料无破碎风险，储热密度较常规储热介质高，且热循环稳定性高，使用寿命长，安全无污染；本实施例中优选的储热材料12为白刚玉，粒径为10-20mm，储热材料12中混有质量分数占20％左右的碳钢球，直径18mm。

进一步地，由于用于固体颗粒状的储热材料12属于耐火材料，材料本身使用温度可达1500℃，导热系数高，材料无碎裂风险，并且设备中温度较均匀，所以设备最终使用温度取决于换热管2的耐受温度，如选用310s不锈钢材质的换热管2，储热温度可达800℃，较传统技术中的储热设备具有更高的储热密度。

在一种较优的实施例中，保温壳体13内包括一水平设置的隔板，隔板上设置有多个导热孔，储热材料12盛于托板上，加热区15为隔板与保温壳体13的底部形成的一腔体。

在一种较优的实施例中，电热装置5为硅碳棒和/或电阻丝的至少一种，电热装置5位于设备底部，在设备充热时，电热装置5升温，电热装置5通过热辐射加热空气，空气作为传热介质，通过自然对流将热量传递到上方的储热材料12；本实施例中优选的在加热区15内插入一排硅碳棒，用以提供热量。

在一种较优的实施例中，换热管2包括多段依次首尾连接“U”型结构，“U”型结构的两直管部分之间间隔一段距离设置；优选的，换热管2的表面能均匀接触储热材料12，扩大接触面积，提升储热效果，“U”型结构间隔一段距离设置能使换热管2均匀分布于储热材料储存区14内，提高换热效果。

在一种较优的实施例中，保温壳体13的侧壁上固定有一储热材料测温热电偶9，储热材料测温热电偶9的温度测量端插设于储热材料12中，储热材料测温热电偶9的测温信号引出端伸出保温壳体13；具体地，当插入储热材料12中的储热材料测温热电偶9温度到达一设定值之后，设备关闭电热装置5，电热装置5停止加热，充能过程结束。

具体地，设备充热时打开硅碳棒，硅碳棒发热放出热量，加热空气，空气通过对流辐射将热量传递到储热材料12之中，储热材料12温度升高，当储热材料12中的储热材料测温热电偶9温度达到设定值之后，硅碳棒关闭，充热过程完成；进一步地，放热时水从换热介质入口1流入换热管2中，在换热管2中与储热材料12换热，水从液态蒸发成气态，变成水蒸气从换热介质出口4流出设备，当设备中的储热材料12温度降到设定之后，放热结束；完成一个循环。

在一种较优的实施例中，保温壳体13的侧壁上还固定有一加热区测温热电偶6，加热区测温热电偶6的温度测量端伸入加热区15内，加热区测温热电偶6的测温信号引出端伸出保温壳体13；具体地，当伸入加热区15中的加热区测温热电偶6的温度到达另一设定值之后，设备关闭电热装置5，电热装置5停止加热，防止温度过高对设备造成损害，对设备进行保护。

在一种较优的实施例中，换热介质出口4处连接有换热介质测温装置3。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种储换热一体的固体颗粒储热设备，其特征在于，包括：

一保温壳体，所述保温壳体内设有：

加热区，位于所述保温壳体的底部，所述加热区设置有电热装置；

储热材料储存区，位于所述加热区的上部，设有颗粒状储热材料和插设于所述颗粒状储热材料中的换热管，所述换热管包括一换热介质入口和一换热介质出口，所述换热介质入口和所述换热介质出口伸出所述保温壳体。

2.根据权利要求1所述的固体颗粒储热设备，其特征在于，所述保温壳体的内壁砌有耐火砖，所述保温壳体的外侧包裹一保温层。

3.根据权利要求1所述的固体颗粒储热设备，其特征在于，所述保温壳体内包括一水平设置的隔板，所述隔板上设置有多个导热孔，所述储热材料盛于所述隔板上，所述加热区为所述隔板与所述保温壳体的底部形成的一腔体。

4.根据权利要求3所述的固体颗粒储热设备，其特征在于，所述换热管包括多段依次首尾连接“U”型结构，所述“U”型结构的两直管部分之间间隔一段距离设置。

5.根据权利要求1所述的固体颗粒储热设备，其特征在于，所述保温壳体的侧壁上固定有一储热材料测温热电偶，所述储热材料测温热电偶的温度测量端插设于所述储热材料中，所述储热材料测温热电偶的测温信号引出端伸出所述保温壳体。

6.根据权利要求1所述的固体颗粒储热设备，其特征在于，所述保温壳体的侧壁上还固定有一加热区测温热电偶，所述加热区测温热电偶的温度测量端伸入所述加热区内，所述加热区测温热电偶的测温信号引出端伸出所述保温壳体。

7.根据权利要求1所述的固体颗粒储热设备，其特征在于，所述换热介质出口处连接有换热介质测温装置。

8.根据权利要求1所述的固体颗粒储热设备，其特征在于，所述保温壳体的顶端设置有一储热材料加料口。

9.根据权利要求1所述的固体颗粒储热设备，其特征在于，所述电热装置为硅碳棒和/或电阻丝的至少一种。

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