CN219736080U - 固体蓄热体高效储热结构 - Google Patents

Abstract

一种固体蓄热体高效储热结构，可将高温介质携带的热能根据其温度梯度不同，将其有序存储在固体蓄热体中，并可有效释放热能的结构。本实用新型的储热结构采用的埋管式蓄热体是由竖向隔热层间隔成的一个、两个或以上的埋管式蓄热体单元构成；选用导热系数较高（≥3W/(m·K）、经济性较好的天然石材作为蓄热体主材，对比传统烧结耐火材料的导热系数高出2倍之多，有效减少换热过程中的热阻；为减小结构砌块加工卯榫结构的难度，采用固定定位口和固定销的结构，以保证结构整体的稳定性和安全性。可有效避开多束高压金属管道之间直接焊接连接时，造成焊接面复杂多变、工艺繁琐、不便进行X光探伤检测等，无法保证多管连接可靠性和安全性的问题。

Description

固体蓄热体高效储热结构

技术领域

本实用新型属于固体材料热能存储技术领域，尤其涉及将高温介质携带的热能根据其温度梯度不同，将其有序存储在多个固体蓄热体中，并可高效释放热能的固体蓄热体高效储热结构。

背景技术

发电厂和热源厂产生的余热蒸汽中所携带的热能，包括蒸汽的显热和潜热，占比超50%能量的潜热，释放温度随蒸汽工作压力降低而降低。将饱和蒸汽送入管壳式换热器，建立稳定的蒸汽高压力状态，利用流经管壳换热器壳程的热空气加热固体蓄热体；温度高于潜热温度的热能释放形式为蒸汽气态放热，低于潜热温度的热能释放形式为热水液态放热。蒸汽气态换热和热水液态换热具有大温差，能量密度沿温度梯度均匀分布的特点，放热过程不发生相变过程，适合利用高压金属管道束组直接接触固体蓄热体进行换热蓄能。在固体蓄热体结构中，保持不降低输入蒸汽工作压力，可使流经换热器管程内的蒸汽处在高温度区间释放相变潜热热能，就要提高设备内部金属管道的承压等级，同时要有可靠的管道连接构件。

一般情况下，构成固体热能存储结构的蓄热体以经济性较好的烧结砖、高温混凝土或耐火浇筑料制成。用此种固体蓄热体存储多余蒸汽热能，具有成型简单、材料经济性好、分布广等特点，但传统烧结砖、高温混凝土或耐火浇筑料制成的固体蓄热体导热系数较小（＜1.5W/(m·K），即热传导能力较差，换热热阻较大，导致一次输入蒸汽蓄热温度与二次输出蒸汽温度差值较大（100℃以上）；所以，导热系数低的固体材料和热能存储结构不细致分区导致了传统烧结砖、高温混凝土或耐火浇筑料制成的固体蓄热体单位体积储热量不足15kWh，造成设备体积庞大，综合经济性差，结构整体稳定性和抗震能力也都将会提到更高要求。

综上所述，要想设计一种固体蓄热体高效储热结构，提高蒸汽蓄热装置的性能，就应做到：一、设计一种管道对接器，确保高压蒸汽管道连接的可靠性；二、选择导热系数较大（≥3W/(m·K）的固体蓄热体并能稳定砌筑，提高固体蓄热体的蓄热能力；三、设计一种温度梯度细致分区存储的埋管式蓄热体结构，提高设备放热输出能力。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种固体蓄热体高效储热结构，这种结构内经管道对接器连接构成管道回路，工作压力可以大于10MPa；采用经济性较好且导热系数较高（≥3W/(m·K）的材料，并设置能方便铆接固定；通过在埋管式蓄热体内设置多个竖向隔热结构，将其温度梯度细致分区存储。

本实用新型所采用的技术方案如下：一种固体蓄热体高效储热结构，包括有埋管式蓄热体，风道式蓄热体，绝热基层，隔热体构成，其特征在于：在绝热基层上向上依次设置有埋管式蓄热体、水平隔热层、风道式蓄热体、水平隔热层和埋管式蓄热体；所述埋管式蓄热体是由竖向隔热层间隔成的一个、两个或以上的埋管式蓄热体单元构成，均匀分布在埋管式蓄热体单元内的高压金属管道外表面依次设置有膨胀吸收层和导热胶泥层，两个相邻埋管式蓄热体单元内的高压金属管道采用管道对接器相连通，该埋管式蓄热体单元是由管道蓄热砌块和管道蓄热间隔砌块砌筑结构组成；管道对接器是两个多孔管板通过管壳焊接而成的压力容器；风道式蓄热体是由水平设置有固定定位通孔的风道蓄热主砌块、横向蓄热半切砌块、纵向蓄热半切砌块砌筑成垂直面均布风道和辅助风道的结构，在该结构的奇数层和偶数层之间对正的贯通固定定位通孔内设置有砌块固定销。

所述管道对接器设置在埋管式蓄热体的外部。

所述风道蓄热主砌块、横向蓄热半切砌块、纵向蓄热半切砌块、管道蓄热砌块和管道蓄热间隔砌块的耐受温度为500-600℃的固体砌块；包括：天然花岗岩、玄武岩或含导热材料的混凝土砌块。

所述偶数层采用风道蓄热主砌块和纵向蓄热半切砌块构成。

所述偶数层采用风道蓄热主砌块和纵向蓄热半切砌块构成。

所述水平隔热层是设置在埋管式蓄热体与风道式蓄热体之间的隔热结构，采用能承受埋管式蓄热体与风道式蓄热体重力和耐受固体蓄热体工作温度的隔热耐火浇注料浇注成的一体结构。

所述竖向隔热层为空心隔热砌块砌筑或隔热浇筑料浇筑成的一体结构。

本实用新型具有以下优点效果：固体蓄热体高效储热结构内的埋管式蓄热体，是由竖向隔热层间隔成的一个、两个或以上的埋管式蓄热体单元构成，其单元式结构可将总热能分成多个温度梯度进行存储，并相互独立隔热，即拉大首尾单元之间的存储热能温差，又保证高温度热能存储在高温单元，较低温热能存储在低温温单元，有效避开无隔热体结构的埋管式蓄热体结构横向和纵向窜热问题；管道对接器可有效避开多束高压金属管道之间直接焊接连接，尤其是相邻埋管式蓄热体单元对接的高压金属管道直径、壁厚、根数不相同时，造成的焊接面复杂多变、工艺繁琐、不便进行X光探伤检测等，无法保证多管连接可靠性和安全性的问题；管道对接器还可设置阀门和连通管道，便于转换蓄热和放热工作状态时，调节改变各埋管式蓄热体单元之间的连接关系，方便匹配埋管式蓄热体单元蓄热能量和放热能量的平衡，提高埋管式蓄热体单元的使用效率；为保证固体砌块换热高效稳定，选用导热系数较高（≥3W/(m·K）、经济性较好的天然石材作为蓄热体主材，对比传统烧结耐火材料的导热系数高出2倍之多，有效减少换热过程中的热阻；为提高天然石材制作的风道式蓄热体整体稳定性和抗震性，并减小天然石材加工卯榫结构的难度，采用取芯钻头在水平面钻固定定位通孔技术，在层间贯通的固定定位通孔中，设置基础定位销和砌块固定销固定，这样铆销结构保证了风道式蓄热体结构上可靠性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型具体实施方式作详细说明，以下说明仅作为示范和解释，并不对本实用新型作任何形式上的限制。本附图仅是本专利的一个实施案例的示意图，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，可根据这一附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的固体蓄热体高效储热结构示意图；

图2是本实用新型的埋管式蓄热体示意图；

图3是本实用新型的埋管式蓄热体示意图中A-A向剖视图；

图4是本实用新型的A-A向剖视图中B节点示意图；

图5是本实用新型的管道对接器示意图；

图6是本实用新型的管道对接器示意图中C-C向剖视图；

图7是本实用新型的风道式蓄热体示意图；

图8是本实用新型的风道式蓄热体示意图中奇数层示意图；

图9是本实用新型的风道式蓄热体示意图中偶数层示意图；

图10是本实用新型的风道式蓄热体示意图D节点示意图。

图中主要部件说明：1、埋管式蓄热体单元，1-1、管道蓄热砌块，1-2、管道蓄热间隔砌块；2、管道A端接口，3、高压金属管道，3-1、膨胀吸收层，3-2、导热胶泥层，4、管道对接器，4-1、管壳，4-2、管板，5、竖向隔热体，6、管道B端接口，10、风道式蓄热体，10-1、奇数层，10-2、偶数层，10-3、风道蓄热主砌块，10-4、横向蓄热半切砌块，10-5、纵向蓄热半切砌块，10-6、固定定位通孔，11、风道，11-1、辅助风道，12、砌块固定销，13、基础固定销，14、水平隔热体。

本附图仅仅是本实用新型的一个实施案例的示意图，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，可根据这一组附图获得其他的附图。

实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施方式作详细说明，以下说明仅作为示范和解释，并不对本实用新型作任何形式上的限制。

实施例

如图1-10所示，本实用新型属于固体材料热能存储技术领域，尤其涉及将高温介质携带的热能根据其温度梯度的不同，将其有序存储在固体蓄热体中，并可有效释放的一种固体蓄热体高效储热结构。它包括有：埋管式蓄热体单元1、管道蓄热砌块1-1、管道蓄热间隔砌块1-2、管道A端接口2、高压金属管道3、膨胀吸收层3-1、导热胶泥层3-2、管道对接器4、管壳4-1、管板4-2、竖向隔热层5、管道B端接口6、风道式蓄热体10、奇数层10-1、偶数层10-2、风道蓄热主砌块10-3、横向蓄热半切砌块10-4、纵向蓄热半切砌块10-5、固定定位通孔10-6、风道11、辅助风道11-1、砌块固定销12、基础固定销13、水平隔热层14，绝热基层14-1。所述固体蓄热体高效储热结构，在绝热基层14-1依次向上设置有埋管式蓄热体、水平隔热层14、风道式蓄热体10、水平隔热层1和埋管式蓄热体；所述埋管式蓄热体是由竖向隔热层5间隔成的一个、两个或以上的埋管式蓄热体单元1构成，每个埋管式蓄热体单元1内设置的高压金属管道3外表面设置有膨胀吸收层3-1和导热胶泥层3-2，相邻埋管式蓄热体单元1内高压金属管道3采用管道对接器4相连通，形成蛇形高压金属管道束布局，高压金属管道束一端与管道A端接口2连接，另一端与管道B端接口6连接；埋管式蓄热体单元1内的蓄热体，是由管道蓄热砌块1-1和管道蓄热间隔砌块1-2砌筑而成；竖向隔热体5是用空心隔热砌块砌筑或隔热浇筑料浇筑而成；管道对接器4是两个多孔管板4-2通过管壳4-1焊接而成的压力容器；风道式蓄热体10是由风道主砌块10-3、横向蓄热半切砌块10-4、纵向蓄热半切砌块10-5砌筑成垂直面均布风道和辅助风道的结构，且以奇数层10-1和偶数层10-2交替形式砌筑，并对正每层的固定定位通孔10-6，同时形成风道11和辅助风道11-1结构，其层间对正通孔采用基础定位销13和砌块固定销12固定；奇数层10-1采用风道蓄热主砌块10-3和横向蓄热半切砌块构成10-4构成；偶数层10-2采用风道蓄热主砌块10-1和纵向蓄热半切砌块10-5构成；其中，每个砌块预留固定定位通孔10-6结构；水平隔热体14是设置在埋管式蓄热体与风道式蓄热体10之间的隔热结构，采用耐高压和耐高温的隔热保温混凝土浇注而成。

埋管式蓄热体结构和工作阐述：蓄热过程，是埋管式蓄热体吸收流入过热蒸汽（热水）携带的热能升温过程。蓄热过程中过热蒸汽（热水）经管道A端接口2进入埋管式蓄热体内多束高压金属管道3中，过热蒸汽（热水）携带的热能由高压金属管道3经膨胀吸收层3-1和导热胶泥层3-2对管道蓄热砌块1-1和管道蓄热间隔砌块1-2进行放热，其降温后从管道B端接口6流出，被截取的热能存储在埋管式蓄热体中；为提高埋管式蓄热体吸热热能的利用率，拉大蓄热体进口端与出口端埋管蓄热单元1之间的储能温差，将埋管式蓄热体的结构改进成由竖向隔热层5间隔成的一个、两个或以上的埋管式蓄热体单元构成，在存储的热能总量不变的前提下，将热能分成多个温度梯度存储，并相互设竖向置隔热体5减小相邻的埋管式蓄热体单元1之间导热现象的产生，即拉大首、尾埋管式蓄热体单元1之间存储热能温差值；为保证各埋管式蓄热体单元1中多束高压金属管道3之间的可靠连接，采用管道对接器4进行汇集连接，并形成蛇形管道连接结构，匹配埋管式蓄热体单元1的多个温度梯度存储热能；放热过程，是埋管式蓄热体将存储的热能释放给流入蒸汽（热水）的降温过程。放热过程中蒸汽（热水）经管道B端接口6进入埋管式蓄热体内多束高压金属管道3中，蒸汽（热水）吸收由各个埋管式蓄热体单元1经高压金属管道3释放的不同温度梯度的热能，其升温后从管道A端接口2流出，埋管式蓄热体存储的热能得以有效释放；为保证埋管式蓄热体各个埋管式蓄热体单元1可以有效最大限度的释放，在蛇形管道连接结构中的管道对接器4可以设置阀门和连通管道，在某段满足要求的蒸汽（热水）可开启阀门对外输出，不满足或无需求时也可关闭进入下一个埋管式蓄热体单元1进行加热，在保证存储热能分梯度有效释放的前提下，还可以灵活设置输出，提高埋管式蓄热体单元1的使用效率。

优势：1、埋管式蓄热体由竖向隔热层间隔成的一个、两个或以上的埋管式蓄热体单元构成，将热能分多个单元多个温度梯度存储，并相互独立隔热，即拉大首尾单元之间存储热能温差值，又保证高温度热能存储在高温单元，较低温热能存储在低温温单元，有效避开无隔热体结构的单一蓄热体结构横向和纵向窜热问题；2、管道对接器4不仅提高管道焊接的工艺性和便于可检性外，在其结构设置阀门和连通管道，便于转换蓄热和放热工作状态时，调节改变各埋管式蓄热体单元1之间的连接关系，方便匹配埋管式蓄热体单元1蓄热能量和放热能量的平衡可匹配埋管式蓄热体单元1蓄热能量和放热能量的平衡，提高埋管式蓄热体单元1的使用效率。

管道对接器4结构阐述：管道对接器4是由两个多孔管板4-2通过管壳4-1焊接而成的压力容器。每个多孔管板4-2对应相邻埋管式蓄热体单元1中的一组多束高压金属管道3，汇集在同一孔管板平面内的高压金属管道3集中焊接，方便进行X光探伤检测，保证整体连接的可靠性和安全性；采用管道对接器4后，优点：1、改变了高压金属管道3之间直接焊接连接，造成的焊接面复杂多变、工艺繁琐、不便进行X光探伤检测，无法保证多管连接可靠性和安全性，所以采用管道对接器4可以很好避开以上的缺陷。2、管道对接器4除完成金属管道3对接功能外，还可以在两个相对多孔管板4-2内的管壳4-1上安装阀门和连通管道，便于转换蓄热和放热工作状态时，调节改变各埋管式蓄热体单元1之间的连接关系，方便匹配埋管式蓄热体单元1蓄热能量和放热能量的平衡，提高埋管式蓄热体单元1的使用效率。

风道式蓄热体10结构和工作阐述：蓄热过程，是风道式蓄热体10吸收流入高温循环热风热能的升温过程。蓄热工作过程中循环热风沿着风道11顺向运行，既高温循环热风从风道式蓄热体10的高温端进入从低温端流出，将热能存储在风道式蓄热体10中；放热过程，是风道式蓄热体10向流出循环热风释放热能的降温过程。放热工作过程中循环热风沿着风道11逆向运行，既低温循环热风从风道式蓄热体10的低温端进入从高温端流出，使高温循环热风温度升高；在风道式蓄热体10中，被辅助风道11-1分割成多段相通的风道11，使流经风道11的循环热风遇到辅助风道11-1时发生扰动，增加循环热风与风道11、辅助风道11-1的换热效果；为保证固体砌块换热高效稳定，选用导热系数较高（≥3W/(m·K）、经济性较好的天然花岗岩作为蓄热体主材，对比传统烧结耐火材料的导热系数高出2倍之多，有效减少换热过程中的热阻；为提高天然石材制作的风道式蓄热体10整体稳定性和抗震性，并减小天然石材加工卯榫结构的难度，采用取芯钻头在水平面钻固定定位通孔10-6，在奇数层10-1和偶数层10-2交替砌筑过程时，在层间贯通的固定定位通孔10-6中，设置基础定位销13和砌块固定销12固定，这样铆销结构保证了风道式蓄热体10结构上可靠性。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的实施方式进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型实施方式的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (7)

1.一种固体蓄热体高效储热结构，它包括有埋管式蓄热体，风道式蓄热体，绝热基层，隔热体构成，其特征在于：在绝热基层上向上依次设置有埋管式蓄热体、水平隔热层、风道式蓄热体、水平隔热层和埋管式蓄热体；所述埋管式蓄热体是由竖向隔热层间隔成的一个、两个或以上的埋管式蓄热体单元构成，均匀分布在埋管式蓄热体单元内的高压金属管道外表面依次设置有膨胀吸收层和导热胶泥层，两个相邻埋管式蓄热体单元内的高压金属管道采用管道对接器相连通，该埋管式蓄热体单元是由管道蓄热砌块和管道蓄热间隔砌块砌筑结构组成；管道对接器是两个多孔管板通过管壳焊接而成的压力容器；风道式蓄热体是由水平设置有固定定位通孔的风道蓄热主砌块、横向蓄热半切砌块、纵向蓄热半切砌块砌筑成垂直面均布风道和辅助风道的结构，在该结构的奇数层和偶数层之间正对的贯通固定定位通孔内设置有砌块固定销。

2.根据权利要求1所述固体蓄热体高效储热结构，其特征在于：所述管道对接器设置在埋管式蓄热体的外部。

3.根据权利要求1所述固体蓄热体高效储热结构，其特征在于：所述风道蓄热主砌块、横向蓄热半切砌块、纵向蓄热半切砌块、管道蓄热砌块和管道蓄热间隔砌块的耐受温度为500-600℃的固体砌块；包括：天然花岗岩、玄武岩或含导热材料的混凝土砌块。

4.根据权利要求1所述固体蓄热体高效储热结构，其特征在于：所述奇数层采用风道蓄热主砌块和横向蓄热半切砌块构成。

5.根据权利要求1所述固体蓄热体高效储热结构，其特征在于：所述偶数层采用风道蓄热主砌块和纵向蓄热半切砌块构成。

6.根据权利要求1所述固体蓄热体高效储热结构，其特征在于：所述水平隔热层是设置在埋管式蓄热体与风道式蓄热体之间的隔热结构，采用能承受埋管式蓄热体与风道式蓄热体重力和耐受固体蓄热体工作温度的隔热耐火浇注料浇注成的一体结构。

7.根据权利要求1所述固体蓄热体高效储热结构，其特征在于：所述竖向隔热层为空心隔热砌块砌筑或隔热浇筑料浇筑成的一体结构。