專利名稱：一種應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的高溫儲(chǔ)熱換熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種能量的存儲(chǔ)與釋放裝置，尤其涉及一種應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的高溫儲(chǔ)熱換熱裝置。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源，具有無(wú)污染、取用方便的特點(diǎn)，但到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射，能量密度卻很低，而且受地理、晝夜和季節(jié)等規(guī)律性變化的影響，以及因晴云雨等隨機(jī)因素的制約，其輻射強(qiáng)度也不斷發(fā)生變化，具有顯著的稀薄性、間斷性和不穩(wěn)定性。在太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)中，太陽(yáng)能集熱器把收集到的太陽(yáng)輻射能發(fā)送至接收器產(chǎn)生熱空氣或熱蒸汽，用傳統(tǒng)的電力循環(huán)來(lái)產(chǎn)生電能，為了保持供電裝置穩(wěn)定不間斷地運(yùn)行，就需要儲(chǔ)熱裝置把太陽(yáng)能儲(chǔ)存起來(lái)，在太陽(yáng)能不足時(shí)再釋放出來(lái)，從而滿足生產(chǎn)和生活用能連續(xù)和穩(wěn)定供應(yīng)的需要，所以太陽(yáng)能高溫儲(chǔ)熱裝置是太陽(yáng)能熱發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)，它對(duì)于提高系統(tǒng)發(fā)電效率、提高系統(tǒng)發(fā)電穩(wěn)定性和可靠性具有重要意義。用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的高溫儲(chǔ)熱系統(tǒng)應(yīng)具有良好的保溫效果、高溫下抗氧化性、能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱及放熱循環(huán)、操作簡(jiǎn)單及安全可靠且成本低。高溫儲(chǔ)熱材料則應(yīng)滿足高的儲(chǔ)熱密度、儲(chǔ)熱及放熱循環(huán)完全可逆、良好的熱傳導(dǎo)性、無(wú)高溫腐蝕、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性及安全可靠。目前應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的儲(chǔ)熱材料有水、導(dǎo)熱油、耐高溫混凝土和熔融鹽等。水作為儲(chǔ)熱材料儲(chǔ)能密度不大，水和導(dǎo)熱油在高溫下蒸汽壓很大，使用時(shí)需要特殊的壓力閥等設(shè)備，導(dǎo)熱油還容易引發(fā)火災(zāi)，而且價(jià)格較貴；耐高溫混凝土作為儲(chǔ)熱材料，對(duì)其內(nèi)部換熱管道要求很高，其成本占整個(gè)儲(chǔ)熱系統(tǒng)成本的45%-55% ;熔鹽普遍存在導(dǎo)熱系數(shù)小，儲(chǔ)能密度低及工作溫度低等缺陷，從而導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)較為龐大及太陽(yáng)能熱發(fā)電的蒸汽參數(shù)較低。與上述儲(chǔ)熱材料相比，鋁基合金儲(chǔ)熱材料具有儲(chǔ)熱密度大、熱循環(huán)穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、性價(jià)比良好、不易燃、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，在高溫相變儲(chǔ)熱(MO(TC)應(yīng)用中具有較大的優(yōu)勢(shì)，但是鋁基合金儲(chǔ)熱材料在液態(tài)時(shí)具有強(qiáng)烈的腐蝕性，并且在長(zhǎng)期的吸、放熱循環(huán)過(guò)程中，儲(chǔ)熱材料與儲(chǔ)熱容器材料間可能會(huì)發(fā)生多種電化學(xué)反應(yīng)及物理反應(yīng)，明顯腐蝕儲(chǔ)熱容器材料，或改變儲(chǔ)熱材料的熱物性。此外，相變材料在相變過(guò)程往往伴有體積的變化，所以恰當(dāng)?shù)倪x擇儲(chǔ)熱容器材料非常重要。因此，針對(duì)鋁基合金儲(chǔ)熱材料，選擇相應(yīng)的儲(chǔ)熱容器材料并設(shè)計(jì)相應(yīng)的儲(chǔ)熱裝置，可用于太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，所以對(duì)于鋁基合金儲(chǔ)熱裝置的研究有待進(jìn)一步開展。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的高溫儲(chǔ)熱換熱裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換熱效率高且安全可靠的特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的高溫儲(chǔ)熱換熱裝置，其特征在于它包括進(jìn)氣管I、進(jìn)氣分配管2、儲(chǔ)熱室箱體5、儲(chǔ)熱室門6、出氣分配管3、出氣管4、高溫相變儲(chǔ)熱管7、高溫相變儲(chǔ)熱管支撐8、保溫材料、相變儲(chǔ)熱材料9 ；儲(chǔ)熱室箱體5內(nèi)外置有保溫材料；儲(chǔ)熱室門6的一端與儲(chǔ)熱室箱體5的外壁鉸接，儲(chǔ)熱室門6關(guān)閉時(shí)，儲(chǔ)熱室門6與儲(chǔ)熱室箱體圍成密封的儲(chǔ)熱空間；儲(chǔ)熱室箱體5的一端設(shè)有進(jìn)氣管I，進(jìn)氣分配管2、儲(chǔ)熱室箱體5的另一端設(shè)有出氣分配管3、出氣管4。高溫相變儲(chǔ)熱管7由高溫相變儲(chǔ)熱管支撐8固定，高溫相變儲(chǔ)熱管7內(nèi)封裝有相變儲(chǔ)熱材料9。所述的高溫相變儲(chǔ)熱管7材料為陶瓷鋼鐵復(fù)合管，所述的陶瓷鋼鐵復(fù)合管外層是無(wú)縫鋼管10，內(nèi)層是剛玉瓷11 ，下端蓋12和上端蓋13為內(nèi)襯剛玉瓷的碳鋼鋼板，多根規(guī)格相同的高溫相變儲(chǔ)熱管7豎直放置并成正方形或正三角形均勻分布，所述的高溫相變儲(chǔ)熱管7內(nèi)充裝相變儲(chǔ)熱材料9，所述相變儲(chǔ)熱材料9為鋁基合金儲(chǔ)熱材料。本實(shí)用新型的有益效果是采用上述結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行，即使傳熱介質(zhì)為高溫高壓的流體時(shí)，仍能確保儲(chǔ)熱系統(tǒng)的安全可靠性；相變材料采用鋁基合金儲(chǔ)熱材料，鋁基合金儲(chǔ)熱材料具有合適的相變溫度和較高的儲(chǔ)熱密度，加快了流體與相變儲(chǔ)熱材料間的換熱，縮小了儲(chǔ)熱容裝置的體積，從而提高了系統(tǒng)的儲(chǔ)熱效率和儲(chǔ)熱密度，延長(zhǎng)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的使用壽命、使儲(chǔ)熱放熱過(guò)程穩(wěn)定高效的進(jìn)行。本實(shí)用新型的高溫相變儲(chǔ)熱管7材料為陶瓷鋼鐵復(fù)合管，陶瓷鋼鐵復(fù)合管外層是無(wú)縫鋼管10，內(nèi)層是剛玉瓷11，下端蓋12和上端蓋13為內(nèi)襯剛玉瓷的碳鋼鋼板，能夠充分發(fā)揮無(wú)縫鋼管強(qiáng)度高、韌性好、耐沖擊、焊接性能好以及剛玉瓷高強(qiáng)度、耐腐蝕、高耐磨、耐熱性好的特點(diǎn)，克服了無(wú)縫鋼管硬度低、耐磨性差、以及陶瓷韌性差的特點(diǎn)，陶瓷鋼鐵復(fù)合管具有良好的耐蝕、耐磨、耐熱性能及機(jī)械沖擊與熱沖擊性能、可焊性好等綜合性能，特別適用于充裝鋁基高溫相變儲(chǔ)熱材料，多根規(guī)格相同的高溫相變儲(chǔ)熱管7豎直放置并成正方形或正三角形均勻分布，可以加強(qiáng)與熱空氣或熱蒸汽流體的擾流程度，提高與熱空氣或熱蒸汽流體的換熱效率，從而提高整個(gè)太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的效率。它主要應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，工作溫度范圍在400-700°C。

圖I是本實(shí)用新型的立體圖；圖2是本實(shí)用新型的主視圖；圖3是圖2沿A-A線的剖視圖；圖4是圖2沿B-B線和C-C線的剖視圖；圖5是高溫相變儲(chǔ)熱管結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是高溫相變儲(chǔ)熱管支撐結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.進(jìn)氣管，2.進(jìn)氣分配管，3.出氣分配管，4.出氣管，5.儲(chǔ)熱室箱體，6.儲(chǔ)熱室門，7.高溫相變儲(chǔ)熱管，8.高溫相變儲(chǔ)熱管支撐，9.相變儲(chǔ)熱材料，10.無(wú)縫鋼管，
11.剛玉瓷，12.下端蓋，13.上端蓋。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。如圖I、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，一種應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的高溫儲(chǔ)熱換熱裝置，它包括進(jìn)氣管I、進(jìn)氣分配管2、出氣分配管3、出氣管4、儲(chǔ)熱室箱體5、儲(chǔ)熱室門6、高溫相變儲(chǔ)熱管7、高溫相變儲(chǔ)熱管支撐8、保溫材料、相變儲(chǔ)熱材料9 ；[0019]儲(chǔ)熱室箱體5為立方體，儲(chǔ)熱室壁面采用耐高溫的鋼板制成，為了減少熱量損失，儲(chǔ)熱室內(nèi)外壁均設(shè)置有保溫材料；儲(chǔ)熱室門6的一端與儲(chǔ)熱室箱體5的外壁鉸接，儲(chǔ)熱室門6關(guān)閉時(shí)，儲(chǔ)熱室門6與儲(chǔ)熱室箱體圍成密封的儲(chǔ)熱空間；儲(chǔ)熱室箱體5的一端設(shè)有進(jìn)氣管I、進(jìn)氣分配管2，儲(chǔ)熱室箱體5的另一端設(shè)有出氣分配管3、出氣管4;高溫相變儲(chǔ)熱管7設(shè)置在儲(chǔ)熱室箱體內(nèi)，多根規(guī)格相同的高溫相變儲(chǔ)熱管7豎直排列，并且成正方形或正三角形均勻分布，高溫相變儲(chǔ)熱管7內(nèi)封裝有蓄熱材料，高溫相變儲(chǔ)熱管7由高溫相變儲(chǔ)熱管支撐8固定，高溫相變儲(chǔ)熱管支撐8的材料為金屬絲；高溫相變儲(chǔ)熱管7材料為陶瓷鋼鐵復(fù)合管，陶瓷鋼鐵復(fù)合管外層是無(wú)縫鋼管10，內(nèi)層是剛玉瓷11，下端蓋12和上端蓋13為內(nèi)襯剛玉瓷的碳鋼鋼板，該管獨(dú)特的組織結(jié)構(gòu)能夠承受鋁基儲(chǔ)熱材料的腐蝕。保溫材料可以采用硅酸鋁耐火纖維或硅酸鋁耐火纖維與礦渣棉板組合保溫材料， 保溫層的厚度選擇取決于儲(chǔ)熱溫度對(duì)熱損的要求。相變儲(chǔ)熱材料9為鋁基合金儲(chǔ)熱材料，儲(chǔ)熱材料可以通過(guò)不同配比將熔化溫度控制在450-570°C之間，可根據(jù)需要選擇。高溫儲(chǔ)熱換熱裝置蓄熱時(shí)，經(jīng)太陽(yáng)能集熱器加熱的高溫氣體通過(guò)進(jìn)氣管及進(jìn)氣分配管使流體均勻地導(dǎo)入儲(chǔ)熱空間內(nèi)，熱流體將熱量傳遞給高溫相變儲(chǔ)熱管內(nèi)的相變儲(chǔ)熱材料，相變儲(chǔ)熱材料由固態(tài)逐漸變?yōu)橐簯B(tài)，由于鋁基合金儲(chǔ)熱材料具有很大的儲(chǔ)能密度，因此整個(gè)裝置內(nèi)可以存儲(chǔ)大量熱能，而且金屬導(dǎo)熱系數(shù)大，在熔化和凝固的過(guò)程中具有較快的傳熱效率，從而使熱能不斷轉(zhuǎn)化為潛熱儲(chǔ)存在相變材料內(nèi)，釋放了熱量的流體經(jīng)出氣分配管和出氣口流出，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，固態(tài)相變儲(chǔ)熱材料完全轉(zhuǎn)化為液態(tài)實(shí)現(xiàn)熱量存儲(chǔ)的最大化，停止熱流體的進(jìn)出。當(dāng)太陽(yáng)能減弱或者需要利用熱能時(shí)，使冷流體沿著與熱流體同樣的路線流動(dòng)，此時(shí)冷流體通過(guò)相變儲(chǔ)熱換熱裝置的箱體內(nèi)，相變儲(chǔ)熱材料由液態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)釋放存儲(chǔ)的熱量，對(duì)冷流體逐漸進(jìn)行加熱，當(dāng)儲(chǔ)熱材料放出部分熱量后，換熱管內(nèi)壁面的液體逐漸凝固，隨著放熱量的增加，相變儲(chǔ)熱材料由液態(tài)漸變?yōu)楣虘B(tài)，待全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)后，不再釋放熱量，此時(shí)冷流體的溫度升高到最高值，儲(chǔ)熱釋熱過(guò)程可循環(huán)重復(fù)使用，實(shí)現(xiàn)冷、熱流體與固液相變儲(chǔ)熱材料之間的高效換熱。高溫相變儲(chǔ)熱管的制作工藝較復(fù)雜，其制作方法如下(I)根據(jù)需要設(shè)計(jì)出合適尺寸的高溫相變儲(chǔ)熱管；(2)高溫相變儲(chǔ)熱管筒體材料采用陶瓷鋼鐵復(fù)合管，其外層是無(wú)縫鋼管，內(nèi)層是剛玉瓷，上下端蓋利用陶瓷-金屬?gòu)?fù)合制作技術(shù)原理，即采用膠做粘結(jié)劑，通過(guò)粘結(jié)將耐磨陶瓷片復(fù)合在碳鋼鋼板表面上，形成一個(gè)具有優(yōu)異耐磨性能的表面；(3)按圖5所示將儲(chǔ)熱管筒體、上端蓋、下端蓋按零件圖加工好備用；(4)先將儲(chǔ)熱管筒體與下端蓋焊接在一起；(5)將粉末狀的相變儲(chǔ)熱材料灌入儲(chǔ)熱管筒體內(nèi)，考慮體積膨脹，不能完全裝滿；[0031 ] (6)將上端蓋和儲(chǔ)熱管筒體焊接在一起，對(duì)高溫相變儲(chǔ)熱管進(jìn)行封口備用。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的高溫儲(chǔ)熱換熱裝置，其特征在于它包括進(jìn)氣管(I)、進(jìn)氣分配管(2)、儲(chǔ)熱室箱體(5)、儲(chǔ)熱室門(6)、出氣分配管(3)、出氣管(4)、高溫相變儲(chǔ)熱管(7)、高溫相變儲(chǔ)熱管支撐(8)、保溫材料、相變儲(chǔ)熱材料(9);儲(chǔ)熱室箱體(5)內(nèi)外置有保溫材料；儲(chǔ)熱室門(6)的一端與儲(chǔ)熱室箱體(5)的外壁鉸接，儲(chǔ)熱室門(6)關(guān)閉時(shí)，儲(chǔ)熱室門(6)與儲(chǔ)熱室箱體圍成密封的儲(chǔ)熱空間；儲(chǔ)熱室箱體(5)的一端設(shè)有進(jìn)氣管(1)，進(jìn)氣分配管(2 )、儲(chǔ)熱室箱體(5 )的另一端設(shè)有出氣分配管(3 )、出氣管(4);高溫相變儲(chǔ)熱管(7 )由高溫相變儲(chǔ)熱管支撐(8)固定，高溫相變儲(chǔ)熱管(7)內(nèi)封裝有相變儲(chǔ)熱材料(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的高溫儲(chǔ)熱換熱裝置，其特征在于，所述的高溫相變儲(chǔ)熱管(7)材料為陶瓷鋼鐵復(fù)合管，所述的陶瓷鋼鐵復(fù)合管外層是無(wú)縫鋼管(10)，內(nèi)層是剛玉瓷(11)，下端蓋(12)和上端蓋(13)為內(nèi)襯剛玉瓷的碳鋼鋼板，多根規(guī)格相同的高溫相變儲(chǔ)熱管(7)豎直放置并成正方形或正三角形分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的一種應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的高溫儲(chǔ)熱換熱裝置，高溫相變儲(chǔ)熱管(7)內(nèi)充裝相變儲(chǔ)熱材料(9)，所述相變儲(chǔ)熱材料(9)為鋁基合金儲(chǔ)熱材料。
專利摘要一種應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的高溫儲(chǔ)熱換熱裝置，其包括進(jìn)氣管(1)、進(jìn)氣分配管(2)、儲(chǔ)熱室箱體(5)、儲(chǔ)熱室門(6)、出氣分配管(3)、出氣管(4)、高溫相變儲(chǔ)熱管(7)、高溫相變儲(chǔ)熱管支撐(8)、保溫材料、相變儲(chǔ)熱材料(9)；儲(chǔ)熱室箱體(5)內(nèi)外置有保溫材料；儲(chǔ)熱室門(6)的一端與儲(chǔ)熱室箱體(5)的外壁鉸接，儲(chǔ)熱室門(6)關(guān)閉時(shí)，儲(chǔ)熱室門(6)與儲(chǔ)熱室箱體圍成密封的儲(chǔ)熱空間；儲(chǔ)熱室箱體(5)的一端設(shè)有進(jìn)氣管(1)，進(jìn)氣分配管(2)、儲(chǔ)熱室箱體(5)的另一端設(shè)有出氣分配管(3)、出氣管(4)；高溫相變儲(chǔ)熱管(7)由高溫相變儲(chǔ)熱管支撐(8)固定，高溫相變儲(chǔ)熱管(7)內(nèi)封裝有相變儲(chǔ)熱材料(9)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換熱效率高且安全可靠的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F24J2/34GK202734303SQ20122046437
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者崔海亭, 周慧濤 申請(qǐng)人:河北科技大學(xué)