本發(fā)明涉及儲熱，特別是涉及一種固體儲熱裝置及其優(yōu)化設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、在熱能儲存與釋放技術(shù)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的固體儲熱裝置長期占據(jù)主導(dǎo)地位，其中，mgo(氧化鎂)磚作為一種經(jīng)典的儲熱材料，因其良好的化學(xué)穩(wěn)定性和一定的熱容量而被廣泛應(yīng)用。這類裝置通常依賴電阻絲作為熱源，通過熱傳導(dǎo)和熱輻射的方式將電能轉(zhuǎn)化為熱能并儲存在mgo磚中。在需要釋放熱量時，則利用熱空氣的對流傳熱效應(yīng)，將儲存在mgo磚中的熱能傳遞給外部環(huán)境或特定的工作介質(zhì)。

2、然而，盡管傳統(tǒng)的固體儲熱裝置在一定程度上滿足了熱能儲存與轉(zhuǎn)換的基本需求，但其固有的技術(shù)局限性日益凸顯，成為制約該領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。具體而言，存在以下問題：mgo磚等傳統(tǒng)儲熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)相對較低，這意味著在儲熱過程中，電阻絲產(chǎn)生的熱量難以迅速且均勻地傳遞到整個儲熱體中，同樣，在放熱過程中，儲存在mgo磚中的熱量也難以高效釋放至取熱介質(zhì)中。這種低熱導(dǎo)率不僅延長了儲熱和放熱的時間周期，降低了整體效率，還增加了能耗。

3、鑒于上述問題，如何能夠在結(jié)構(gòu)上改進(jìn)以提高固體儲熱裝置的熱量傳遞效率是需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種固體儲熱裝置及其優(yōu)化設(shè)計方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，通過在儲熱體上設(shè)置相互交叉但互不連通的儲熱通道和取熱通道，利用加熱裝置將熱量傳遞到儲熱體進(jìn)行儲存，利用取熱介質(zhì)將儲熱體的熱量導(dǎo)出，能夠提高儲熱和取熱的效率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明提供一種固體儲熱裝置，包括儲熱體、加熱裝置以及取熱介質(zhì)，所述儲熱體上設(shè)置有互不連通的儲熱通道和取熱通道，所述儲熱通道與所述取熱通道相互交叉布置；所述加熱裝置設(shè)置在所述儲熱通道內(nèi)部；所述取熱介質(zhì)填充在所述取熱通道內(nèi)部。

4、在一實(shí)施方式中，所述儲熱通道位于所述儲熱體的中部，所述取熱通道平行間隔設(shè)置在所述儲熱通道的兩側(cè)。

5、在一實(shí)施方式中，所述儲熱體為長方體結(jié)構(gòu)，所述取熱通道貫穿所述長方體結(jié)構(gòu)中一組取熱面，所述儲熱通道貫穿所述長方體結(jié)構(gòu)中一組儲熱面，所述取熱通道垂直于所述儲熱通道。

6、在一實(shí)施方式中，所述長方體結(jié)構(gòu)的頂面設(shè)置有定位凹槽，所述長方體結(jié)構(gòu)的底面設(shè)置有定位凸起，不同所述長方體結(jié)構(gòu)的所述定位凹槽和所述定位凸起能夠配合連接。

7、在一實(shí)施方式中，所述定位凹槽和所述定位凸起均呈十字形分布。

8、在一實(shí)施方式中，所述取熱通道之間、所述取熱通道與所述儲熱通道之間以及所述取熱通道與所述儲熱體的壁面之間的間距相等。

9、在一實(shí)施方式中，所述取熱通道設(shè)置在所述儲熱體的中部，所述儲熱通道設(shè)置在所述取熱通道的兩側(cè)。

10、在一實(shí)施方式中，所述取熱介質(zhì)采用二氧化碳?xì)怏w；所述儲熱體采用鑄鐵。

11、本發(fā)明還提供一種優(yōu)化設(shè)計方法，應(yīng)用于如前文記載的固體儲熱裝置，包括以下內(nèi)容：

12、已知儲熱體的工作溫度范圍為t1～t2，取熱介質(zhì)的工作溫度范圍為t1～t2，取熱通道直徑為d，取熱通道數(shù)量為n，儲熱體采用長方體結(jié)構(gòu)，確定取熱通道長度l、取熱截面寬度w、取熱截面高度h；

13、確定取熱通道長度：

14、

15、其中，s為換熱面積；

16、確定取熱截面高度：

17、h＝d+2×(d+2δ)；

18、確定取熱截面寬度：

19、w＝(n/2+1)δ+(n/2)d；

20、其中，δ為取熱通道之間、取熱通道與儲熱通道之間以及取熱通道與儲熱體的壁面之間的間距。

21、在一實(shí)施方式中，對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行校核：

22、實(shí)際體積：

23、v實(shí)＝l×w×h-v取熱-v儲熱；

24、上式中，v取熱為取熱通道的體積，v儲熱為儲熱通道的體積，分別按以下公式計算：

25、v取熱＝nπ(d/2)2l；

26、v儲熱＝π(d/2)2w；

27、實(shí)際儲熱量：

28、p實(shí)＝ρv實(shí)(cp1t1-cp2t2)；

29、上式中，ρ為儲熱體的密度，cp1和cp2分別為儲熱體在工作溫度t1和t2時的比熱容；

30、設(shè)計裕度計算：

31、ε＝(p實(shí)-p)/p。

32、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

33、本發(fā)明通過在儲熱體上設(shè)置相互交叉但互不連通的儲熱通道和取熱通道，利用加熱裝置將熱量傳遞到儲熱體進(jìn)行儲存，利用取熱介質(zhì)將儲熱體的熱量導(dǎo)出，儲熱通道與取熱通道互不干涉，儲熱通道能夠便于熱量儲存在儲熱體，取熱通道能夠便于熱量由儲熱體導(dǎo)出，從而能夠提高儲熱和取熱的效率。

34、本發(fā)明所包含的其他技術(shù)方案還可以取得如下技術(shù)效果：

35、mgo磚等材料的熱穩(wěn)定性較差，長期在高溫環(huán)境下工作易發(fā)生物理或化學(xué)性質(zhì)的改變，如熱膨脹、開裂或化學(xué)分解，這不僅縮短了儲熱材料的使用壽命，還可能引發(fā)安全隱患，如材料脫落、設(shè)備泄漏等，嚴(yán)重制約了固體儲熱裝置的應(yīng)用范圍和可靠性，本發(fā)明采用高導(dǎo)熱系數(shù)的鑄鐵作為儲熱體的主體材料，能夠確保材料的熱穩(wěn)定性和裝置的安全性，取熱介質(zhì)采用二氧化碳?xì)怏w，二氧化碳?xì)怏w具有成本便宜、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性高、焓差大的優(yōu)勢，鑄鐵和二氧化碳?xì)怏w的組合，能夠?qū)崿F(xiàn)儲熱體和取熱介質(zhì)的小溫差傳熱，儲放熱速率快、效率高。

技術(shù)特征：

1.一種固體儲熱裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體儲熱裝置，其特征在于：所述儲熱通道位于所述儲熱體的中部，所述取熱通道平行間隔設(shè)置在所述儲熱通道的兩側(cè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體儲熱裝置，其特征在于：所述儲熱體為長方體結(jié)構(gòu)，所述取熱通道貫穿所述長方體結(jié)構(gòu)中一組取熱面，所述儲熱通道貫穿所述長方體結(jié)構(gòu)中一組儲熱面，所述取熱通道垂直于所述儲熱通道。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體儲熱裝置，其特征在于：所述長方體結(jié)構(gòu)的頂面設(shè)置有定位凹槽，所述長方體結(jié)構(gòu)的底面設(shè)置有定位凸起，不同所述長方體結(jié)構(gòu)的所述定位凹槽和所述定位凸起能夠配合連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體儲熱裝置，其特征在于：所述定位凹槽和所述定位凸起均呈十字形分布。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體儲熱裝置，其特征在于：所述取熱通道之間、所述取熱通道與所述儲熱通道之間以及所述取熱通道與所述儲熱體的壁面之間的間距相等。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體儲熱裝置，其特征在于：所述取熱通道設(shè)置在所述儲熱體的中部，所述儲熱通道設(shè)置在所述取熱通道的兩側(cè)。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體儲熱裝置，其特征在于：所述取熱介質(zhì)采用二氧化碳?xì)怏w；所述儲熱體采用鑄鐵。

9.一種優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，應(yīng)用于如權(quán)利要求3-8任一項所述的固體儲熱裝置，包括以下內(nèi)容：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種固體儲熱裝置及其優(yōu)化設(shè)計方法，屬于儲熱技術(shù)領(lǐng)域，包括儲熱體、加熱裝置以及取熱介質(zhì)，所述儲熱體上設(shè)置有互不連通的儲熱通道和取熱通道，所述儲熱通道與所述取熱通道相互交叉布置；所述加熱裝置設(shè)置在所述儲熱通道內(nèi)部；所述取熱介質(zhì)填充在所述取熱通道內(nèi)部。本發(fā)明通過在儲熱體上設(shè)置相互交叉但互不連通的儲熱通道和取熱通道，利用加熱裝置將熱量傳遞到儲熱體進(jìn)行儲存，利用取熱介質(zhì)將儲熱體的熱量導(dǎo)出，能夠提高儲熱和取熱的效率。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭松松,韓笑,王德玉,車亮,王啟民,許琳,劉聰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國電和風(fēng)風(fēng)電開發(fā)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9