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CN107941064A - 一种多相变材料分腔套管式相变蓄热器 - Google Patents

一种多相变材料分腔套管式相变蓄热器 Download PDF

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张峰鸣
赵明
胡明禹
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Abstract

本发明公开了一种多相变材料分腔套管式相变蓄热器，包括：中圆管，套设在目标蓄热物之外；多个分腔壁面，设置于中圆管外侧；换热管，套设在分腔壁面的外侧；以及多个肋片，垂直穿过分腔壁面和换热管，从而形成多个分腔，该分腔用于放置不同蓄热材料，分腔壁面的个数大于等于1个，肋片的个数大于等于1个。本发明因为所采用的肋片能够使热流体的热量传递到蓄热器下部，增加了蓄热效率，而且下部腔体中的PCM熔点更低，在相同时间内更容易熔化，所以显著提高了整体蓄热性能，增强换热面积的同时，可以提高PCM熔化速率。因为所采用的PCM能够吸收和放出热量来实现能量的储存和释放，所以实现供需同步，可以有效的避免能源浪费。

Description

一种多相变材料分腔套管式相变蓄热器
技术领域
本发明涉及一种蓄热器，具体涉及一种多相变材料分腔套管式相变蓄热器。
背景技术
蓄热技术是一种有效解决热能需求和供给在时间上和强度上不匹配的技术，相变材料(PCM)发生相变时吸收和放出热量来实现能量的储存和释放，从而实现供需同步，可以有效的避免能源浪费。由于普通蓄热器蓄热时存在自然对流作用，导致上下熔化不同步，上部温度与下部温度不均匀等的缺点，从而导致蓄热时间长等问题，虽然市面上已出现肋片式相变蓄热器，但其肋片数量多、施工复杂、设备造价昂贵，市场普及率依旧有限，而采用多相变材料分腔式结构则能很好的解决这些问题，这种结构不仅仅通过增加PCM的接触面积加快蓄热速度，从而减少蓄热时间。而且采用分腔式结构使用多种蓄热材料，增加总体的蓄热量。将肋片与多相变材料分腔技术组合是解决当下蓄热器结构能耗的新途径，但市场中没有相关技术产品用以实现。
太阳能的热能存储
太阳能清洁无污染、取用方便，但由于到达地球表面的太阳能的能量密度低，而且受地理、昼夜和季节等规律性变化的影响，其辐射强度具有显著的稀薄性、间断性和不稳定性，为了保持供热和供电装置稳定不间断地运行，就需要蓄热装置把太阳能储存起来，待其能量不足时释放。
电力调峰热存储
电厂中采用蓄热装置可以经济的解决高峰负荷，填平需求低估，以缓冲蓄热方式调节机组负荷更方便。采用蓄热装置可以节约燃料，降低电厂的初投资和燃料费用，提高机组的运行效率和改善机组的运行条件，降低排气污染，改善环境。
工业热能储存
目前工业热能储存采用的是再生式加热炉和废热蓄能锅炉等蓄能装置。采用蓄热技术来回收烟气余热以及废热，既节约了能源，有减少了空气污染以及冷却、淬火过程中水的消耗量。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种多相变材料分腔套管式相变蓄热器。
本发明提供了一种多相变材料分腔套管式相变蓄热器，用于太阳能热能的存储，也可以用于电力调峰的热存储和工业热能的储存，具有这样的特征，包括：中圆管，该中圆管内用于放置传热工质；多个分腔壁面，设置于中圆管外侧；换热管，设在分腔壁面的外侧；以及多个肋片，垂直穿过分腔壁面和换热管，从而形成多个分腔，该分腔用于放置不同蓄热材料，分腔壁面的个数大于等于1个，肋片的个数大于等于1个。
在本发明提供的多相变材料分腔套管式相变蓄热器中，还可以具有这样的特征：其中，分腔壁面采用的是钢。
在本发明提供的多相变材料分腔套管式相变蓄热器中，还可以具有这样的特征：其中，肋片采用的是钢。
在本发明提供的多相变材料分腔套管式相变蓄热器中，还可以具有这样的特征：其中，中圆管的管壁上设有多个通孔，用于减少蓄热时间。
在本发明提供的多相变材料分腔套管式相变蓄热器中，还可以具有这样的特征：其中，分腔壁面是圆形、方形或椭圆形。
在本发明提供的多相变材料分腔套管式相变蓄热器中，还可以具有这样的特征：其中，换热管的截面是圆形、方形或椭圆形。
在本发明提供的多相变材料分腔套管式相变蓄热器中，还可以具有这样的特征：其中，分腔中的蓄热材料为PCM，该PCM为石蜡或脂肪酸。
在本发明提供的多相变材料分腔套管式相变蓄热器中，还可以具有这样的特征：其中，PCM含有纳米金属颗粒。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的多相变材料分腔套管式相变蓄热器，因为所采用的肋片能够使热流体的热量传递到蓄热器下部，增加了蓄热效率，而且下部腔体中的PCM熔点更低，在相同时间内更容易熔化，所以显著提高了整体蓄热性能，增强换热面积的同时，可以提高PCM熔化速率。因为所采用的PCM能够吸收和放出热量来实现能量的储存和释放，所以实现供需同步，可以有效的避免能源浪费，还能够对热能进行高效储存和释放，应用于太阳能、太空空间站、热电厂等这些蓄热装置中。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
图1是本发明的结构示意图。
如图1所示，本发明的一种多相变材料分腔套管式相变蓄热器100，用于太阳能热能的存储，也可以用于电力调峰的热存储和工业热能的储存，包括：中圆管1，多个分腔壁面2，换热管3和多个肋片4。
中圆管1，该中圆管1内用于放置传热工质，如蒸汽、乙醇或水等。
多个分腔壁面2，设置于中圆管1外侧。
所述分腔壁面2的个数大于等于1个。
换热管3，套设在所述分腔壁面2的外侧。
多个肋片4，垂直穿过所述分腔壁面2和所述换热管3，从而形成多个分腔，该分腔用于放置不同蓄热材料。
所述肋片4的个数大于等于1个。
实施例：
图2本发明的实施例的结构示意图。
如图2所示，本实施例的多相变材料分腔套管式相变蓄热器100为水平式的相变蓄热器为水平上下分腔式的蓄热器，包括：中圆管1、1个不锈钢分腔壁面2、换热管3和4个不锈钢的肋片4，分腔壁面2和肋4片还可以采用其它导热系数高的金属。这4个肋片4垂直穿过1个分腔壁面2和换热管3形成8个分腔，且中圆管1与肋片4接触处焊接密封，8个分腔分为A、B、C、D四个区域分别放置不同的相变材料，如：石蜡、脂肪酸或其他相变材料，由于相变材料受热时，这四个区域熔化的速度与趋势不相同，分成四个区域分别放入不同的蓄热材料，如温度高熔化速度快的地方放入熔点高，潜热值大，比热容高的PCM，能储存更多的热量。
本实施例的多相变材料分腔套管式相变蓄热器的工作过程：
本实施例的多相变材料分腔套管式相变蓄热器100的上部腔室1、2、3、4中采用熔点较高具有较强蓄热能力的PCM，下部腔室5、6、7、8采用熔点较低的PCM，当换热流体从换热管3内流动时，由于存在温差，热量自发的从温度较高的换热流体向温度低的管壁和肋片4转移。
实施例的作用与效果
本实施例的多相变材料分腔套管式相变蓄热器因为所采用的肋片能够使热流体的热量传递到蓄热器下部，增加了蓄热效率，而且下部腔体中的PCM熔点更低，在相同时间内更容易熔化，所以显著提高了整体蓄热性能，增强换热面积的同时，可以提高PCM熔化速率。因为所采用的PCM能够吸收和放出热量来实现能量的储存和释放，所以实现供需同步，可以有效的避免能源浪费，还能够对热能进行高效储存和释放，应用于太阳能、太空空间站、热电厂等这些蓄热装置中。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多相变材料分腔套管式相变蓄热器，用来存储太阳能热能，也可以用于电力调峰的热存储和工业热能的储存，其特征在于，包括：
中圆管，该中圆管内用于放置传热工质；
多个分腔壁面，设置于中圆管外侧；
换热管，套设在所述分腔壁面的外侧；以及
多个肋片，垂直穿过所述分腔壁面和所述换热管，从而形成多个分腔，该分腔用于放置不同蓄热材料，
其中，所述分腔壁面的个数大于等于1个，
所述肋片的个数大于等于1个。
2.根据权利要求1所述的多相变材料分腔套管式相变蓄热器，其特征在于：
其中，所述分腔壁面采用的是钢。
3.根据权利要求1所述的多相变材料分腔套管式相变蓄热器，其特征在于：
其中，所述肋片采用的是钢。
4.根据权利要求1所述的多相变材料分腔套管式相变蓄热器，其特征在于：
其中，所述中圆管的管壁上设有多个通孔，用于减少蓄热时间。
5.根据权利要求1所述的多相变材料分腔套管式相变蓄热器，其特征在于：
其中，所述分腔壁面是圆形、方形或椭圆形。
6.根据权利要求1所述的多相变材料分腔套管式相变蓄热器，其特征在于：
其中，所述换热管的截面是圆形、方形或椭圆形。
7.根据权利要求1所述的多相变材料分腔套管式相变蓄热器，其特征在于：
其中，所述分腔中的蓄热材料为PCM，该PCM为石蜡或脂肪酸。
8.根据权利要求7所述的多相变材料分腔套管式相变蓄热器，其特征在于：
其中，所述PCM含有纳米金属颗粒。
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