以气体为传热流体的显热-潜热复合储热器

摘要

本发明公开了一种以气体为传热流体的显热-潜热复合储热器，包括储热罐，在储热罐的上部留有充热过程高温气体流入管（8），在储热罐的下部留有放热过程低温气体流入管（7），在储热罐内部设置有球形显热-潜热复合储热球（3）、耐高温混凝土球（2）、异形混凝土块和显热-潜热复合储热篦子（1），球形显热-潜热复合储热球（3）设置在储热罐内部上层，耐高温混凝土球（2）和异形混凝土块设置在储热罐内部上层中层，显热-潜热复合储热篦子（1）设置在储热罐内部下层。本发明充分利用相变材料储热密度大的优势，结合储热罐内结构特征，实现储热密度的最大化。

说明书

技术领域

本发明涉及余热利用领域，尤其是以气体为传热流体的显热-潜热复合储热器。

背景技术

目前用于气体为传热流体的储热器使用陶瓷、耐火材料等为储热材料，均是利用温度变化进行显热存储，储热密度不高。对于以固体颗粒作为储热材料的固体堆积床式储热器由于金属壳体与储热材料间热膨胀系数的差异，多次运行后存在“热棘轮”破坏现象。

发明内容

本发明的目的是，针对上述现有技术的不足，提供一种以气体为传热流体的显热-潜热复合储热器，该储热器充分利用相变材料储热密度大的优势，结合储热罐内结构特征，实现储热密度的最大化。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明以气体为传热流体的显热-潜热复合储热器，包括储热罐，在储热罐的上部留有充热过程高温气体流入管，在储热罐的下部留有放热过程低温气体流入管，在储热罐内部设置有球形显热-潜热复合储热球、耐高温混凝土球和显热-潜热复合储热篦子，球形显热-潜热复合储热球设置在储热罐内部上层，耐高温混凝土球和异形混凝土块设置在储热罐内部上层中层，显热-潜热复合储热篦子设置在储热罐内部下层。

进一步的，所述显热-潜热复合储热篦子由填充有相变材料金属棒纵横向焊接而成。

进一步的，所述球形显热-潜热复合储热球由填充有相变材料的不锈钢球制成。

进一步的，在耐高温混凝土球中预留有可供气体流过孔道。

进一步的，所述相变材料为熔融盐或金属合金。

进一步的，所述储热罐包括内层、保温层和外层，外层设置在内层外部，保温层设置在内层和外层之间所形成的夹层内。

进一步的，所述内层由耐火材料浇筑而成。

进一步的，所述保温层采用导热系数低的硅酸铝纤维棉材料填充而成。

进一步的，所述外层为铸铁层或碳钢层。

本发明以气体为传热流体的显热-潜热复合储热器的优点是：

1、充分利用相变材料储热密度大的优势，结合储热罐内结构特征，实现储热密度的最大化。

2、罐体三层结构特征，内层的浇注料材料膨胀系数与其内填充的相变储热球和混凝土球等相接近，可避免金属材料作为内层结构引起的热棘轮现象。此外，浇注料材料具有较强的抗腐蚀特性，可以对其内流经的高温气体有较好的化学适应性，减少高温腐蚀带来的材料破坏问题。碳钢层位于最外层，可以避免使用价格高昂的耐热不锈钢材料，可大幅降低罐体的成本。

附图说明

图1是本发明以气体为传热流体的显热-潜热复合储热器的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明以气体为传热流体的显热-潜热复合储热器，用于太阳能热发电领域，高温空气为传热流体，也可用于余热发电领域，工业高温废弃热量存储。所述以气体为传热流体的显热-潜热复合储热器包括储热罐，在储热罐的上部留有充热过程高温气体流入管8，在储热罐的下部留有放热过程低温气体流入管7。

在储热罐内部设置有球形显热-潜热复合储热球3、耐高温混凝土球1和显热-潜热复合储热篦子2，球形显热-潜热复合储热球3设置在储热罐内部上层，耐高温混凝土球2和异形混凝土块设置在储热罐内部上层中层，显热-潜热复合储热篦子1设置在储热罐内部下层。所述耐高温混凝土球1也可替换为异形混凝土块。

所述显热-潜热复合储热篦子1由填充有相变材料金属棒纵横向焊接而成。所述相变材料为熔融盐或金属合金，制作时将金属棒，优选为不锈钢管内灌注熔融盐或金属合金后进行两端封堵，形成以钢管显热和其内熔融盐或金属合金的相变储热进行复合储热的储热元件。多个储热元件通过焊接方式连接形成网格化框架，代替现有陶瓷球堆积床储热罐下部的金属篦子，既实现储热功能，又实现力学功能。该显热-潜热复合储热篦子可以单个也可以多个摞起，以增加储热效果。

所述球形显热-潜热复合储热球3由填充有相变材料的不锈钢球制成，所述相变材料为熔融盐或金属合金。

通过在储热罐的上部留有充热过程高温气体流入管，下部留有放热过程低温气体流入管，上部的显热-潜热复合储热球3内填充的相变材料略低于高温气体温度。储热罐的显热-潜热复合储热篦子1内填充的相变材料的相变温度略高于放热过程的低温气体温度。

在耐高温混凝土球2或异形混凝土块中预留有可供气体流过孔道。耐高温混凝土球2或异形混凝土块价格廉价，球的大小可以相同也可以不同，其降低了储热罐的成本，节省费用。

所述储热罐包括内层4、保温层5和外层6，外层6设置在内层4外部，保温层5设置在内层4和外层6之间所形成的夹层内。内层4由耐火材料浇筑而成。保温层5采用导热系数低的硅酸铝纤维棉材料填充而成。外层6为铸铁层或碳钢层。内层4的浇注料材料膨胀系数与其内填充的相变储热球和混凝土球等相接近，可避免金属材料作为内层结构引起的热棘轮现象。同时，内层4的浇注料材料具有较强的抗腐蚀特性，可以对其内流经的高温气体有较好的化学适应性，减少高温腐蚀带来的材料破坏问题。外层6避免了使用价格高昂的耐热不锈钢材料，可大幅降低罐体的成本。保温层5增加了储热罐的保温性能，防止热量流失。