有碳素导热表层的砂石储热方法及其装置与流程

本发明属于储热技术领域，涉及一种有碳素导热表层的砂石储热方法及其装置。

背景技术：

在储热技术领域,采用廉价易得的砂石作储热材料一直是相关科技工作者的追求目标。但砂石的导热系数小，用它作为储热材料传热慢，因此就需要分布密度大的传热流体介质管道，导致流体管道阻力以及输送泵的动力随之增大，致使储热工程的成本造价偏大。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题,提供一种设计方案合理、易于实施应用、可在满足储热需求的情况下降低储热工程造价性的有碳素表层的砂石储热方法及其装置。

为实现上述发明目的而采用的技术解决方案如下所述。

本发明所述有碳素导热表层的砂石储热方法的特征是：在密闭容器储热系统中填充有砂石，在砂石的表面制作有碳素导热表层，在砂石间的空隙中填充有石墨粉，内充导热油或熔盐的传热流体介质管道分布在带碳素导热表层的砂石中，传热流体介质管道和砂石进行热交换，完成充热和放热，在密闭容器储热系统上部的空间内充惰性氮氧气体。由于碳素的导热系数高于砂石导热系数的60倍以上,在砂石表层制作碳素导热层,改变砂石的导热性能，在较短的时间内完成充热和放热，这样就可以适当降低传热流体介质管道在密闭容器储热系统(储热器)中分布的密度，减小管道阻力，降低动力功率,使储热工程的造价降下来；又由于碳素表层在400℃以上会发生严重氧化，必须承装有碳素表层的砂石的容器有密闭性，故在储热器上部的空间中充惰性氮气做保护，以防碳素层过热氧化。

本发明所述方法进一步的技术方案还在于：采用石墨涂料浸渍砂石,涂料固化后在砂石表层即形成导热性能良好的碳素导热层。

本发明所述方法进一步的技术方案还在于：采用稀释沥青或稀释树脂浸渍砂石,然后加热沥青或树脂使之碳化并附着在砂石表层,冷却后在砂石表层即形成导热性能良好的碳素导热层。

本发明所述方法进一步的技术方案还在于：所述的砂石采用粒度为20毫米～45毫米鹅卵石和中细砂。

本发明所述方法进一步的技术方案还在于：传热流体介质管道为由多层多排的管道连接组合成管架式换热器。

本发明所述方法进一步的技术方案还在于：所述的砂石可由材质为镁碳质、镁铁质等的蓄热砖替代。蓄热砖密度大于砂石，比热略大于砂石,虽然造价较高,但其和相同储热负荷的储热器比较，亦可以把储热器的体积降下来提高储热密度。

用于实现本发明所述方法的有碳素导热表层的砂石储热装置具有一个其内填充有砂石的保温密闭容器，在密闭容器侧壁端开有入管口和出管口，在密闭容器内的砂石中分布有由多层多排传热流体介质管道组成的管架结构换热器，换热器的两端分别与入管口和出管口相通，在砂石的表面制作有由石墨涂料、稀释沥青或稀释树脂构成的碳素导热表层，在砂石间的空隙中填充有石墨粉，在密闭容器外设有一个氮气瓶(或小型充氮机)，氮气瓶(或小型充氮机)的出口经氮气管通入密闭容器内。

本发明所述装置进一步的技术方案还在于：所述砂石采用粒度为20毫米～45毫米鹅卵石和中细砂。

本发明所述装置进一步的技术方案还在于：在传热流体介质管道表面制作有由石墨涂料、稀释沥青或稀释树脂构成的碳素导热表层。

本发明所述装置进一步的技术方案还在于：所述的砂石也可由材质为镁碳质、镁铁质等的蓄热砖替代。

与现有技术相比，本发明具有的积极效果是：

一、本发明采用有碳素导热表层的砂石，可使砂石储热器的传热性能大幅度改善,减少储热器中传热管道分布的密度和输送泵的功率；

二、本发明所述技术方案也可作为500℃以上高温储热器，用于太阳能热发电；

三、本发明以砂石材料作储热材料，采用一般钢结构既可作为储热材料的容器；

四、本发明采用的砂石材料廉价易得、造价低，可大幅度降低储热工程成本。

附图说明

图1是一种有碳素导热表层的砂石储热装置的结构示意图。

图2是蓄热砖结构储热装置的结构示意图。

图中的各标号名称分别是：1－入管口，2－出管口，3－氮气瓶(或小型充氮机)，4－氮气管，5－阀门，6－传热流体介质管道，7－砂石，8－压力表，9－保温层，10－蓄热砖，11－传热管道，12－石墨粉，13－u型槽。

具体实施方式

参见附图，本发明所述的砂石储热方法是：在密闭容器储热系统的容器中填充有多块带碳素导热表层的砂石，由多层多排的传热流体介质管道连接组成的管架式换热器分布在砂石中。具体实施中，采用石墨涂料浸渍砂石,涂料固化后在砂石表层形成导热性能良好的碳素导热层；或采用稀释沥青浸渍砂石，然后加热使之碳化附着在砂石表层，从而砂石表层形成导热性能良好的碳素导热层。或采用稀释树脂浸渍砂石，然后加热使之碳化附着在砂石表层,从而砂石表面形成碳素导热层；在较短的时间内完成充热和放热，这样就可以适当的降低流体管道在储热器中分布的密度，减小管道阻力，降低动力功率,使储热工程的造价降下来。处理过的砂石制作储热器时加入一定的石墨粉填充砂石间细微的空隙，使之蓄热体更为密实。在密闭容器储热系统上部的空间内充惰性氮气体，以防止碳素层过热氧化。

本发明所述的有碳素导热表层的砂石储热装置的结构如图1所示。它具有一个壁设保温层9的密闭容器(储热器)和一个设立于密闭容器外的氮气瓶(或小型充氮机)3，在容器侧壁端开有入管口1和出管口2，在密闭容器内的砂石7中分布有由多层多排传热流体介质管道6组成的管架结构换热器，换热器的两端分别与入管口1和出管口2相通，构成管架结构换热器的各传热流体介质管道6分布在有碳素导热表层的砂石7中，在砂石间的空隙中填充有石墨粉；氮气瓶(或小型充氮机)3的出口经装有阀门5的氮气管4通入密闭容器内，用以向密闭容器空间内充惰性氮气体，以防出热氧化。在储热器的上部还装有压力表8。

作为本发明技术方案的拓展，储热装置中的储热材料也可以是蓄热砖，一般是镁碳质、镁铁质或其他材质的蓄热砖。蓄热砖密度大于砂石，比热略大于砂石，虽然造价较高，但其和相同储热负荷的储热器比较,可以把储热器的体积降下来提高储热密度。蓄热砖结构储热装置的结构如图2所示。图2中，蓄热砖10上有u型槽13,在u型槽和传热管道11之间的间隙中填充石墨粉12，以增强蓄热砖10和传热管道11之间的传热性能。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种有碳素导热表层的砂石储热方法及其装置，所述的砂石储热方法是在密闭容器储热系统中填充有表面制作有碳素导热表层的砂石，在砂石间的空隙中填充有石墨粉，所述的砂石储热装置具有一个入管口和出管口的密闭容器，在密闭容器内填充有带碳素导热表层的砂石，传热流体介质管道分布在带碳素导热表层的砂石中，在砂石间的空隙中填充有石墨粉。本发明在砂石表层制作碳素导热层,改变了砂石的导热性能,可在较短的时间内完成充热和放热，从而适当降低了流体管道在密闭容器储热系统中分布的密度,减小了管道阻力,降低了动力功率及储热工程的造价。

技术研发人员：刘绍允
受保护的技术使用者：刘绍允
技术研发日：2017.07.18
技术公布日：2017.09.29