一种相变砖蓄热装置及其工作方法与流程

1.本发明属于蒸汽蓄热技术领域，具体涉及一种相变砖蓄热装置及其工作方法。


背景技术：

2.储热技术是以储热材料为媒介将太阳能光热、地热、工业余热、低品位废热等热能储存起来，在需要的时候释放；力图解决由于时间、空间或强度上的热能供给与需求间不匹配所带来的问题，最大限度地提高整个系统的能源利用率而逐渐发展起来的一种技术。储热技术具有储能容量大、储存周期长、成本低等优点，目前常用储热技术有固体蓄热、熔盐蓄热等。
3.低谷电固体蓄热设备是一种先进、高效的清洁供热产品，低谷电固体蓄热原理是将电网滞纳的低谷电能转化成热能储存起来，用于白天高峰电时供暖或供热水使用，或者利用风电将不稳定的风能蓄存起来，变成稳定的热源往外输出，属于清洁无污染产品。
4.固体蓄热设备工作原理：在蓄热体内电热丝通电发热，由电能转化为热能，通过热交换将热能存储于固体蓄热体中。主要是利用低谷电或弃风电来加热蓄热池，满足白天高峰时段的用热需求。但是此种方式是将高品位的电能转化为低品位的热能，能源利用不合理，有一定的局限性。熔盐蓄热目前使用的熔盐多为氯化盐，氯化盐价格一般都很便宜，可以制成不同熔点的混合盐，缺点是腐蚀性强，蓄热密度比较小。
5.综上，两种常见的储热方式都具有一定的缺陷，因此需要开发一种解决上述问题的装置。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种相变砖蓄热装置及其工作方法，将利用低品位热源蒸汽进行储热，并且将固体蓄热和熔盐储热相结合，既提高了能源的利用率，实现了大规模出热的应用，又避免了熔融盐腐蚀性强的缺陷。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.本发明的第一方面，提供了一种相变砖蓄热装置，包括蓄热体保温层、蓄热结构、换热风机、空间分隔板、盘管换热器、蒸汽进出口管路和水进出口管路；
9.所述蓄热结构为相变砖堆垛而成的蓄热体，并且所述蓄热体中间设置有孔洞作为空气换热流道；所述相变砖包括外壳，以及填充在所述外壳内的相变蓄热材料；
10.所述蓄热结构设置于所述蓄热体保温层之内，且所述蓄热结构的两端分别与所述蓄热体保温层之间分别设置第一预留空间和第二预留空间，第一预留空间由所述空间分隔板分隔为上通道和下通道；
11.所述盘管换热器包括风道外壳以及设置于所述风道外壳内的换热盘管；所述换热盘管的一端连接所述蒸汽进出口管路，另一端连接所述水进出口管路；所述风道外壳的第一端连通换热风机的风机进口，第二端连通换热风机的风机出口；
12.所述风道外壳、风机出口、上通道、与上通道连通的空气换热流道、第二预留空间、
与下通道连通的空气换热流道、下通道、风机进口和风道外壳组成换热循环空间。
13.作为本发明的一种可选方案，所述蓄热体保温层设置于围护结构之内。
14.作为本发明的一种可选方案，所述蓄热结构之内还设置有电加热组件，所述电加热组件位于相邻两个所述空气换热流道之间。
15.作为本发明的一种可选方案，所述相变砖的外壳为金属、陶瓷、耐火材料、石墨、碳化硅、氧化镁、氧化铝、氧化铁、氧化锆、碳纳米管、碳纤维及石墨烯中任意一种材料制成。
16.作为本发明的一种可选方案，所述相变蓄热材料为有机相变蓄热材料或无机相变蓄热材料中任意一种。
17.作为本发明的一种可选方案，所述相变砖的形状为椭球形、长方体、正方体、圆柱体、或内部中空的异形砖体结构中的任意一种。
18.作为本发明的一种可选方案，所述无机相变蓄热材料为结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等相变蓄热材料中的任意一种或组合。
19.作为本发明的一种可选方案，所述熔融盐类相变材料采用熔点低于500℃的熔融盐。
20.作为本发明的一种可选方案，所述有机相变蓄热材料为石蜡、癸酸、月桂酸、十三烷酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、月桂醇、肉豆蔻醇、十五醇、棕榈醇、硬脂醇中的任意一种或多种组合。
21.本发明的第二方面，提供了一种上述相变砖蓄热装置的工作方法，包括下列步骤：
22.蓄热过程：
23.s1：过热蒸汽通过蒸汽进出口管路进入盘管换热器，与风机入口引入的空气进行换热，产生热风通过风机出口排入空气换热流道；
24.s2：热风与蓄热结构中的相变砖发生热交换，相变砖内的相变蓄热材料发生相变，将热量储存，通过热风不断循环，完成相变砖蓄热装置的蓄热；
25.放热过程：
26.s100：冷水通过水进出口管路进入盘管换热器，与风机入口引入的空气进行换热，产生蒸汽通过蒸汽进出口管路排出；
27.s200：换热后的空气通过风机出口排出进入到空气换热流道中，通过蓄热结构的内热交换，实现相变砖蓄热装置的放热。
28.本发明的有益效果如下：
29.1)本发明提供的相变砖蓄热装置，包括蓄热体保温层、蓄热结构、换热风机、空间分隔板、盘管换热器、蒸汽进出口管路和水进出口管路；所述蓄热结构为相变砖堆垛而成的蓄热体，并且所述蓄热体中间设置有孔洞作为空气换热流道；所述相变砖包括外壳，以及填充在所述外壳内的相变蓄热材料；本发明利用低品位热源蒸汽进行储热，并且将固体蓄热和熔盐储热相结合，既提高了能源的利用率，实现了大规模出热的应用，又避免了熔融盐腐蚀性强的缺陷。
30.2)本发明提供的相变砖蓄热装置，还设置有电加热组件，能够在蒸汽储热不足时，利用电能提高储热功率，灵活性强。
附图说明
31.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
32.图1为本发明实施例相变砖蓄热装置的结构示意图。
33.图2为本发明实施例相变砖蓄热装置的剖视图。
34.图3为本发明实施例中相变砖的堆垛示意图。
35.图4为本发明实施例中相变砖的剖视图。
36.图5为本发明实施例相变砖蓄热装置的蓄热流程图。
37.图6为本发明实施例相变砖蓄热装置的放热流程图。
38.其中附图标记为：1围护结构；2蓄热体保温层；3蓄热结构；4空气换热流道；5风机进口；6风机出口；7空间分隔板；8盘管换热器；9蒸汽进出口管路；10水进出口管路；11电加热组件；12汽包；13相变砖；131外壳；132相变蓄热材料；14铁丝网；15无机粘合剂。
具体实施方式
39.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
40.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
41.如图1和2所示，本发明实施例的第一方面，提供了一种相变砖蓄热装置，包括蓄热体保温层2、蓄热结构3、换热风机、空间分隔板7、盘管换热器8、蒸汽进出口管路9和水进出口管路10；所述蓄热结构3为相变砖13堆垛而成的蓄热体，并且所述蓄热体中间设置有孔洞作为空气换热流道4；所述相变砖13包括外壳131，以及填充在所述外壳内的相变蓄热材料132；所述蓄热结构3设置于所述蓄热体保温层2之内，且所述蓄热结构3的两端分别与所述蓄热体保温层2之间分别设置第一预留空间和第二预留空间，第一预留空间由所述空间分隔板7分隔为上通道和下通道；所述盘管换热器8包括风道外壳以及设置于所述风道外壳内的换热盘管；所述换热盘管的一端连接所述蒸汽进出口管路9，另一端连接所述水进出口管路10；所述风道外壳的第一端连通换热风机的风机进口5，第二端连通换热风机的风机出口6；所述风道外壳、风机出口6、上通道、与上通道连通的空气换热流道4、第二预留空间、与下通道连通的空气换热流道4、下通道、风机进口5和风道外壳组成换热循环空间。
42.通过上述设置，本发明将过热蒸汽中的热能储存起来，利用低品位热源蒸汽进行储热，并且将固体蓄热和熔盐储热相结合，制成相变砖13，相变砖13内部填充相变材料，既提高了能源的利用率，实现了大规模出热的应用，又避免了熔融盐腐蚀性强的缺陷。
43.在其他的一些实施例中，所述蓄热体保温层2设置于围护结构1之内。换热风机的风机入口5和风机出口6均安装在所述蓄热体保温层2的外壁上，所述盘管换热器8的风道外壳独立于所述蓄热体保温层2之外，并且风道外壳与风机入口5和风机出口6均连通。
44.在一些实施例中，换热风机和风道外壳均设置于围护结构1之内。作为具体示例，换热风机选用可变频的轴流风机，能够调整运行速率，满足不同的蒸汽工况需求。
45.作为本发明的一个优选实施例，所述蓄热结构3之内还设置有电加热组件11，能够在蒸汽储热不足时，利用电加热组件进行主动电加热，加热蓄热结构中的相变砖13，进一步的提高储热功率，灵活性强。具体来说，所述电加热组件11的布置方式为：位于相邻两个所述空气换热流道4之间。
46.作为上述实施例的示例，电加热组件11可以选用电加热管或电加热片或电加热板，用来提升蓄热装置功率。
47.作为上述实施例的示例，所述相变砖13的外壳为金属、陶瓷、耐火材料、石墨、碳化硅、氧化镁、氧化铝、氧化铁、氧化锆、碳纳米管、碳纤维及石墨烯中任意一种材料制成。
48.作为上述实施例的示例，所述相变蓄热材料为有机相变蓄热材料或无机相变蓄热材料中任意一种。具体的，所述无机相变蓄热材料为结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等相变蓄热材料中的任意一种或组合。所述有机相变蓄热材料为石蜡、癸酸、月桂酸、十三烷酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、月桂醇、肉豆蔻醇、十五醇、棕榈醇、硬脂醇中的任意一种或多种组合。更具体的，所述熔融盐类相变材料采用熔点低于500℃的熔融盐。作为具体示例，熔点低于500℃的熔融盐为碳酸盐、氯化盐、硫酸盐、硝酸盐粉末的一种，或几种的混合物。进一步的具体示例中，所述碳酸盐为na2co3、k2co3、li2co3、baco3及其复合熔盐；氯化盐为nacl、mgcl2、cacl2、kcl、bacl2、licl及其复合熔盐；硫酸盐为na2so4、k2so4、mgso4、caso4及其复合熔盐；硝酸盐为nano3、kno3、lino3及其复合熔盐。
49.作为上述实施例的一种示例，所述相变砖13的形状为椭球形、长方体、正方体、圆柱体、或内部中空的异形砖体结构中的任意一种。堆垛时，将不同形状的相变砖13分别进行堆垛或者将同一形状的相变砖13进行堆垛，并且相接触的相变砖13之间通过耐高温的无机粘合剂15进行固定，无机粘合剂15选用耐高温的胶泥，能够最高耐受1500℃的高温，满足使用所需，并且上、下层的相变砖13之间使用铁丝网14隔开。通过在相变砖13堆垛时预留贯穿的通道，作为空气换热流道4来使用，用于后续的换热过程。如图3所示，为蓄热结构3中相变砖13的堆砌示意图。
50.作为本发明的一个优选实施例，还包括设置在蒸汽进出口管路9上的汽包12，用于蒸汽中的汽水分离等操作。
51.如图4和5所示，本发明实施例的第二方面，提供了一种权上述相变砖蓄热装置的工作方法，包括下列步骤：
52.蓄热过程：
53.s1：过热蒸汽通过蒸汽进出口管路9进入盘管换热器8，与风机入口5引入的空气进行换热，产生热风通过风机出口6排入空气换热流道4；
54.s2：热风与蓄热结构3中的相变砖13发生热交换，相变砖13内的相变蓄热材料发生相变，将热量储存，通过热风不断循环，完成相变砖蓄热装置的蓄热。
55.放热过程：
56.s100：冷水通过水进出口管路10进入盘管换热器8，与风机入口5引入的空气进行换热，产生蒸汽通过蒸汽进出口管路9排出；
57.s200：换热后的空气通过风机出口6排出进入到空气换热流道4中，通过蓄热结构3的内热交换，实现相变砖蓄热装置的放热。
58.通过上述步骤s1～s2，以及步骤s100～s200，实现整个相变砖蓄热装置的蓄放热
过程。
59.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。