[發明專利]一種基于相變材料的儲熱器和包括該儲熱器的移動儲熱裝置

在審

• 申請號: 201710167096.4
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106839849A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 金兆國;張靖馳;黨廣洲;張雅倩;劉斌;張天翔;雷雨
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司11609
• 代理人: 譚輝,周嬌嬌

技術領域

本發明屬于節能供熱領域，具體地涉及一種基于相變材料的儲熱器和包括該儲熱器的移動儲熱裝置。

背景技術

目前，能源問題以及所引起的環境問題成為人類生存的一個重大挑戰。目前我國工業生產過程的能耗大大高于發達國家，一個主要原因是排放的廢熱、余熱未能合理地加以回收利用。在中國，工業爐熱效率比較低，有40％～60％的熱量被高溫煙氣、高溫爐渣等帶走，回收廢熱、降低能耗對我國實現節能減排、環保發展戰略具有重要的現實意義。但廢熱的回收與其利用之間存在時間和地域性的差異，尤其是對于化工、冶煉等高耗能行業，既存在過剩熱能，自身工藝使用富裕，又存在不連續或不穩定排放的廢熱。移動式儲熱技術是有效解決這些問題的技術途徑，它是緩解能量供求雙方在時間、強度及地點上不匹配的有效方式，是合理利用能源及減輕環境污染的有效途徑。

潛熱儲熱技術利用材料在相變過程中吸熱和放熱來儲存和釋放能量，儲能密度高，所用裝置簡單，體積小，而且相變過程是一個近似恒溫過程。將相變材料應用到例如移動式儲熱車上很有發展前景。

中國專利CN205262270U公開了一種可移動式熱能儲備裝置，其包括保溫箱體、儲熱棒組、變頻循環水泵、換熱盤管、加熱分配器、供熱分配器、溫度傳感器、導熱介質和移動連接座。保溫箱體為密封的箱體，儲熱棒組設在保溫箱體內多層縱橫排列，每個儲熱棒為不銹鋼管，不銹鋼管兩端密封其內設有相變儲熱材料，保溫箱體充滿導熱介質，保溫箱體的其中一側設有換熱盤管，保溫箱體的底部設有加熱分配器，頂部設有供熱分配器。該實用新型可將熱電廠或其他如熱源廠、鋼廠、煉焦廠的余熱或廢熱進行熱回收，且無需管網，通過運輸就可供給另一地需要熱能的用戶，大大地降低了能源消耗和環境污染。但該實用新型結構復雜，當需要儲存熱能時，需要導熱介質將熱能傳遞于儲熱棒組上，儲熱棒未直接與熱源接觸，儲熱時間慢；且該實用新型采用的相變儲熱材料有兩種，一種為固—液相變儲熱材料，如氫氧化鈉，容易發生過冷和相分離現象、腐蝕性較大，另一種是固—固相變儲熱材料，如季戊四醇，價格昂貴；此外，該實用新型中的儲熱棒兩端密封，無法更換內部填充的相變儲熱材料，儲熱棒使用壽命短；另外，該可移動式熱能儲備裝置未采用良好的保溫措施，起不到良好的保溫效果，會存在相變材料吸熱相變之后所積蓄的熱量散失過快的問題。

中國專利CN103185367A公開了一種熱管式移動供熱相變儲熱裝置，其包括罐體和運輸裝置，罐體通過基座采用焊接或螺栓方式固定在運輸裝置上，罐體由橫向設置的隔板分成上下兩部分，上部為儲熱室，下部為熱源室，儲熱室與熱源室內設置有將熱源室內熱量傳遞至儲熱室內的熱管。儲熱室內設置有換熱管，換熱管的周圍填充有相變材料，熱源室是待回收熱源流體的通道，熱源室上連接有熱源流體進管和熱源流體出管。該發明專門針對煙氣、冷凝水等非潔凈高溫流體的余熱回收。但是該發明需要借助熱管將熱源室內的熱量傳遞給相變材料，與相變材料能直接與熱源充分接觸相比，儲熱效率不高，速度慢，此外，在給儲熱室內相變材料儲熱完成時，又需要拆卸儲熱管道，操作不方便，此外罐體外包覆的是普通隔熱層，同樣存在隔熱保溫效果不佳的缺陷。

中國專利CN102910104A公開了一種復合式相變儲能移動供熱車，其包括載重汽車本體和保溫車廂，在保溫車廂內設置有高、中、低溫相變儲熱器，各相變儲熱器包括機殼，在機殼內分別設置有相應的相變材料和換熱器，各相變儲熱器通過基座固定連接在車架上；高、中、低溫相變儲熱器的換熱器之間通過連接管道依次連接。該發明能實現不同溫度梯度的余熱或富余熱的回收；在放熱時，能產生不同溫度的蒸汽或熱水。該發明采用了三種復合相變材料，高溫相變材料采用糖醇類有機物與泡沫銅的復合材料，相變溫度約為205℃，相變潛熱約為250kJ/kg，導熱系數約為1.5W/m·K，中溫相變材料采用有機酸與泡沫銅的復合材料，相變溫度約為135℃，相變潛熱約為210kJ/kg，導熱系數約2.5W/m·K，低溫相變材料采用石蠟與泡沫銅的復合材料，相變溫度約為60℃，相變潛熱約為180kJ/kg，導熱系數約為3.2W/m·K，但是該發明采用的三種復合相變材料的導熱系數固定并且不大；該發明中，熱源流體與自來水用的是換熱器中的同一管道，由于熱源流體一般為廢水、廢氣，容易污染換熱器的管道，會使生活用水或其它用水存在安全隱患；該發明每個相變儲熱器以及布設在車廂內的連接管道(道)均采用保溫措施，保溫層底層采用耐高溫的巖棉、玻璃棉氈、陶瓷纖維等材料，保溫最外層采用聚氨酯發泡材料。保溫車廂的內壁也采用聚氨酯發泡隔熱，但這些材料的保溫效果都不如氣凝膠隔熱材料，相對于這些材料，氣凝膠隔熱材料具有顯著優越的隔熱性能。