[發明專利]一種基于相變儲熱單元的模塊化梯級儲熱裝置及其方法

有效

• 申請號: 201710196922.8
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN106839850B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 陸建峰;黃成龍;丁靜;王維龍;吳謹巧
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 劉巧霞

1.一種基于相變儲熱單元的模塊化梯級儲熱裝置，其特征在于，包括裝置本體、保溫系統、相變儲熱單元堆積系統和輸入輸出系統，保溫系統設置在裝置本體外側，輸入輸出系統分別設置在裝置本體的上端與下端；所述相變儲熱單元堆積系統放置在裝置本體內，包括若干個相變儲熱單元，相變儲熱單元底部有支撐架支撐以形成換熱工質的水平流動通道，相變儲熱單元在裝置本體內按照其內部相變材料熔點高低梯級分布；所述相變儲熱單元分為主體相變儲熱單元和邊界相變儲熱單元兩種類型，相變儲熱單元堆積系統由上述兩種類型的單元組合排列堆積而成；主體相變儲熱單元包含1個固體儲熱模塊和2個相變儲熱模塊；邊界相變儲熱單元包含1個固體儲熱模塊和1個相變儲熱模塊；兩種儲熱單元底部皆有支撐架支撐以形成流體的水平流動通道；

所述保溫系統包括溫控系統、保溫層、輔助加熱裝置，所述保溫層設置在裝置本體外側，溫控系統包括控制器以及若干個用于檢測當前保溫層溫度的溫控傳感器，所述輔助加熱裝置與控制器相連。

2.根據權利要求1所述的基于相變儲熱單元的模塊化梯級儲熱裝置，其特征在于，每個所述相變儲熱單元包括相變儲熱模塊以及固體儲熱模塊，所述相變儲熱模塊包括相變儲熱內殼，內殼內填充有相變材料，固體儲熱模塊采用固體儲熱材料，固體儲熱模塊包裹在相變儲熱內殼外側，且固定在所述支撐架上。

3.根據權利要求1所述的基于相變儲熱單元的模塊化梯級儲熱裝置，其特征在于，所述裝置本體包括殼體、均流裝置，殼體為長方體或柱體結構，殼體外部上下兩端分別通過管道與輸入輸出系統相連；均流裝置內嵌在殼體內部上下兩端，與相變儲熱單元堆積系統通過法蘭進行連接，連接處使用密封圈進行密封，所述均流裝置用于使進入殼體內的換熱工質均勻分布。

4.根據權利要求3所述的基于相變儲熱單元的模塊化梯級儲熱裝置，其特征在于，所述均流裝置是由管徑大小相同、平行排列的管束組成，從入口的視角看上去呈蜂窩狀，錐形處的管徑按照殼體同樣比例增大。

5.根據權利要求2所述的基于相變儲熱單元的模塊化梯級儲熱裝置，其特征在于，所述相變材料采用潛熱熔鹽儲熱介質。

6.根據權利要求2所述的基于相變儲熱單元的模塊化梯級儲熱裝置，其特征在于，所述固體儲熱材料采用各類陶瓷坯料。

7.一種基于權利要求1-6任一項所述的模塊化梯級儲熱裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)儲熱階段：在儲熱過程開始時，高溫換熱工質輸入相變儲熱單元內部相變材料熔點高的一端，然后通過裝置本體內的水平流動通道依次向熔點低的一端流動，最后從相變儲熱單元內部相變材料熔點最低的一端流出；經過外部裝置加熱后繼續執行上述循環，直到儲熱過程結束；

(2)放熱階段：在放熱過程開始時，低溫換熱工質輸入相變儲熱單元內部相變材料熔點低的一端，然后通過裝置本體內的水平流動通道依次向熔點高的一端流動，最后從相變儲熱單元內部相變材料熔點最高的一端流出；經過外部裝置放熱后繼續執行上述循環，直到放熱過程結束。