CN101135543A - 一种利用混凝土的高温储热器及储热方法 - Google Patents

一种利用混凝土的高温储热器及储热方法 Download PDF

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Abstract

一种使用混凝土的高温储热器及其储热方法，其换热管道(6)埋置于混凝土储热块(1)中，管的外壁有换热肋片(5)，阀门(11)装在冷流体入口(10)处，冷流体池(13)另一端有冷流体出口(12)，阀门(7)装在热流体入口(8)处，热流体池(14)另一端是热流体出口(9)。利用混凝土储热块和换热管道间的温度差异进行热的交换，本结构充分利用混凝土的特征，没有腐蚀和冻结的问题。

Description

一种利用混凝土的高温储热器及储热方法
技术领域
本发明涉及一种使用混凝土的高温储热器及其储热方法，系将换热器管道埋置于混凝土构件，由于温度差进行换热，可应用于太阳能发电，属于太阳能利用的领域。
背景技术
目前有显热、潜热和化学能三种储热方式。显热储热技术最简单和最成熟，应用较广。常用的显热储热材料有水、油、砖石和水泥等。潜热储热又称为相变储热，是利用材料在相变时吸收或者释放潜热来储热和放热的，在相变过程中材料处于恒温，是目前应用最广、研究最多的储热方式。化学能储热比显热和潜热储热的热流密度大，且可以长期储存，但由于技术较为复杂，成本高，工业上尚无应用。太阳能热发电中的储热材料有熔盐(KNO3、NaNO3或二者的混合物)、铁矿石、导热油和岩石等。熔盐存在着一个非常明显的缺陷是有较强的腐蚀性以及在熔融点下的冻结，这对热交换器管道及其他附属设施具有非常强的破坏行为，会降低***安全稳定性能。铁矿石由于其堆积松散，不利于储热和放热过程，热效率较低。导热油和岩石混合储热***由于油的沸点限制，无法做到高温存储。
发明内容
本发明的目的是提供一种光管换热器、肋片式换热器、肋片式重力热管换热器和有吸液芯的肋片式热管换热器，它可以克服上述的缺点，换热管安置在混凝土储热块中，利用其温度差进行热交换，另外充分发挥混凝土的特征。
本发明是这样实现的，其换热器有光管换热器、肋片式换热器、重力热管换热器和含有吸液芯的热管换热器。重力热管(6)埋置于混凝土储热块(1)中，管的外壁有换热肋片(5)，阀门(11)装在冷流体入口(10)处，冷流体池(13)另一端有冷流体出口(12)，阀门(7)装在热流体入口(8)处，热流体池(14)另一端是热流体出口(9)。
流体由流体入口(3)流入光管换热器(2)，管内流体与混凝土储热块(1)换热，后从流体出口(4)流出。
流体由流体入口(3)流入光管换热器(2)，管的外壁有换热肋片(5)，管内流体与混凝土储热块(1)换热，后从流体出口(4)流出。
含有吸液芯的热管(15)埋置于混凝土储热块(1)中，管的外壁有换热肋片(5)，阀门(11)装在冷流体入口(10)处，冷流体池(13)另一端有冷流体出口(12)，阀门(7)装在热流体入口(8)处，热流体池(14)另一端是热流体出口(9)。
混凝土储热块选用的耐高温混凝土密度为2.8-3.2g/cm3，定压比热为910-1100J/K/kg，导热系数为1.2-2.0W/m/K(室温25℃)，耐火度400-1000℃，存储温度从300℃到600℃。
混凝土储热块外部可以添加保温材料或埋于地下。
本发明的优点是采用耐高温的混凝土作为储热材料，充分利用其储热容量大、造价低及高温性能稳定的特点。另外，没有腐蚀和凝固冻结等问题，传热性能也优于堆积状的固体储热器。
附图说明
图1带有光管换热器的混凝土储热器示意图
图2带有肋片式换热器的混凝土储热器示意图
图3带有重力热管换热器的混凝土储热器示意图
图4带有吸液芯热管换热器的混凝土储热器示意图
1混凝土储热块2光管换热器管道3流体入口4流体出口
5肋片  6重力热管  7热流体侧阀门  8热流体入口  9热流体出口  10冷流体入口  11冷流体侧阀门  12冷流体出口  13冷流体池  14热流体池  15有吸液芯的热管
具体实施方式
由图1，混凝土储热块(1)选用混凝土材料，其密度为2.98g/cm3，定压比热为970J/K/kg，导热系数为1.75W/m/K(室温25℃)，耐火度1000℃，取存储温度从300 ℃升至600 ℃，混凝土储热块的尺寸为1m×1m×1.5m，存储热能为361.325kWh，单位体积总存储热量可达240.8kWh/m3。换热器管道(2)采用金属管或非金属管，管的内外壁面保持光滑，管道(2)埋于混凝土储热块(1)中，并保持合适的距离，管道(2)一端为流体入口(3)，另一端为流体出口(4)。当混凝土储热块(1)充热时，高温流体从入口(3)流入，从另一端流体出口(4)流出，完成了热量的存储过程，从流体入口(3)流入的流体温度低于混凝土储热块(1)，经与混凝土换热以后，从流体出口(4)流出，这样完成了放热过程。放热时流入和流出的流体是不同的，流入的是液体，流出的可以是蒸汽或者两相状态，通常换热的流体是水。
由图2，换热管(2)外壁面带有截面形状不同、尺寸各异的强化换热肋片(5)，其余与图1相似，充热和放热过程也相似。
由图3，混凝土储热块(1)中埋入重力热管(6)，管的外壁面上有换热肋(5)，阀门(11)装在冷流体入口处，冷流体池(13)另一端是冷流体出口(12)，阀门(7)装在热流体入口(8)处，热流体池(14)另一端是热流体出口(9)，混凝土储热块充热时，关闭阀门(11)，开启阀门(7)，高温流体由热流体入口(8)流入热流体池(14)，重力热管(6)开始工作，浸入热流体池(13)中的一端是蒸发段，而混凝土储热块(1)是热管的冷凝段，完成充热，辅以保温装置，可以实现热量存储；混凝土储热块(1)放热时，关闭阀门(7)，开启阀门(11)，低温流体经冷流体入口(10)流入冷流体池(13)，重力热管开始工作，埋入混凝土内部分为热管的蒸发段，而浸入冷流体池(13)中的热管部分是冷凝段，由此完成了混凝土储热块(1)的放热。放热时流入和流出的流体可以不是同相的。
由图4，混凝土储热块(1)中埋入有吸液芯的热管(15)，管的外壁面上有换热肋(5)。混凝土储热块(1)充热时，关闭阀门(11)，开启阀门(7)，高温流体流入热流体池(14)，有吸液芯的热管(15)开始工作，浸入热流体池(14)中的热管部分作为蒸发段，混凝土储热块(1)作为热管的冷凝段，完成充热，辅以保温装置，可以完成热量存储；混凝土放出热量时，关闭阀门(7)，开启阀门(11)，低温流体流入冷流体池，有吸液芯的热管(15)开始工作，埋入混凝土内部分为热管蒸发段，浸入冷流体池内热管部分为冷凝段，完成混凝土块的放热。放热时流入和流出的流体可以不是同相的。

Claims (6)

1.一种使用混凝土的高温储热器及其储热方法，其特征是：本高温储热器的换热器，重力热管(6)埋置于混凝土储热块(1)中，管的外壁有换热肋片(5)，阀门(11)装在冷流体入口(10)处，冷流体池(13)另一端有冷流体出口(12)，阀门(7)装在热流体入口(8)处，热流体池(14)另一端是热流体出口(9)。
2.按照权利要求1的储热器的储热方法，其特征是：流体由流体入口(3)流入光管换热管道(2)，管内流体与混凝土储热块(1)换热。
3.按照权利要求1的储热器的储热方法，其特征是：流体由流体入口(3)流入换热管道(2)，管的外壁有换热肋片(5)，管内流体与混凝土储热块(1)换热。
4.按照权利要求1的储热器的储热方法，其特征是：本高温储热器的换热器，有吸液芯的热管(15)埋置于混凝士储热块(1)中，管的外壁有换热肋片(5)，阀门(11)装在冷流体入口(10)处，冷流体池(13)另一端有冷流体出口(12)，阀门(7)装在热流体入口(8)处，热流体池(14)另一端是热流体出口(9)。
5.根据权利要求1所述的储热器，其特征是混凝土储热块选用的耐高温混凝土密度为2.8-3.2g/cm3，定压比热为910-1100J/K/kg，导热系数为1.2-2.0W/m/K(室温25℃)，耐火度400-1000℃，存储温度从300℃到600℃。
6.根据权利要求1所述的储热器，其特征是混凝土储热块外部可以添加保温材料或埋于地下。
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