CN104654845A - 固体粒块重力热管蓄热器 - Google Patents
固体粒块重力热管蓄热器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的是提供一种重力热管与固态粒块组成的蓄热器，包括一个含有至少三个腔体的容器，其中一个腔体为热管蒸发腔体，一个为热管冷凝腔体，一个为固体粒块腔体；至少含有两种重力热管，第一种为加热重力热管，第二种为放热重力热管，加热重力热管的蒸发端设置在蒸发腔室内，冷凝端设置在固体粒块腔体，并与固体粒块进行紧密连接，并与固体粒块的换热，放热重力热管的蒸发端设置在固体粒块腔体内，并与固体粒块进行紧密连接，并与固体粒块的换热，冷凝端设置在冷凝腔体内。本发明可以实现高温、大规模、低成本、高效率的蓄热，并适合于10-1500度的温度的蓄热。同时可以将蓄热器进行移动，到一个热能的区域，然后再进行利用。
Description
技术领域
本发明涉及热能利用，特别是利用重力热管及固体粒块实现热能储存、交换和利用。
背景技术
蓄热器是对热能进行储存的设备，现有的蓄热器为蒸汽型和液体蓄热器；
在工业节能领域，将余热进行回收并储存，通常采用相变技术进行蓄热，在低温领域采用蓄冰技术实现蓄热；
在太阳能领域，采用熔融盐蓄热，虽然熔融盐可以实现高温的储存，但是由于其需要从固态转变为液体，因而需要热能将其加热，同时熔融盐的毒性、经济型、安全性也存在问题，因而熔融盐蓄热的使用受到限制。
在太阳能领域，也采用空气或其他气体进行蓄热，但其热熔小，无法实现大规模的热能存储。
蓄能电站采用电能进行储存，特别是风电及光伏组成的电能，由于其无法实现储存，因而不得不大量的抛弃，造成大量的浪费。如果采用热能进行储存，需要具备大功率的存储能力的储存器。
发明内容
本发明的目的是提供一种重力热管与固态粒块组成的蓄热器，可以实现高温、大规模、低成本、高效率的蓄热，并适合于10-1500度的温度的蓄热，本发明采用固体粒块作为蓄热材料，将固体粒块转入到一个容器内，并通过热管进行换热，在需要热能时，再利用流体将热能进行利用。
本发明的另外目的是提供一种具备移动功能的蓄热器，可以将蓄热器进行移动，到一个热能的区域，然后再进行利用；可以应用蓄热利用以及太阳能采集，将余热或太阳能储存在蓄热器后将蓄热器进行移动，实现移动蓄热。
具体发明内容如下：
固体粒块重力热管蓄热器，包括固体粒块，固体砖块，重力热管，保温材料，壳体，保温材料等，其特征是：
一个含有至少三个腔体的容器，其中一个腔体为热管蒸发腔体，一个为热管冷凝腔体，一个为固体粒块腔体；
至少含有两种重力热管，第一种为加热重力热管，第二种为放热重力热管，加热重力热管的蒸发端设置在蒸发腔室内，冷凝端设置在固体粒块腔体，并与固体粒块进行紧密连接，并与固体粒块的换热，放热重力热管的蒸发端设置在固体粒块腔体内，并与固体粒块进行紧密连接，并与固体粒块的换热，冷凝端设置在冷凝腔体内；
在固体粒块腔体内设置有固体粒块，固体粒块与放热重力热管的蒸发段或者加热重力热管的冷凝端进行连接换热，固体粒块填充入整个固体粒块腔体内；
在热管蒸发腔体以及热管冷凝腔体上设置有流体的进出口及连接控制管件，在固体粒块腔体上设置有开口，可以将固体粒块从固体粒块腔体内放置或者取出；
在容器的外部有保温材料，保温材料的外部设置有箱体；
加热过程中，将温度高于固体粒块的高温流体从热管蒸发腔体的进口进入容器，经与重力热管换热后从出口流出，热能由重力热管传热到固体粒块腔体内并与固体粒块进行换热，流体的热能被交换到固体粒块中进行蓄热；
蓄热器可以用于在当地蓄热或被移动到需要的地区；
当需要利用蓄热器中的热能时，将温度低于固体粒块的低温流体从热管冷凝腔体的进口流入，低温流体与重力热管进行换热后吸收热能经出口流出，重力热管吸收固体粒块的热能与流体进行换热，实现热能的利用。
所述的重力热管为由多个热管壳体截面形状为环形、方形、矩形、多边形、曲边形组成的相互间距的组成的重力热管组。
重力热管的工作介质为低温-30-250度，中温250-600度，高温600-1300度，根据不同的温度使用不同的热管工作介质。
所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在额度沙粒、鹅卵石、小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状；在固体粒块上加工有凹或/和凸部位，或者在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置；两个固体粒块之间的凹或/和凸部位可以构成一个通道；用于热管的通过。
所构成的通道为柱体、多面体、菱形、抛物线体、旋转抛物线体的一种或其组合，流体可以在流道内流动并被压缩或膨胀。
在固体粒块内设置有空腔，在空腔内设置有蓄热材料。
蓄热材料为高低温-30-250度，中温250-600度，高温600-1300度，采用固液相变、液气相变、固固相变的一种或多种。
在重力热管的壳体上设置有至少一个再生管，再生管重力热管进行联通，再生管可以将重力热管的工作介质排出到重力热管壳体外部，并通过再生管可以将新的工作介质冲入到重力热管壳体内，实现重力热管的再生利用。
在重力热管的壳体上设置有至少二个再生管，再生管重力热管进行联通，利用其中一个再生管在热管腔体内充气，将原来热管工作介质排出到热管外，另外一个再生管为热管进行热管工作介质的充入。
保温材料选择些列固体粒块重力热管蓄热器：纳米微珠、硅微粉、真空层、聚氨酯、聚苯、珍珠岩、玻璃纤维、保温水泥的固体粒块重力热管蓄热器或多种；在外部保温材料外部还设置有另外的外部壳体。
采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：
1、 本发明采用固体粒块实现高温蓄热，可以实现10-1500度的热能储存，安全可靠；
2、 本发明可以实现移动蓄热，将蓄热器移动到需要的地方实现热能的采集及利用。
3、本发明可以应用于工业余热、太阳能、地热、生物质等多种应用。
附图说明
图1是固体粒块重力热管蓄热器。
图2是矩形固体粒块图。
图3是半圆形固体粒块图。
图中标号含义：
1：进口，2：出口，3：热管蒸发腔体，4：固体粒块腔体，5：热管蒸发腔体 6：热管蒸发端，7：热管冷凝端，8：腔室隔板，9：固体粒块槽道，10：固体粒块凹部分，11：热管再生腔室，12：热管再生连接管，13：加热重力热管，14：放热重力热管，15：固体粒块。
具体实施方式
实施例1、固体粒块重力热管蓄热器
图1所示的固体粒块重力热管蓄热器及固体粒块（图2、3），蓄热器有三个腔室，一个腔体为热管蒸发腔体5，一个为热管冷凝腔体3，固体粒块腔体4；
以及第一种为加热重力热管13以及第二种为放热重力热管14，加热重力热管的蒸发端设置在蒸发腔室5内，冷凝端设置在固体粒块腔体4，并与固体粒块进行紧密连接，并与固体粒块的换热，放热重力热管14的蒸发端设置在固体粒块腔体4内，并与固体粒块进行紧密连接，并与固体粒块的换热，冷凝端设置在冷凝腔体内；在固体粒块腔体内设置有固体粒块15，固体粒块与放热重力热管的蒸发段或者加热重力热管的冷凝端进行连接换热，固体粒块填充入整个固体粒块腔体内；
在热管蒸发腔体以及热管冷凝腔体上设置有流体的进出口1、2及腔室隔板8，在固体粒块腔体上设置有开口1、2，可以将固体粒块从固体粒块腔体内放置或者取出；
在容器的外部有保温材料，保温材料的外部设置有箱体；
加热过程中，将温度高于固体粒块的高温流体从热管蒸发腔体的进口进入容器，经与重力热管换热后从出口流出，热能由重力热管传热到固体粒块腔体内并与固体粒块进行换热，流体的热能被交换到固体粒块中进行蓄热；
加热过程中，将温度高于固体粒块的高温流体从热管蒸发腔体的进口进入容器，经与重力热管换热后从出口流出，热能由重力热管传热到固体粒块腔体内并与固体粒块进行换热，流体的热能被交换到固体粒块中进行蓄热；
放热过程中，将温度低于固体粒块的低流体从热管冷凝腔体的进口进入容器，经与重力热管换热后从出口流出；
如图3所示，固体粒块15加工成半圆形固体粒块，固体粒块凹部分10形成固体粒块槽道9，图1中的热管可通过槽道穿过固体粒块，已达到更好的换热效果。
当热管工作介质不能满足设定的换热效率时，打开热管再生腔室，从设置的热管再生连接管将热管内的工作介质排出，后将新的工作介质灌装到热管内部，并保持真空度进行密闭，从而实现热管的再生，保证热管的寿命可以达到30年。
根据本发明的原理及结构，可以设计其他的实施案例，只要符合本发明的原理及结构，都属于本发明的实施。
Claims (10)
1.固体粒块重力热管蓄热器，包括固体粒块，固体砖块，重力热管，保温材料，壳体等，其特征是：
一个含有至少三个腔体的容器，其中一个腔体为热管蒸发腔体，一个为热管冷凝腔体，一个为固体粒块腔体；
至少含有两种重力热管，第一种为加热重力热管，第二种为放热重力热管，加热重力热管的蒸发端设置在蒸发腔室内，冷凝端设置在固体粒块腔体，并与固体粒块进行紧密连接，并与固体粒块进行换热，放热重力热管的蒸发端设置在固体粒块腔体内，并与固体粒块进行紧密连接，并与固体粒块进行换热，冷凝端设置在冷凝腔体内；
在固体粒块腔体内设置有固体粒块，固体粒块与放热重力热管的蒸发端或者加热重力热管的冷凝端进行连接换热，固体粒块填充入整个固体粒块腔体内；
在热管蒸发腔体以及热管冷凝腔体上设置有流体的进口和出口及连接控制管件，在固体粒块腔体上设置有开口，可以将固体粒块从固体粒块腔体内放置或者取出；
在容器的外部有保温材料，保温材料的外部设置有箱体；
加热过程中，将温度高于固体粒块的高温流体从热管蒸发腔体的进口进入容器，经与重力热管换热后从出口流出，热能由重力热管传热到固体粒块腔体内并与固体粒块进行换热，流体的热能被交换到固体粒块中进行蓄热；
所述固体粒块重力热管蓄热器可以用于在当地蓄热或被移动到需要的地区；
当需要利用固体粒块重力热管蓄热器中的热能时，将温度低于固体粒块的低温流体从热管冷凝腔体的进口流入，低温流体与重力热管进行换热后吸收热能经出口流出，重力热管吸收固体粒块的热能与流体进行换热，实现热能的利用。
2.根据权利要求1所述的固体粒块重力热管蓄热器，其特征是：所述的重力热管为由多个热管壳体截面形状为环形、方形、矩形、多边形、曲边形组成的相互间距的组成的重力热管组。
3.根据权利要求1所述的固体粒块重力热管蓄热器，其特征是：重力热管的工作介质为低温-30-250度，中温250-600度，高温600-1300度，根据不同的温度使用不同的热管工作介质。
4.根据权利要求1所述的固体粒块重力热管蓄热器，其特征是：所述的固体粒块为由金属或非金属或金属与非金属的混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在额度沙粒、鹅卵石、小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状；在固体粒块上加工有凹或/和凸部位，或者在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置；两个固体粒块之间的凹或/和凸部位可以构成一个通道；用于热管的通过。
5.根据权利要求4所述的固体粒块重力热管蓄热器，其特征是：所构成的通道为柱体、多面体、菱形、抛物线体、旋转抛物线体的一种或其组合，流体可以在流道内流动并被压缩或膨胀。
6.根据权利要求1所述的固体粒块重力热管蓄热器，其特征是：在固体粒块内设置有空腔，在空腔内设置有蓄热材料。
7.根据权利要求1所述的固体粒块重力热管蓄热器，其特征是：蓄热材料为高低温-30-250度，中温250-600度，高温600-1300度，采用固液相变、液气相变、固固相变的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的固体粒块重力热管蓄热器，其特征是：在重力热管的壳体上设置有至少一个再生管，再生管重力热管进行联通，再生管可以将重力热管的工作介质排出到重力热管壳体外部，并通过再生管可以将新的工作介质冲入到重力热管壳体内，实现重力热管的再生利用。
9.根据权利要求8所述的固体粒块重力热管蓄热器，其特征是：在重力热管的壳体上设置有至少二个再生管，再生管重力热管进行联通，利用其中一个再生管在热管腔体内充气，将原来热管工作介质排出到热管外，另外一个再生管为热管进行热管工作介质的充入。
10.根据权利要求1所述的固体粒块重力热管蓄热器，其特征是：保温材料选择些列固体粒块重力热管蓄热器：纳米微珠、硅微粉、真空层、聚氨酯、聚苯、珍珠岩、玻璃纤维、保温水泥的固体粒块重力热管蓄热器或多种；在外部保温材料外部还设置有另外的外部壳体。
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