專利名稱：分離式真空管-套管組合高溫儲熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種分離式真空管-套 管組合高溫儲熱器。
背景技術(shù)：
近年來由于社會經(jīng)濟快速的發(fā)展，使得人們對能源的節(jié)約利用和可再生能源技術(shù) 的開發(fā)利用日益重視。在各種形式的能源利用中以熱形式存在的占據(jù)著相當(dāng)?shù)谋戎兀热?加熱制冷。但是由于各種原因，如環(huán)境本身的日夜更替潮起潮落造成太陽能、潮汐能的大幅 波動，或是人們生產(chǎn)生活本身的特點造成的用電會有谷峰谷底，所以經(jīng)常會產(chǎn)生我們剛剛 生產(chǎn)出來的可利用的熱資源卻超出了我們當(dāng)時用度，最終只好白白浪費掉。于是儲熱技術(shù) 的發(fā)展日新月異，目前儲熱技術(shù)多集中于低溫生活用和高溫發(fā)電用，但在100度至200度區(qū) 間的儲熱應(yīng)用寥寥無幾。而且絕大多數(shù)都是采用的固液相變儲熱，由于固液相變本身的特 點決定的過冷度大，相分離，腐蝕性高等缺點造成長時間使用后性能下降明顯穩(wěn)定性差。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN201032291記載了一種太陽能儲 熱單元及其構(gòu)成的整體式太陽能熱水器，其特征在于包括真空集熱管和儲熱組件，儲熱組 件設(shè)置在真空集熱管內(nèi)，儲熱組件又包括封閉管、進水管和出水管。因為其儲熱介質(zhì)為水， 所以無法保證恒定溫度的輸出。進一步檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN201327216記載了一種復(fù)合能源太陽能相變 蓄熱供熱裝置，其主要含有太陽能集熱管、相變蓄熱體，特點是相變蓄熱體置于太陽能集熱 管內(nèi)，出水支管置于相變蓄熱體中，進水支管置于出水支管內(nèi)。雖然其相變蓄熱體置于太陽 能集熱管內(nèi)，實現(xiàn)了太陽能集熱供熱裝置無水箱化。但是其所采用的是低溫固液相變材料， 無法產(chǎn)生應(yīng)用于工業(yè)要求的高溫蒸汽。而且固液相變材料存在本身的相分離，過冷度大等 缺點，使其熱轉(zhuǎn)換效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種分離式真空管_套管組合高溫儲 熱器，可穩(wěn)定的提供用于太陽能熱發(fā)電、太陽能空凋和工業(yè)蒸汽等各種工業(yè)用途的高溫空 氣或水蒸氣。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，核心思想就是將高溫固固儲熱材料通過一定的工藝加工成 圓環(huán)型狀緊套在傳熱套管上降低其傳熱熱阻，提高熱利用率。再將其置于真空玻璃真空管 中保溫，玻璃真空管的外壁包覆一層鋁箔降低輻射散熱。儲熱能力則可實現(xiàn)隨著天氣變化 而晴蓄陰放。系統(tǒng)穩(wěn)定且能耐壓，通過選擇不同的儲熱材料，工質(zhì)出口溫度可穩(wěn)定持續(xù)在 120度到190°C之間的某一特定溫度區(qū)間。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括若干根玻璃真空管、傳熱套管、 高溫固固儲熱材料、鏡面鋁箔、保溫材料、泡沫塑料支架和鋼板箱，其中若干根玻璃真空管 位于鋼板箱內(nèi)且其間分別設(shè)有泡沫塑料支架和保溫材料，傳熱套管位于每一根玻璃真空管 內(nèi)且其間套接有高溫固固儲熱材料，鏡面鋁箔包覆于玻璃真空管的外部。
所述的玻璃真空管的上端部和傳熱套管管壁之間設(shè)有保溫塞進行密封。所述的傳熱套管由若干不同直徑的銅管內(nèi)外嵌套設(shè)置組成。所述的鏡面鋁箔起到降低輻射換熱的作用。所述的保溫材料由玻璃纖維保溫棉制成，起到降低玻璃真空管向外界的傳熱熱 損。所述的泡沫塑料支架采用耐高溫聚氨酯發(fā)泡塑料制成，其高度方向設(shè)有半沉孔用 以支撐和固定玻璃真空管。所述的鋼板箱為長方體結(jié)構(gòu)，具體為用以放置和保護真空玻璃真空管和保溫材料 的殼體裝置。所述的儲熱材料是由加工成型后的固固相變儲熱材料(例如；季戊四醇(PE))構(gòu) 成。目前的儲熱材料主要為兩類，一類為固液相變儲熱材料，一類為固固相變儲熱材料。由 于考慮到固液相變材料的過冷度大，相分離，體積變化率大，腐蝕性高等缺點，本發(fā)明決定 采用固固相變儲熱材料作為儲能的手段。目前研究較多的為交聯(lián)高密度聚乙烯，層狀鈣鈦 礦和多元醇，而應(yīng)用得比較多的是多元醇。表1列出的為部分高溫相變材料的屬性表。表 1 本發(fā)明應(yīng)用對象為100度以上的工業(yè)用高溫蒸汽為流動介質(zhì)的儲熱和放熱過程。 PE季戊四醇和TAM三羥甲基氨基甲烷都是合適的固固儲熱材料。而在實際應(yīng)用中儲熱原材 料多為顆粒狀，為了提高儲熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，同時也為了降低儲熱材料在相變時的過冷 度。采取將大約比例的1000目的石墨粉末與儲熱材料混合均勻，然后經(jīng)過高溫加工成 型使混合物宏觀狀態(tài)由顆粒狀變成了 一個整體。其整體導(dǎo)熱率比顆粒狀態(tài)時大為提高。本發(fā)明工作過程如下，工質(zhì)從入口管進入進口腔，進口腔是一個金屬圓管，它套在 套管外管外面并和外管焊接固定，工質(zhì)從進口腔中進入套管外管，經(jīng)過對流換熱后進入套 管內(nèi)管流出。若工質(zhì)溫度超過儲熱材料的相變溫度，其熱能就會經(jīng)過對流換熱傳導(dǎo)給儲能 材料并通過相變的形式儲存下來。反之儲熱材料就會發(fā)生相反的相變反應(yīng)，從而熱能就會 由儲熱材料通過對流換熱傳導(dǎo)給工質(zhì)。所以通過儲熱材料的蓄熱放熱可以實現(xiàn)流動工質(zhì)的 穩(wěn)定溫度輸出。實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)儲熱材料蓄熱完畢后，單獨一根集熱管可以在失去太陽輻射的 情況下保持5h以上的50W功率持續(xù)輸出的狀態(tài)。數(shù)根儲熱管連接組成的儲熱裝置可以實 現(xiàn)連續(xù)24小時的穩(wěn)定輸出。這樣在太陽輻射強度變?nèi)趸蚴且雇淼臅r候，儲熱材料將儲存的 能量釋放出來可以維持整個系統(tǒng)的不停歇運作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的有益效果對工質(zhì)進行加熱的組件包括玻璃 真空管、儲熱材料，傳熱套管，保溫材料幾個主要部分，結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)保、低價和可靠性好。一體成型化的儲熱材料比顆粒狀的具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)和更小的過冷度。儲熱材料置于真空 集熱管內(nèi)再輔以鋁箔和保溫材料具有非常優(yōu)秀的隔熱保溫效果。


圖1是儲熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是儲熱材料外形示意圖。圖3是分離式真空管_套管式高溫儲熱器總體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。如圖1至圖3所示，本實施例包括若干根玻璃真空管1、傳熱套管2、高溫固固儲 熱材料3、鏡面鋁箔4、保溫材料5、泡沫塑料支架6和鋼板箱7，其中若干根玻璃真空管1 位于鋼板箱7內(nèi)且其間分別設(shè)有泡沫塑料支架6和保溫材料5，傳熱套管2位于每一根玻璃 真空管1內(nèi)且其間套接有高溫固固儲熱材料3，鏡面鋁箔4包覆于玻璃真空管1的外部。所述的傳熱套管2包括彈性波紋肋板8、外套管9和內(nèi)套管10，其中外套管9的 頂部焊接井字形鋼架，內(nèi)套管10與井字形鋼架焊接在一起，傳熱套管2外管和傳熱套管2 內(nèi)管之間設(shè)有彈性波紋肋板8。所述的外套管9與玻璃真空管1之間設(shè)有彈簧支持卡11，外套管9緊套高溫固固 儲熱材料3所述的玻璃真空管1的上端部和傳熱套管2管壁之間設(shè)有保溫塞12進行密封。所述的傳熱套管2由若干不同直徑的銅管13內(nèi)外嵌套設(shè)置組成。所述的保溫材料5由玻璃纖維保溫棉制成。所述的泡沫塑料支架6采用耐高溫聚氨酯發(fā)泡塑料制成，其高度方向設(shè)有半沉孔 14用以支撐和固定玻璃真空管1。所述的鋼板箱7為長方體結(jié)構(gòu)，具體為用以放置和保護真空玻璃真空管1和保溫 材料5的殼體裝置。所述的玻璃真空管1由雙層玻璃熔融密封后抽真空制成，其內(nèi)部為真空夾層，真 空夾層底部設(shè)有彈簧支撐卡。如圖2所示，經(jīng)過熱加工后呈環(huán)形狀的高溫固固儲熱材料3，其內(nèi)部混有左右 的石墨粉末，可以降低過冷度和提高導(dǎo)熱系數(shù)。其內(nèi)徑略微小于套管外徑，通過熱脹冷縮的 方式套在套管的外管上。如圖3所示，為數(shù)個儲熱管組件連接后的裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖，工質(zhì)通過進口管 進入到套管中最后由出口流出，儲熱管通過連接管相連通并放置于一個鋼板箱7中。其中 聚氨酯泡沫塑料起到固定保護作用，在玻璃真空管1外面是一層鏡面鋁箔4，玻璃真空管1 之間的空間填充著玻璃纖維保溫棉。本實施例中的太陽能真空管_套管組合式高溫儲熱器，可提供用于太陽能熱發(fā) 電、太陽能空凋和工業(yè)蒸汽等各種工業(yè)用途。太陽能熱利用率高，通過采用不同的高溫蓄熱材料，能將工質(zhì)集熱溫度穩(wěn)定的保持在120°C -190°C之間。本裝置通過將儲熱材料PE由 工業(yè)常見的顆粒狀加工成圓環(huán)狀，極大的提高了儲熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)由0. 147W/ m2/K提高到0. 91W/m2/K，儲熱效率大幅提高。同時在加工過程中摻雜左右的石墨顆粒 作為相變核心可以有效的降低傳熱材料相變過冷度。
權(quán)利要求
一種分離式真空管 套管組合高溫儲熱器，包括若干根玻璃真空管、傳熱套管、高溫固固儲熱材料、鏡面鋁箔、保溫材料、泡沫塑料支架和鋼板箱，其特征在于若干根玻璃真空管位于鋼板箱內(nèi)且其間分別設(shè)有泡沫塑料支架和保溫材料，傳熱套管位于每一根玻璃真空管內(nèi)且其間套接有高溫固固儲熱材料，鏡面鋁箔包覆于玻璃真空管的外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離式真空管_套管組合高溫儲熱器，其特征是，所述的傳熱 套管包括彈性波紋肋板、外套管和內(nèi)套管，其中外套管的頂部焊接井字形鋼架，內(nèi)套管 與井字形鋼架焊接在一起，傳熱套管外管和傳熱套管內(nèi)管之間設(shè)有彈性波紋肋板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離式真空管_套管組合高溫儲熱器，其特征是，所述的外套 管與玻璃真空管之間設(shè)有彈簧支持卡，外套管緊套高溫固固儲熱材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離式真空管_套管組合高溫儲熱器，其特征是，所述的玻璃 真空管的上端部和傳熱套管管壁之間設(shè)有保溫塞進行密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離式真空管_套管組合高溫儲熱器，其特征是，所述的傳熱 套管由若干不同直徑的銅管內(nèi)外嵌套設(shè)置組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離式真空管_套管組合高溫儲熱器，其特征是，所述的保溫 材料由玻璃纖維保溫棉制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離式真空管_套管組合高溫儲熱器，其特征是，所述的泡沫 塑料支架采用耐高溫聚氨酯發(fā)泡塑料制成，其高度方向設(shè)有半沉孔用以支撐和固定玻璃真 空管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離式真空管_套管組合高溫儲熱器，其特征是，所述的鋼板 箱為長方體結(jié)構(gòu)，具體為用以放置和保護真空玻璃真空管和保溫材料的殼體裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離式真空管_套管組合高溫儲熱器，其特征是，所述的玻璃 真空管由雙層玻璃熔融密封后抽真空制成，其內(nèi)部為真空夾層，真空夾層底部設(shè)有彈簧支 撐卡。
全文摘要
一種太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域的分離式真空管-套管組合高溫儲熱器，包括若干根玻璃真空管、保溫塞、傳熱套管、高溫固固儲熱材料、鏡面鋁箔、保溫材料、泡沫塑料支架和鋼板箱，其中若干根玻璃真空管位于鋼板箱內(nèi)且其間分別設(shè)有泡沫塑料支架和保溫材料，傳熱套管位于每一根玻璃真空管內(nèi)且其間套接有高溫固固儲熱材料，鏡面鋁箔包覆于玻璃真空管的外部。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定且能耐壓，通過選擇不同的儲熱材料，工質(zhì)出口溫度可穩(wěn)定持續(xù)在120度到190℃之間的某一特定溫度區(qū)間。
文檔編號F24J2/48GK101893339SQ201010266928
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者劉振華, 宋斌, 肖紅升, 趙峰 申請人:上海交通大學(xué);江蘇桑夏太陽能產(chǎn)業(yè)有限公司