本發(fā)明屬于節(jié)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(huán)境問題成為人類生存的一個重大挑戰(zhàn)。目前我國工業(yè)生產(chǎn)過程的能耗大大高于發(fā)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(yè)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(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的現(xiàn)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(yè)，既存在過剩熱能，自身工藝使用富裕，又存在不連續(xù)或不穩(wěn)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(huán)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(fā)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(huán)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(nèi)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(nèi)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(wǎng)，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(huán)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(fā)生過冷和相分離現(xiàn)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(nèi)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(nèi)設置有將熱源室內(nèi)熱量傳遞至儲熱室內(nèi)的熱管。儲熱室內(nèi)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(fā)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(fā)明需要借助熱管將熱源室內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(fā)明能實現(xiàn)不同溫度梯度的余熱或富余熱的回收；在放熱時，能產(chǎn)生不同溫度的蒸汽或熱水。該發(fā)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(shù)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(shù)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(shù)約為3.2W/m·K，但是該發(fā)明采用的三種復合相變材料的導熱系數(shù)固定并且不大；該發(fā)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(fā)明每個相變儲熱器以及布設在車廂內(nèi)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(fā)泡材料。保溫車廂的內(nèi)壁也采用聚氨酯發(fā)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(yōu)越的隔熱性能。

曾有提議采用氫氧化鋇作為相變儲熱介質，但是氫氧化鋇存在毒性大、過冷、循環(huán)穩(wěn)定性差、相變分離以及儲熱裝置報廢后回收困難等問題。

此外，上述現(xiàn)有技術中還存在安裝或者拆卸儲熱裝置麻煩、操作不靈活方面的不足。

因此，需要提供一種能夠克服現(xiàn)有技術所存在的上述問題的基于相變材料的儲熱器或可移動式儲熱裝置。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決一個或多個上述問題，本發(fā)明提供了一種基于相變材料的儲熱器或移動儲熱裝置。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

1、一種儲熱器，所述儲熱器包括：

外殼；

導熱相變材料，所述導熱相變材料包含相變材料和導熱填料并且填充在所述外殼中；和

換熱器，所述換熱器位于所述外殼內(nèi)部，包括兩個端部各自獨立地穿過所述外殼的用于加熱流體的加熱流體管道，所述加熱流體管道具有加熱流體管道出口和加熱流體管道入口，并且所述加熱流體管道出口和所述加熱流體管道入口設置在所述外殼的外側。

2、根據(jù)技術方案1所述的儲熱器，所述導熱相變材料至少填充至所述外殼的容積的至少50％，優(yōu)選至少60％，更優(yōu)選至少70％，進一步優(yōu)選至少80％。

3、根據(jù)技術方案1或2所述的儲熱器，所述相變材料選自由木糖醇、赤藻糖醇、熔點為60～90℃的烷烴型石蠟、分子量為500～5000的聚乙烯、分子量為800～20000的聚乙二醇、碳原子數(shù)為18至50的高級脂肪醇組成的組；所述相變材料選自由熔點為60～90℃的烷烴型石蠟、熔點為120℃的赤藻糖醇組成的組；更優(yōu)選的是，所述相變材料為赤藻糖醇。

4、根據(jù)技術方案1至3中任一項所述的儲熱器，所述導熱填料選自由鋁粉、銅粉、石墨粉、納米氮化鋁、導熱碳纖維、石墨烯、膨脹石墨組成的組；優(yōu)選的是，所述導熱填料選自由導熱碳纖維、石墨烯、膨脹石墨組成的組；更優(yōu)選的是，所述導熱填料為膨脹石墨；和/或所述導熱填料以所述導熱相變材料的總重量計為5重量％至30重量％，優(yōu)選為10重量％至20重量％。

5、根據(jù)技術方案1至4中任一項所述的儲熱器，所述外殼包括內(nèi)壁層、外壁層和位于所述內(nèi)壁層和所述外壁層之間的由保溫材料形成的保溫層，所述保溫材料選自由聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫、玻璃棉、巖棉、氣凝膠隔熱材料組成的組，優(yōu)選所述保溫材料選自由聚氨酯泡沫、玻璃棉、氣凝膠隔熱材料組成的組，更優(yōu)選所述保溫材料為氣凝膠隔熱材料；和/或所述保溫層的厚度為10～50mm，優(yōu)選為20～30mm。

6、根據(jù)技術方案1至5中任一項所述的儲熱器，所述換熱器還包括兩個端部各自獨立地穿過所述外殼的用于受熱流體的受熱流體管道，所述受熱流體管道具有受熱流體管道出口和受熱流體管道入口，所述受熱流體管道出口和所述受熱流體管道入口設置在所述外殼的外側；優(yōu)選的是，所述加熱流體管道和所述受熱流體管道為平行布置，并且所述加熱流體管道和所述受熱流體管道之間留有間隙。

7、根據(jù)技術方案1至6中任一項所述的儲熱器，所述儲熱器的內(nèi)部配置有溫度傳感器和壓力傳感器；和/或所述儲熱器的上部設有進料管，該進料管上連接有第一閥門；和/或所述儲熱器的下部設有出料管，該出料管上連接有第二閥門；和/或所述加熱流體管道入口配置有第三閥門、流量計、溫度傳感器和壓力傳感器，所述加熱流體管道出口上配置有第四閥門、溫度傳感器和壓力傳感器；和/或所述受熱流體管道入口配置有第五閥門，所述受熱流體管道出口配置有第六閥門和溫度傳感器；和/或所述加熱流體為蒸汽、熱水或者煙氣；和/或所述受熱流體為溫度低于所述加熱流體的水。

8、根據(jù)技術方案1至7中任一項所述的儲熱器，所述換熱器為換熱盤管，優(yōu)選的是，所述換熱盤管為螺管式管道、回形管式管道或螺旋板式管道，所述換熱盤管的外部與導熱相變材料接觸，所述換熱盤管的內(nèi)部為流動介質；和/或所述換熱盤管的材質選自由不銹鋼、鋁合金、銅組成的組。

9、一種移動儲熱裝置，所述移動儲熱裝置：技術方案1至8中任一項所述的儲熱器；和運輸裝置；其中，所述儲熱器可操作地固定于所述運輸裝置上；優(yōu)選的是，所述運輸裝置為全掛牽引車或半掛牽引車；和/或所述運輸裝置還包括儲熱器自動裝卸機構。

10、根據(jù)技術方案9所述的移動儲熱裝置，所述儲熱裝置還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)實時顯示或實時監(jiān)控選自流量、溫度、壓力、儲熱量、GPS定位、行駛速度和/或運行里程；和/或所述控制系統(tǒng)顯示和監(jiān)控的信息內(nèi)容可實時地傳回運營中心調(diào)度室。

本發(fā)明的上述技術方案至少具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明的移動儲熱裝置結構簡單、容易制造、操作方便。

(2)本發(fā)明的移動儲熱裝置的儲熱器外殼內(nèi)直接填充大量的高性能相變材料作為儲熱介質，單位空間可填充的儲熱介質量大，儲熱能力高，屬于熱源端與客戶端的熱量傳遞而非介質傳遞，優(yōu)于現(xiàn)有公開的各種以熱源端的水介質或填充有少量相變材料的移動儲熱裝置。

(3)本發(fā)明能夠高效儲熱，本發(fā)明儲熱器內(nèi)部填充高效儲熱的導熱相變材料，相變溫度可調(diào)(60℃至130℃)、相變潛熱高(180kJ/kg～340kJ/kg)、導熱率高、循環(huán)穩(wěn)定性好，更重要的是，由于混合或復合了導熱填料，使得本發(fā)明中的導熱相變材料熱導率高且可調(diào)節(jié)(1W/m·K至20W/m·K)，能夠高效儲熱。

(4)本發(fā)明能夠高效保溫，本發(fā)明儲熱器的外殼為含有保溫材料的夾層結構，保溫效果好，且保溫材料如果采用氣凝膠隔熱材料，由于氣凝膠隔熱材料熱導率低，隔熱性能優(yōu)異，隔熱效果更好，起到對儲熱器儲存熱量長時間高效保溫的作用，能夠較長時間保持溫度，有效避免了儲熱器中導熱相變材料吸熱相變之后所積蓄的熱量散失過快的問題。

(5)本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式能夠實現(xiàn)實時監(jiān)控和后臺監(jiān)控，本發(fā)明通過控制系統(tǒng)，可實時監(jiān)控儲熱器的儲熱狀態(tài)；本發(fā)明中的控制系統(tǒng)能顯示和監(jiān)控溫度、入口流量、壓力、儲熱量、GPS定位、行駛速度和/或運行里程等信息內(nèi)容，同時通過控制系統(tǒng)可以將這些信息內(nèi)容實時傳回運營中心調(diào)度室，實現(xiàn)后臺監(jiān)控。

(6)本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式的換熱器還包括受熱流體管道，并且加熱流體管道與受熱流體管道分開，導熱相變材料均勻分布在加熱流體管道與受熱流體管道例如自來水管道周圍，無須借助熱管或導熱介質等其它措施來提高導熱效率，可以實現(xiàn)對煙氣、冷凝水等非潔凈高溫流體的余熱回收，長期使用不會污染受熱流體管道例如自來水通道。

(7)本發(fā)明中牽引車包括用于自動裝卸儲熱器的自動裝卸機構，能夠靈活安裝和拆卸儲熱器。

附圖說明

圖1顯示了本發(fā)明的具有螺管式管道的螺管式儲熱器，其中圖1A是主視圖，圖1B是儲熱器的垂直剖開所看到的視圖，圖1C是儲熱器的水平剖開所看到的視圖。

圖2顯示了本發(fā)明的具有回形管式管道的回形管式儲熱器，其中圖2A是主視圖，圖2B是儲熱器的垂直剖開所看到的視圖，圖2C是儲熱器的水平剖開所看到的俯視圖。

圖3顯示了本發(fā)明的螺旋板式管道的螺旋板式儲熱器，其中圖3A是主視圖，圖3B是儲熱器的垂直剖開所看到的視圖，圖3C是儲熱器的水平剖開所看到的俯視圖。

圖4顯示了一種移動儲熱裝置，包括運輸裝置和儲熱器。

圖5顯示了一種移動儲熱裝置，其包括運輸裝置和螺管式儲熱器。

圖6顯示了一種移動儲熱裝置，其包括運輸裝置和回形管式儲熱器。

圖7顯示了一種移動儲熱裝置，其包括運輸裝置和螺旋板式儲熱器。

圖8顯示了多儲熱器模塊式移動儲熱裝置，其包括運輸裝置和儲熱器，所述儲熱器包括多個儲熱器模塊單元。

圖9是本發(fā)明的基于相變材料的移動儲熱裝置的一個實施方式中的結構示意圖。

圖10是對螺旋板式測溫點分布圖。

圖11是儲熱過程4個測溫點的溫度變化曲線。

圖12是冷卻過程4個測溫點的溫度變化曲線。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明在第一方面提供了一種儲熱器，所述儲熱器包括：

外殼；

導熱相變材料，所述導熱相變材料包含相變材料和導熱填料并且填充在所述外殼中；和

換熱器，所述換熱器位于所述外殼內(nèi)部，包括兩個端部各自獨立地穿過所述外殼的用于加熱流體的加熱流體管道，所述加熱流體管道具有加熱流體管道出口和加熱流體管道入口，并且所述加熱流體管道出口和所述加熱流體管道入口設置在所述外殼的外側。

相變材料是潛熱儲熱技術應用的前提，要在實際中應用相變材料要盡量滿足如下熱力學、動力學和化學性質要求：(1)動力學性質：為了降低液-固相變過程中產(chǎn)生過冷現(xiàn)象，并保證相變材料能夠及時的釋放潛熱，必須保證相變材料具有較快的晶體成核速率。(2)熱力學性質：具有合適的相變溫度，能滿足相變儲熱的要求；具有較高的相變潛熱值，即以較少量的相變材料就能儲存較大量的熱能；具有較高的導熱系數(shù)，能提高儲熱系統(tǒng)的蓄放熱效率。(3)物理性質：合適的相平衡，提高相變過程穩(wěn)定性；高的密度，單位體積儲熱密度大；小的體積變化，易于封裝；較低的飽和蒸汽壓，解決密封問題。(4)化學性質：長期化學穩(wěn)定性，提高使用壽命；與封裝相容性，無腐蝕；沒有毒性；不易燃，具有較高的安全性。(5)經(jīng)濟性：量產(chǎn)、易得、成本低。

為了實現(xiàn)儲熱裝置的高效儲熱，需要提高相變材料的熱導率，本發(fā)明通過往相變材料中添加具有高熱導率的導熱填料，使之與相變材料混合或者復合而得到具有高熱導率的導熱相變材料，提高了儲熱器的儲熱能力。本發(fā)明中的儲熱器內(nèi)部填充高效儲熱的導熱相變材料，相變溫度可調(diào)(60℃至130℃)、相變潛熱高(180kJ/kg～270kJ/kg)、導熱率高、循環(huán)穩(wěn)定性好；并且由于混合或復合了導熱填料，通過改變導熱填料在導熱相變材料中所占的質量百分比含量，使得本發(fā)明中的導熱相變材料熱導率可調(diào)節(jié)(4W/m·K至20W/m·K)，例如為4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20W/m·K。

在一些實施方式中，所述導熱相變材料至少填充至所述外殼的容積的至少50％，優(yōu)選至少60％，更優(yōu)選至少70％，進一步優(yōu)選至少80％，甚至90％。這是因為本發(fā)明的導熱相變材料可以顯著減少換熱器的空間占比。因此才能大量填充導熱相變材料，提高儲熱能力。最優(yōu)選的是，所述導熱相變材料填充外殼內(nèi)余下的所有空間，例如換熱器等占據(jù)的空間之外余下的所有空間。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述相變材料選自由熔點為60～90℃的烷烴型石蠟(例如熔點為60℃、70℃、80℃或90℃烷烴型石蠟)、分子量為500～5000的聚乙烯(例如分子量為500、800、1000、2000、3000、4000或5000的聚乙烯)、分子量為800～20000的聚乙二醇(例如分子量為800、900、1000、2000、4000、8000、10000或20000的聚乙二醇)、碳原子數(shù)為18至50的高級脂肪醇(例如18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、32、34、36、38、40、42、44、46、47、48或50個碳原子的高級脂肪醇)、木糖醇、赤藻糖醇組成的組；優(yōu)選的是，所述相變材料選自由熔點為60～90℃的烷烴型石蠟、熔點為120℃的赤藻糖醇組成的組；更優(yōu)選的是，所述相變材料為赤藻糖醇。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述導熱填料選自由鋁粉、銅粉、石墨粉、納米氮化鋁、導熱碳纖維、石墨烯、膨脹石墨組成的組；優(yōu)選的是，所述導熱填料選自由導熱碳纖維、石墨烯、膨脹石墨組成的組；更優(yōu)選的是，所述導熱填料為膨脹石墨；所述導熱填料在導熱相變材料中所占的質量百分比含量為5％至30％(例如5％、8％、10％、15％、20％、25％或30％)，優(yōu)選的是，所述導熱填料在導熱相變材料中所占的質量百分比含量為10％至20％。

在一些實施方式中，所述導熱填料選自由鋁粉、銅粉、石墨粉、納米氮化鋁、導熱碳纖維、石墨烯、膨脹石墨組成的組；優(yōu)選的是，所述導熱填料選自由導熱碳纖維、石墨烯、膨脹石墨組成的組；更優(yōu)選的是，所述導熱填料為膨脹石墨。

所述導熱填料以所述導熱相變材料的總重量計可以為5重量％至30重量％(例如5％、8％、10％、15％、20％、25％或30％)，優(yōu)選為10重量％至20重量％。

在一些實施方式中，所述外殼可以為包括保溫材料的夾層結構，如此可以提高保溫效果，有效減少儲熱器在儲熱完成后在移動過程中儲熱器向外界所釋放的熱量。例如所述外殼包括內(nèi)壁層、外壁層和位于所述內(nèi)壁層和所述外壁層之間的由保溫材料形成的保溫層，所述保溫材料選自由聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫、玻璃棉、巖棉、氣凝膠隔熱材料組成的組，優(yōu)選所述保溫材料選自由聚氨酯泡沫、玻璃棉、氣凝膠隔熱材料組成的組，更優(yōu)選所述保溫材料為氣凝膠隔熱材料。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述夾層結構的夾層厚度為10～50mm(例如10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm或50mm)，優(yōu)選為20～30mm。

在一些實施方式中，所述換熱器還包括兩個端部各自獨立地穿過所述外殼的用于受熱流體的受熱流體管道，所述受熱流體管道具有受熱流體管道出口和受熱流體管道入口，所述受熱流體管道出口和所述受熱流體管道入口設置在所述外殼的外側。

在一些優(yōu)選的實施方式中，所述加熱流體管道和所述受熱流體管道為平行布置，并且所述加熱流體管道和所述受熱流體管道之間留有間隙。

在一些實施方式中，所述儲熱器的內(nèi)部可以配置有溫度傳感器和壓力傳感器。所述儲熱器的上部可以設有進料管，該進料管上可以連接有第一閥門。所述儲熱器的下部可以設有出料管，該出料管上可以連接有第二閥門。所述加熱流體管道入口可以配置有第三閥門、流量計、溫度傳感器和壓力傳感器，所述加熱流體管道出口上可以配置有第四閥門、溫度傳感器和壓力傳感器。所述受熱流體管道入口可以配置有第五閥門，所述受熱流體管道出口可以配置有第六閥門和溫度傳感器。

在一些實施方式中，所述加熱流體可以為蒸汽、熱水或者煙氣。

在一些優(yōu)選的實施方式中，所述受熱流體為溫度低于所述加熱流體的水。

在一些實施方式中，所述換熱器為換熱盤管。優(yōu)選的是，所述換熱盤管為螺管式管道、回形管式管道或螺旋板式管道；更優(yōu)選的是，所述換熱盤管是螺旋板式管道。所述換熱盤管的外部與導熱相變材料接觸，所述換熱盤管的內(nèi)部為流動介質。在一些實施方式中，所述換熱盤管的材質選自由不銹鋼、鋁合金、銅組成的組。

本發(fā)明在第二方面提供了一種移動儲熱裝置，所述移動儲熱裝置包括本發(fā)明第一方面所述的儲熱器；和運輸裝置；其中，所述儲熱器可操作地固定于所述運輸裝置上。

在一些優(yōu)選的實施方式中，所述運輸裝置可以為全掛牽引車或半掛牽引車。另外，所述運輸裝置可以優(yōu)選地包括儲熱器自動裝卸機構(未示出)。

在一些優(yōu)選的實施方式中，所述儲熱裝置還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)實時顯示或實時監(jiān)控選自流量、溫度、壓力、儲熱量、GPS定位、行駛速度和/或運行里程。所述控制系統(tǒng)顯示和監(jiān)控的信息內(nèi)容可實時地傳回運營中心調(diào)度室。

下文將結合附圖對本發(fā)明的儲熱器或移動儲熱裝置的一些具體的實施方式進行進一步的說明。

圖1顯示了本發(fā)明的螺管式儲熱器11，其中圖1A是主視圖，圖1B是儲熱器11的垂直剖開所看到的視圖，圖1C是儲熱器11的水平剖開所看到的視圖。螺管式儲熱器11包括外殼12、螺管式受熱流體管道13、填充在所述外殼12中的導熱相變材料14、入口15和出口16，入口15和入口16的位置可以調(diào)換。螺管可以是等距等徑的螺管，也可以非等距和/或非等徑的螺管。

圖2顯示了本發(fā)明的回形管式儲熱器21，其中圖2A是主視圖，圖2B是儲熱器21的垂直剖開所看到的視圖，圖2C是儲熱器21的水平剖開所看到的視圖?；匦喂苁絻崞?1包括外殼22、回形管式受熱流體管道23、填充在所述外殼22中的導熱相變材料24、入口25和出口26，入口25和入口26的位置可以調(diào)換?；匦喂芸梢詥蜗蚧蛘叨嘞蛘郫B延伸。在單向折疊延伸的情況下，每節(jié)管道可以是等長的，也可以是非等長的。

圖3顯示了本發(fā)明的螺旋板式儲熱器31，其中圖3A是主視圖，圖3B是儲熱器31的垂直剖開所看到的視圖，圖3C是儲熱器31的水平剖開所看到的視圖。螺旋板式儲熱器31包括外殼32、螺旋板式受熱流體管道33、填充在所述外殼32中的導熱相變材料34、入口35和出口36，入口35和入口36的位置可以調(diào)換。螺旋板式可以例如將具有內(nèi)腔的片材卷起來獲得。

圖4顯示了一種移動儲熱裝置，其包括運輸裝置40和儲熱器41。

圖5顯示了一種移動儲熱裝置，其包括運輸裝置50和螺管式儲熱器51。其中螺管式儲熱器51可以如上所述，在此不再贅述。

圖6顯示了一種移動儲熱裝置，其包括運輸裝置60和回形管式儲熱器61。其中回形管式儲熱器61可以如上所述，在此不再贅述。

圖7顯示了一種移動儲熱裝置，其包括運輸裝置70和螺旋板式儲熱器71。其中螺旋板式儲熱器71可以如上所述，在此不再贅述。

圖8顯示了多儲熱器模塊式移動儲熱裝置，其包括運輸裝置80和儲熱器81。儲熱器81包括可以例如并排方式或者堆疊放置的多個(圖中顯示為20個，但是可以是任意多個，例如2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20甚至更多個)儲熱器模塊單元87。各個儲熱器模塊單元87可以具有專用的加熱流體管道出口和加熱流體管道入口，也可以是各個儲熱器模塊單元87串聯(lián)而相互流體連通使得整個儲熱器至具有一個加熱流體管道入口85和加熱流體管道出口86。

下文將結合圖9對本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施方式中進行進一步的說明，而且，除非另有相反說明，否則下文針對圖9所述的儲熱器或移動儲熱裝置的構件或者其他位置所提及的構件同樣適用于圖1至8中所述或者其他位置所述的儲熱器或移動儲熱裝置。

圖9顯示了本發(fā)明的一種基于相變材料的移動儲熱裝置。如圖所示，所述儲熱裝置包括儲熱器和運輸裝置1，所述儲熱器固定于運輸裝置1上，在附圖9中，運輸裝置1為牽引車，所述牽引車可以為全掛車、半掛車等類型，可定做或由現(xiàn)有牽引車改裝而成。儲熱器可采用底部的連接支座永久安裝固定于牽引車車體上，隨牽引車一起移動，在熱源端完成儲熱、運輸至客戶端完成放熱的周期循環(huán)過程；也可以采用可安裝、拆卸方式臨時固定于牽引車車體上，在熱源端完成儲熱、運輸至客戶端后卸下儲熱器，同時牽引車可裝上客戶已取熱后的另一個未儲熱的儲熱器運輸至熱源端進行儲熱，完成循環(huán)交替充放熱過程。在一些優(yōu)選的實施方式中，當儲熱器采用可安裝、拆卸方式臨時固定于牽引車車體上時，所述的牽引車還可以包含有儲熱器的自動裝卸機構，方便儲熱器的靈活安裝和拆卸。

本發(fā)明中儲熱器包括外殼2和內(nèi)部的換熱器3，所述換熱器3包括加熱流體管道3-1和受熱流體管道3-2，加熱流體管道3-1和受熱流體管道3-2的兩端開口，穿過外殼設在外殼外側，所述加熱流體管道和所述受熱流體管道優(yōu)選為平行走向，兩管道之間留有間隙(用于管道與下文提到的導熱相變材料的充分接觸)。在本發(fā)明中所述的加熱流體管道3-1為熱源管道，所述受熱流體管道3-2為自來水管道。特別地，所述儲熱器還包括支撐板4，所述支撐板4從儲熱器的頂端延伸至底端，換熱器3穿在支撐板4上，所述支撐板4設置為至少兩塊以上(例如設置2塊支撐板或3塊支撐板)，起到支撐換熱器3的作用。

本發(fā)明所述儲熱器的外殼內(nèi)部可以填充導熱相變材料，所述導熱相變材料均勻分布在加熱流體管道3-1和受熱流體管道3-2的周圍；所述導熱相變材料由相變材料與導熱填料混合或復合而成，例如通過向相變材料中添加導熱填料并混合均勻的方式實現(xiàn)。所述儲熱器的上部設有進料管5，進料管5上連接有第一閥門5-1，儲熱器的下部一側設有出料管6，出料管6上連接有第二閥門6-1，用于添加或者更換儲熱器中的導熱相變材料，具體地，通過打開第一閥門5-1，關閉第二閥門6-1，可以通過進料管5往儲熱器里添加導熱相變材料；通過打開第二閥門6-1，可以從出料管6排出導熱相變材料。

本發(fā)明中所述加熱流體管道3-1的兩個開口中一個為第一入口7，所述第一入口7的管道上配置有第三閥門7-1、流量計、溫度傳感器和壓力傳感器(未示出)；另一個為第一出口8，所述第一出口8的管道上配置有第四閥門8-1、溫度傳感器和壓力傳感器(未示出)。所述受熱流體管道3-2的兩個開口中一個為第二入口9，所述第二入口9的管道上配置有第五閥門9-1；另一個為第二出口10，所述第二出口10的管道上配置有第六閥門10-1和溫度傳感器(未示出)。所述儲熱器的內(nèi)部可以配置有溫度傳感器和壓力傳感器。本發(fā)明中的溫度傳感器、壓力傳感器和流量計(未示出)可以通過信號傳輸線與下文將要介紹的控制系統(tǒng)連接。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，本發(fā)明中的儲熱裝置還包括控制系統(tǒng)(未示出)，例如把控制系統(tǒng)設置在牽引車駕駛室內(nèi)，控制系統(tǒng)能夠顯示和實時監(jiān)控GPS定位、行駛速度和/或運行里程。本發(fā)明中的溫度傳感器、壓力傳感器和流量計通過信號傳輸線與控制系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)能夠顯示和實時監(jiān)控體積流量、溫度和壓力，此外，通過流量計顯示的信號和溫度傳感器顯示的溫度變化狀況，控制系統(tǒng)能夠給出儲熱器的儲熱量，能夠實時監(jiān)控儲熱器的儲熱狀況。同時，所述控制系統(tǒng)顯示和監(jiān)控的信息內(nèi)容能實時傳回運營中心調(diào)度室，實現(xiàn)后臺監(jiān)控。特別地，控制系統(tǒng)能夠為儲熱器提供壓力保護，具體地，當儲熱器內(nèi)部的壓力傳感器檢測到儲熱器內(nèi)部的壓力到達例如0.2MPa時，控制系統(tǒng)就會自動發(fā)出報警信號，并且該信號能實時傳回運營中心調(diào)度室。

本發(fā)明中所述的基于相變材料的移動儲熱裝置的具體工作過程為：儲熱時，將廢氣、廢水或富余蒸汽與加熱流體管道3-1的第一入口7對接，同時打開第三閥門7-1和第四閥門8-1，廢氣、廢水或富余蒸汽等流體流經(jīng)加熱流體管道，熱量被儲熱器中填充的導熱相變材料充分吸收，當儲熱器內(nèi)部設置的溫度傳感器檢測到的溫度超過導熱相變材料的熔點時，停止儲熱，具體地，以赤藻糖醇為例，赤藻糖醇的熔點為120℃，當溫度傳感器所顯示的溫度為例如130℃左右時，停止儲熱。儲熱完成后，儲熱器通過牽引車運輸?shù)接脩舳?，換熱器的受熱流體管道3-2的第二入口9與自來水管進行對接，第二出口10與用戶管道對接，同時打開第五閥門9-1和第六閥門10-1，加熱低溫水至所需溫度。

本發(fā)明的移動儲熱裝置，能夠高效儲熱、高效保溫，可以給用戶提供不同溫度的蒸汽和熱水，能夠合理利用余熱和解決熱能供需矛盾。

以下為利用本發(fā)明的基于相變材料的移動儲熱裝置的應用實施例。

制造例1制造具有不同結構的換熱器

設計并制造分別如圖1、2和3所示的儲熱器的螺管、回形管和螺旋板三種換熱器，它們具有如下結構參數(shù)：

表1：三種換熱器的結構參數(shù)

使用導熱相變材料對上述換熱器進行測試。所述材料的性能參數(shù)如下：相變點為120℃；相變潛熱為250kJ/kg；室溫熱導率為5W/mK；密度為1000kg/m³；定壓比熱為2kJ/kgK。

經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，螺管換熱器或螺旋板式換熱器儲熱性能相對而言更好，回形管式換熱器在儲熱過程中儲熱模塊中的相變材料被熔化最遲。

實驗還發(fā)現(xiàn)，螺旋板式換熱器擁有更優(yōu)秀的換熱性能，推測可能是因為其入口面積更大，能夠通過更大的水蒸氣流量，而且換熱面積更大。因此，從換熱的角度來看，螺旋板式換熱器最優(yōu)，螺管式換熱器次之，回形管式換熱器再次之。

在實驗過程中，還使用4個測溫熱電偶和無紙記錄儀測定了螺旋板式換熱器的4個測溫點的溫度，四個測溫點的位置如圖10所示，從水蒸氣進口到水蒸氣出口編號由小到大。

儲熱試驗

2017年1月11日，上午11點，齊齊哈爾富區(qū)(郊區(qū))電廠，進行儲熱試驗。

對蓄能器通入水蒸氣，水蒸氣從側邊進口進，底部出口排出。裝置將水蒸氣的熱量吸收，換熱器內(nèi)部4個不同位置安裝有熱電偶來測量溫度，溫度數(shù)據(jù)被記錄在無紙記錄儀中。

儲熱時間約為70分鐘，當4個熱電偶測量溫度均超過125℃時，結束水蒸氣的流通，實驗結束。四個測點溫度隨時間變化曲線如圖11所示，最高溫度為128.2℃。

第一天冷卻試驗

在電廠進行儲熱試驗后，將儲熱器運輸回實驗基地進行冷卻試驗，運輸?shù)目倳r間約為2小時，當天齊齊哈爾溫度約為-15℃。

把水溫約為30℃的冷卻水流經(jīng)裝置進行冷卻，冷卻水流量約為400kg/min。用手感受出水溫度，開始感受到的水溫較高，大約40℃，通水大概2分鐘后，出水口溫度與進水口溫度感覺不到區(qū)別。4個熱電偶測到冷卻過程中，儲熱器中4個位置的溫度隨時間的變化如圖12所示。

實施例1

某熱電廠鍋爐排煙氣溫度為220～250℃，壓力為0.6MPa，流量為8000m³/h～9000m³/h。本發(fā)明的移動蓄能裝置的換熱器具有螺旋板式構造，選用熔點為120℃的赤藻糖醇為相變材料，膨化石墨為導熱填料，導熱相變材料由赤藻糖醇與導熱填料復合而成，導熱填料在導熱相變材料中所占的質量百分數(shù)為10％，導熱相變材料的相變潛熱為250kJ/kg，導熱系數(shù)為(10W/m·K)；外殼夾層結構中含有的保溫材料選用氣凝膠隔熱材料，夾層結構的厚度為30mm。采用本發(fā)明的移動儲熱裝置，儲熱器可拆卸地固定于牽引車車體上，載重20噸導熱相變材料，儲熱時，高溫煙氣進入加熱流體管道，將煙氣的熱量傳遞給導熱相變材料，當控制系統(tǒng)監(jiān)控到相變材料的溫度達到130℃時，控制系統(tǒng)自動發(fā)出儲熱完畢信號，停止儲熱；移動儲熱裝置抵達需要熱水的工廠，卸下儲熱器，同時牽引車裝上客戶已取熱后的另一個未儲熱的儲熱器運輸至熱源端進行儲熱?？蛻舳藢⒆詠硭芘c卸下的儲熱器的受熱流體管道連通，導熱相變材料放熱，對自來水進行加熱，加熱低溫水至所需溫度。從熱源端運輸?shù)娇蛻舳说倪^程中，通過儲熱裝置的控制系統(tǒng)監(jiān)測儲熱狀況，監(jiān)測到儲熱裝置在運輸過程中每小時損耗的熱量僅為0.08％。

實施例2-6

除了下表所示內(nèi)容之外，以實施例1相同的方式進行。

從表中結果可以看出，本發(fā)明的移動儲熱裝置可能高儲熱效能和低熱量運輸損耗。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。