專利名稱：一種固體儲熱結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種儲熱裝置，特別涉及一種太陽能光熱利用系統(tǒng)中的儲熱裝置。
背景技術(shù)：
太陽能是比較理想的清潔能源，但利用上卻存在時(shí)效性問題，日照期間所接受的能量超過所需，日落之后卻無法發(fā)揮作用。因而如何把日照時(shí)多余的能量儲存起來，以用于日落后系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，即取有余以補(bǔ)不足，成為實(shí)現(xiàn)太陽能熱利用裝置連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵問題?，F(xiàn)有的太陽能儲存技術(shù)中，有報(bào)道或使用過多種儲熱介質(zhì)。近年有報(bào)道在實(shí)驗(yàn)室中獲得以特定材料作基體支撐的復(fù)合相變材料(定形相變材料)，用以儲存熱量，但其存在導(dǎo)熱系數(shù)低的缺點(diǎn)，而且相變材料在儲熱過程中發(fā)生相變，由于體積的變化，容易發(fā)生漏露的隱患。另外，工業(yè)上也有使用三元鋁合金用以作為相變儲存材料，多次循環(huán)使用對于儲熱性能，例如相變儲熱的溫度、壽命等參數(shù)有負(fù)面作用，因?yàn)閮岵牧媳旧碓诠ぷ鬟^程中進(jìn)行反復(fù)的固液相變，雜質(zhì)元素將會影響其使用性能和使用壽命。目前現(xiàn)有的已經(jīng)工業(yè)化的太陽能熱發(fā)電機(jī)組多利用無機(jī)鹽做儲熱材料，但無機(jī)鹽在相變過程中存在過冷和相分離的缺點(diǎn)，影響了儲熱能力，并且其凝固溫度過高，造成夜間為保證其不凝固而進(jìn)行的保溫循環(huán)熱損失較大，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)凝固點(diǎn)后處置困難，存在安全隱患；熔鹽系統(tǒng)管路中使用的泵、閥價(jià)格昂貴且使用壽命也比較短，而且無機(jī)鹽具有毒性，容易泄漏發(fā)生火災(zāi)，且泄漏會對環(huán)境造成的污染。固態(tài)儲熱方案有混凝土儲熱，成本較高，導(dǎo)熱系數(shù)較低等等；砂石儲熱，雖然價(jià)格便宜，但導(dǎo)熱率低，換熱困難，不能定型自支撐，影響使用；固體金屬或合金儲熱雖然機(jī)械強(qiáng)度好，導(dǎo)熱率高，但價(jià)格昂貴。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種成本低廉、導(dǎo)熱好，熱容大，儲熱性能好，可應(yīng)用于多領(lǐng)域儲熱的固體儲熱結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型提供了一種固體儲熱結(jié)構(gòu)，所述固體儲熱結(jié)構(gòu)是由固體儲熱塊和粘接填充材料形成的立體貫通層狀或網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)；所述固體儲熱塊形狀規(guī)則；所述粘結(jié)填充材料具有高導(dǎo)熱率；所述立體貫通層狀或網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)是由粘接填充材料填充固體儲熱塊形成的空隙構(gòu)成。優(yōu)選地，所述固體儲熱材料為中空結(jié)構(gòu)，其中所述中空結(jié)構(gòu)內(nèi)布置一定溫度范圍內(nèi)有可相變的填充物質(zhì)。優(yōu)選地，所述固體儲熱塊的規(guī)則形狀外形為板形、條形、塊形、環(huán)形、棍形等。優(yōu)選地，所述固體儲熱結(jié)構(gòu)包含一種或多種形狀或尺寸的固體儲熱塊。優(yōu)選地，所述固體儲熱塊的表面平整，并通過噴砂或腐蝕或霧化等方式獲得外表面的微觀的大表面積。[0010]優(yōu)選地，所述固體儲熱塊的表面涂有涂層，例如銅、鋁、鉻、鎳、銀或錫等金屬及合金等高導(dǎo)熱金屬涂層或其它高導(dǎo)熱易粘接涂層，以進(jìn)行的粘結(jié)填充材料的粘接、焊接和熔融浸潤，減少空隙，增強(qiáng)導(dǎo)熱效果，提高結(jié)合力。優(yōu)選地，所述粘結(jié)填充材料為高導(dǎo)熱率金屬片材。優(yōu)選地，所述粘結(jié)填充材料包括粘結(jié)劑；所述粘結(jié)劑涂覆于高導(dǎo)熱金屬片材表面或固體儲熱塊表面。優(yōu)選地，所述固體儲熱結(jié)構(gòu)內(nèi)部布置有換熱管道系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述換熱管道為金屬管道系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述部分換熱管道為固體儲熱塊貫通孔洞形成的孔洞換熱通道。優(yōu)選地，所述固體儲熱結(jié)構(gòu)的外部包覆有金屬薄片，減少空氣侵入，延長使用壽命。進(jìn)一步，所述固體儲熱結(jié)構(gòu)的外部包覆一定厚度的低導(dǎo)熱率絕熱材料或絕熱結(jié)構(gòu)，減少熱量散失，提高儲熱效能。本實(shí)用新型所述固體儲熱結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于太陽能光熱利用系統(tǒng)。本實(shí)用新型的固體儲熱介質(zhì)不具有流動性，儲熱利用固體顯熱性能儲熱，運(yùn)行安全；整個(gè)固體儲熱塊表面平整且具有微觀大表面積，且致密涂覆有高導(dǎo)熱涂層，能改善與粘接填充材料的粘接焊接性能，獲得良好界面換熱性能。規(guī)則固體儲熱塊按一定規(guī)律堆砌， 在三維空間均具有連續(xù)的界面縫隙，可方便有效的布置整體片狀填充材料，且同時(shí)在固體儲熱結(jié)構(gòu)內(nèi)部嵌入布置換熱管道，通過粘接或焊接或熔融固化使高導(dǎo)熱率金屬片材能有效填充固體儲熱塊的空隙，使之形成均勻地分布于整個(gè)固體儲熱結(jié)構(gòu)空間內(nèi)立體緊密層狀或網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，大量增強(qiáng)了多界面之間的傳熱，使介質(zhì)整體具有良好的熱導(dǎo)率及整體換熱性能。同時(shí)，相對于固體儲熱材料的體積或質(zhì)量，粘接填充材料體積或質(zhì)量可以很小，因此成本很低。該固體儲熱結(jié)構(gòu)采用低成本固體儲熱塊和低體積或質(zhì)量比的粘結(jié)填充材料，總體成本低、導(dǎo)熱好、熱容大，可應(yīng)用于各種儲熱應(yīng)用，特別是太陽能光熱利用系統(tǒng)。

下面參照附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)的說明，附圖中圖1是本實(shí)用新型固體儲熱塊整體結(jié)構(gòu)用于高溫的第一實(shí)施例示意圖；圖2是本實(shí)用新型固體儲熱塊整體結(jié)構(gòu)用于中溫的第二實(shí)施例示意圖；圖3是本實(shí)用新型固體儲熱塊整體結(jié)構(gòu)用于低溫的第三實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是本實(shí)用新型固體儲熱塊整體結(jié)構(gòu)用于高溫的第一實(shí)施例示意圖；如圖1所示，固體儲熱結(jié)構(gòu)1由多塊規(guī)則形狀的固體儲熱塊2，優(yōu)選為一種或多種形狀或尺寸的固體儲熱塊2堆砌而成，具體包括固體儲熱塊2和高導(dǎo)熱率的粘結(jié)填充材料3 ；二者整體形成的高熱導(dǎo)儲熱固體儲熱結(jié)構(gòu)1。在固體儲熱結(jié)構(gòu)1內(nèi)部布置有換熱管道4，優(yōu)選為金屬換熱管道4，高導(dǎo)熱粘接填充材料3與換熱管路4緊密良好接觸，比如焊接；如果熱量輸入介質(zhì)為氣態(tài)，例如空氣，換熱管道4的換熱輸入管道4-1可以為固體儲熱塊2開孔貫通的孔洞換熱通道；外部布置保護(hù)固體儲熱結(jié)構(gòu)1的金屬薄片5。其中固體儲熱塊2優(yōu)選為巖石、陶瓷、玻璃、石墨、金屬或混凝土等。優(yōu)選地，陶瓷、金屬和混凝土為中空結(jié)構(gòu)，其中中空結(jié)構(gòu)內(nèi)布置有可相變的填充物質(zhì)。優(yōu)選地，填充物質(zhì)為低熔點(diǎn)金屬、合金。優(yōu)選地，填充物質(zhì)為有機(jī)材料，例如浙青、甘油、石蠟中的一種或幾種。優(yōu)選地，固體儲熱塊2的形狀為板形、條形、塊形、環(huán)形、棍形等。優(yōu)選地，固體儲熱塊2的表面平整且具有大的比表面積。優(yōu)選地，固體的表面涂有金屬涂層，例如銅、鋁、鉻、鎳、銀或錫等金屬及合金，方便進(jìn)一步進(jìn)行的粘結(jié)填充材料3結(jié)合的浸潤，減少空隙，提高結(jié)合力，增強(qiáng)導(dǎo)熱效果。優(yōu)選地，涂層采用真空鍍、化學(xué)鍍或噴涂方式加工，增強(qiáng)滲透性和結(jié)合力，改進(jìn)導(dǎo)熱效果。粘結(jié)填充材料3為高導(dǎo)熱率金屬片材，優(yōu)選地，高導(dǎo)熱率金屬片材為純鋁、鐵、錫、鋅、鉛、銅及其合金中的一種或幾種。高溫固體儲熱結(jié)構(gòu)1中粘結(jié)填充材料3的高導(dǎo)熱率鋁金屬片材在高溫下，例如 700°C，熔化成液態(tài)且在浸潤劑的添加下浸透進(jìn)入表面已預(yù)涂金屬涂層的固體儲熱結(jié)構(gòu)1 的空隙，使得固體儲熱塊2同時(shí)與換熱管路緊密相連，熔融固化冷卻后成為整體，優(yōu)選地， 該過程在真空環(huán)境下完成，減少氣隙及氧化；具體尺寸，例如為200mmX 200mmX IOOOmm的長方形石塊，多個(gè)固體儲熱塊2規(guī)則堆砌，具有很少的孔隙率；以防止因?yàn)闇囟茸兓鸬呐蛎洸灰恢虑闆r，粘結(jié)填充材料3在的高導(dǎo)熱率金屬片材的尺寸小于固體儲熱塊2尺寸， 例如為200mmX200mmX3mm ；且換熱管道為相互獨(dú)立的兩管道，分別為換熱輸出管道4_1和換熱輸入管道4-2 ；—定間距上焊接置于固體儲熱塊2間隙高導(dǎo)熱率金屬片材。在IOOOmm 的長度上間隔布置5片，整體宏觀上，高導(dǎo)熱率金屬片材總體積為固體儲熱塊2體積的 3. 04%，假定高導(dǎo)熱率金屬片材為鋁或鋁合金，因其密度與石塊密度相近，可以總體估算高導(dǎo)熱率金屬片材占總質(zhì)量的4%左右的用量，同時(shí)保證固體儲熱塊2之間的縫隙時(shí)間的導(dǎo)熱能力。圖2是本實(shí)用新型固體儲熱塊整體結(jié)構(gòu)用于中溫的第二實(shí)施例示意圖；圖2示意了應(yīng)用于中溫的多層固體儲熱塊2與粘結(jié)填充材料3橫豎交替布置的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)單元，規(guī)則的固體儲熱塊2按不同的方位布置，其較圖1顯示單元更加具有各向同性的導(dǎo)熱率，均溫性能更加優(yōu)良；粘結(jié)填充材料3的高導(dǎo)熱率金屬片材表面涂有低熔點(diǎn)金屬粘結(jié)劑， 例如錫層，在中溫下，例如300°C，片材不發(fā)生熔化，而涂覆于其表面之上的低熔點(diǎn)金屬粘結(jié)劑處于熔融狀態(tài)，浸透進(jìn)入固體儲熱結(jié)構(gòu)1的空隙內(nèi)，與固體表面預(yù)涂的金屬涂層浸潤，使得固體儲熱塊2與固體儲熱結(jié)構(gòu)1內(nèi)部布置U型的換熱管道4(分別為換熱輸入管道4-1 和換熱輸出管道4- 緊密相連，冷卻后與固體儲熱塊2表面的涂層共同凝固焊接固化形成中溫的儲熱固體結(jié)構(gòu)1整塊；優(yōu)選地，該過程在真空環(huán)境下完成，減少氣隙及氧化。圖3是本實(shí)用新型固體儲熱塊整體結(jié)構(gòu)用于低溫的第三實(shí)施例示意圖；圖3顯示了應(yīng)用于低溫的多層圓形的表面平整且具有大表面積的固體儲熱塊2與粘結(jié)填充材料 3交替布置第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)單元；固體儲熱塊2表面預(yù)涂高導(dǎo)熱易粘接涂層并可進(jìn)一步預(yù)涂導(dǎo)熱膠，粘結(jié)填充材料3的高導(dǎo)熱率金屬片材表面也可預(yù)涂導(dǎo)熱膠，在低溫下，例如， 150°C，導(dǎo)熱膠固化使得固體儲熱塊2與固體儲熱結(jié)構(gòu)1內(nèi)部布置U型的換熱管道，分別為換熱輸入管道4-1和換熱輸出管道4-2緊密相連，完成固體儲熱結(jié)構(gòu)1成型；優(yōu)選地，該過程在真空環(huán)境下完成，減少氣隙及氧化；。假定固體儲熱塊2的直徑為1. 5m，高度為50mm， 每個(gè)高導(dǎo)熱率金屬片材厚度為3mm，固體儲熱結(jié)構(gòu)1的總高度為1. 5m，則高導(dǎo)熱率金屬片材的質(zhì)量占整個(gè)固體儲熱結(jié)構(gòu)1的總質(zhì)量的大約為6% ；假定固體儲熱塊2的儲熱溫差為 100°C，例如25 125°C，則整個(gè)固體儲熱塊2的總儲熱熱量大于250kwh。[0030]為了減少固體儲熱結(jié)構(gòu)1的腐蝕，結(jié)構(gòu)外部布置有金屬薄片5，如圖1 3，金屬薄片5位于固體儲熱塊2的外部阻隔外部的水汽和氧氣，以防固體儲熱結(jié)構(gòu)1的粘結(jié)填充材料3的氧化，以維持長期的高導(dǎo)熱率；在固體儲熱結(jié)構(gòu)1的外部布置低導(dǎo)熱率的保溫層，以固體儲熱結(jié)構(gòu)1的熱量的損失。在進(jìn)一步的設(shè)計(jì)中，優(yōu)選地，在所述金屬管路系統(tǒng)中配置翅片，以增強(qiáng)換熱面積和換熱能力；優(yōu)選地，在導(dǎo)熱能力滿足要求的情況下，可盡量減少粘結(jié)填充材料3用量，以降低成本，同時(shí)盡量加大粘結(jié)填充材料3與固體儲熱塊2間的接觸面積，增強(qiáng)熱傳能力。優(yōu)選地，在保證導(dǎo)熱效果的前提下，盡量降低與固體儲熱塊2相比價(jià)格較高的粘結(jié)填充材料3使用量，降低總體成本；同時(shí)在保證粘結(jié)填充材料3能充分流動并填充空隙的前提下，盡量加大粘結(jié)填充材料3與固體儲熱塊2的接觸面積，增強(qiáng)熱傳能力。高熱導(dǎo)率粘結(jié)填充材料3的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相對均勻的分布于整個(gè)儲熱介質(zhì)空間內(nèi)，且換熱管道4通過熔融或焊接或粘結(jié)的方式連接于高熱導(dǎo)率粘結(jié)填充材料3，大大增強(qiáng)了熱能的傳遞，使介質(zhì)整體具有良好的熱導(dǎo)率。本實(shí)用新型提供了一種由固體儲熱結(jié)構(gòu)1，通過高熱導(dǎo)率的材質(zhì)熔融、焊接或粘結(jié)的方式置于固體儲熱結(jié)構(gòu)之中，在固體儲熱塊的內(nèi)部空間形成由高熱導(dǎo)率材質(zhì)構(gòu)成的立體貫通網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將固體儲熱塊固定形成一個(gè)整體，具備自支撐能力；該固體儲熱介質(zhì)不具有流動性，儲熱利用固體顯熱性能儲熱，運(yùn)行安全；整個(gè)儲熱介質(zhì)緊密形成一體，大量增強(qiáng)了多界面之間的傳熱，且高熱導(dǎo)率材質(zhì)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相對均勻的分布于整個(gè)儲熱介質(zhì)空間內(nèi)，大大增強(qiáng)了熱能的傳遞，使介質(zhì)整體具有良好的熱導(dǎo)率；并且該儲熱介質(zhì)的主要部分所選材料成本低廉，來源豐富，制作簡單，具有很高的性能價(jià)格比；同時(shí)由于不存在熔鹽類物質(zhì)的低溫凝固后影響流動的問題，可以具有很大的換熱溫差，擴(kuò)大了使用溫度范圍，因此具有更大的儲熱能力；該固體儲熱結(jié)構(gòu)成本低、導(dǎo)熱好、熱容大，可應(yīng)用于各種儲熱應(yīng)用，特別是太陽能光熱利用系統(tǒng)。顯而易見，在不偏離本實(shí)用新型的真實(shí)精神和范圍的前提下，在此描述的本實(shí)用新型可以有許多變化。因此，所有對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的改變，都應(yīng)包括在本權(quán)利要求書所涵蓋的范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍僅由所述的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。
權(quán)利要求1.一種固體儲熱結(jié)構(gòu)(1)，其特征在于，所述固體儲熱結(jié)構(gòu)(1)是由固體儲熱塊(2) 和粘接填充材料(3)形成的立體貫通層狀或網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)；所述固體儲熱塊(2)形狀規(guī)則； 所述粘結(jié)填充材料(3)具有高導(dǎo)熱率；所述立體貫通層狀或網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)是由粘接填充材料 (3)填充固體儲熱塊(2)形成的空隙構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體儲熱結(jié)構(gòu)(1)，其特征在于，所述固體儲熱塊(2)表面平整且具有大表面積；且表面涂有金屬涂層或高導(dǎo)熱易粘接涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體儲熱結(jié)構(gòu)(1)，其特征在于，所述固體儲熱塊(2)的外形為板形、條形、塊形、環(huán)形、棍形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體儲熱結(jié)構(gòu)(1)，其特征在于，所述固體儲熱塊(2)為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部填充物質(zhì)為低熔點(diǎn)金屬、合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體儲熱結(jié)構(gòu)(1)，其特征在于，所述粘結(jié)填充材料(3) 為高導(dǎo)熱率金屬片材。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體儲熱結(jié)構(gòu)(1)，其特征在于，所述粘結(jié)填充材料(3) 包括粘結(jié)劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體儲熱結(jié)構(gòu)(1)，其特征在于，所述固體儲熱結(jié)構(gòu)(1) 內(nèi)部包括換熱管道G)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種固體儲熱結(jié)構(gòu)(1)，其特征在于，所述固體儲熱結(jié)構(gòu)(1) 內(nèi)部換熱管道(4)為固體儲熱塊O)內(nèi)部貫通的孔洞換熱通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體儲熱結(jié)構(gòu)(1)，其特征在于，所述固體儲熱結(jié)構(gòu)(1) 的外部包覆有金屬薄片(5)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種固體儲熱結(jié)構(gòu)，所述固體儲熱結(jié)構(gòu)是由固體儲熱塊和粘接填充材料形成的立體貫通層狀或網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)；所述固體儲熱塊形狀規(guī)則；所述粘結(jié)填充材料具有高導(dǎo)熱率；所述立體貫通層狀或網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)是由粘接填充材料填充固體儲熱塊形成的空隙構(gòu)成。本實(shí)用新型的固體儲熱介質(zhì)利用固體顯熱性能儲熱，運(yùn)行安全，加工簡單，成本低廉；高熱導(dǎo)率材質(zhì)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相對均勻的分布于整個(gè)儲熱介質(zhì)空間內(nèi)，大大增強(qiáng)了熱能的傳遞，使介質(zhì)整體具有良好的熱導(dǎo)率；該固體儲熱結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱好、熱容大，可應(yīng)用于各種儲熱應(yīng)用，特別是太陽能光熱利用系統(tǒng)。
文檔編號F28D20/02GK202066400SQ201120118630
公開日2011年12月7日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者劉陽 申請人:北京實(shí)力源科技開發(fā)有限責(zé)任公司