專利名稱：耦合式相變移動(dòng)供熱裝置及其供熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能源存貯與釋放裝置，特別涉及一種耦合式相變移動(dòng)供熱裝置及其供熱方法。
背景技術(shù)：
能源、環(huán)保是制約工業(yè)發(fā)展的最大瓶頸，節(jié)能、降耗已經(jīng)成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的追求目標(biāo)。在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，由于很多能量的供應(yīng)與需求都有較強(qiáng)的時(shí)間性。很多情況下這些熱量的產(chǎn)生是不連續(xù)的，往往就會(huì)造成很大余熱的損失。移動(dòng)供熱技術(shù)能把產(chǎn)生的余熱進(jìn)行儲(chǔ)存，根據(jù)需要把儲(chǔ)存的熱量隨時(shí)供熱。這樣既可以提高能源綜合利用率，又可以降低生產(chǎn)成本。現(xiàn)今使用的移動(dòng)供熱技術(shù)主要存在如下問題其一，采用在密集的蓄熱管體中充填相變材料，通過管外熱媒的流動(dòng)來達(dá)到蓄放熱的目的。這樣消耗了大量金屬，使制造成本大，運(yùn)輸費(fèi)用高。其二，熱媒與相變材料間接接觸，換熱效率低，能量利用率低，蓄熱量小。其三，蓄熱管體容易受到管外熱媒污染、積垢，水與相變材料熱阻增加，傳熱性能下降，設(shè)備需要定期維護(hù)。其四，由于長(zhǎng)期運(yùn)輸顛簸，管子可能出現(xiàn)疲勞損壞，相變材料泄露，影響系統(tǒng)安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種熱效率高、蓄熱速度快、安全穩(wěn)定的耦合式相變移動(dòng)供熱裝置及其供熱方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下耦合式相變移動(dòng)供熱裝置，所述供熱裝置包括油套、設(shè)置在油套內(nèi)的蓄熱室以及換熱器，所述蓄熱室上部設(shè)有流體工質(zhì)出口管，所述蓄熱室下部設(shè)有流體工質(zhì)進(jìn)口管；所述流體工質(zhì)進(jìn)口管和流體工質(zhì)出口管分別穿過蓄熱室和油套，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管和流體工質(zhì)出口管分別與換熱器接通；所述換熱器與流體工質(zhì)進(jìn)口管之間串聯(lián)三通閥，所述三通閥的旁路與油套接通；所述換熱器與油套之間設(shè)有回油管。優(yōu)選的，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管與蓄熱室和油套之間為焊接。優(yōu)選的，所述流體工質(zhì)出口管與蓄熱室和油套之間為焊接。優(yōu)選的，所述油套外部設(shè)置隔熱保溫材料。優(yōu)選的，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管和流體工質(zhì)出口管上均勻的設(shè)有多個(gè)相同孔徑的噴孔，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管上的噴孔開口朝下，所述流體工質(zhì)出口管上的噴孔開口朝上。 優(yōu)選的，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管入口處設(shè)置壓力傳感裝置。優(yōu)選的，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管上設(shè)有流體工質(zhì)泵P1，所述流體工質(zhì)出口管上設(shè)有流體工質(zhì)泵P2。優(yōu)選的，本發(fā)明耦合式相變移動(dòng)供熱方法，所述供熱方法步驟如下(1)系統(tǒng)蓄熱運(yùn)行時(shí)，首先設(shè)定進(jìn)口管上的壓力，開啟流體工質(zhì)泵P，150-300度高溫流體工質(zhì)從換熱器吸收熱量后流出，通過三通閥流入油套及進(jìn)口管；當(dāng)流體工質(zhì)充滿油套后，高溫流體從油套排出，通過回油管送回?fù)Q熱器；(2) 150-300度高溫流體工質(zhì)的循環(huán)過程中，熱量通過蓄熱室的壁面?zhèn)鬟f給相變材料，相變材料的溫度隨時(shí)間升高，當(dāng)溫度接近其相變溫度100-150度時(shí)，根據(jù)進(jìn)口管上的設(shè)定壓力逐漸增加進(jìn)口管中的比例，進(jìn)口管中的流體工質(zhì)從噴孔處射入相變蓄熱室中，與蓄熱材料直接接觸，使其在對(duì)流換熱的作用下從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化；(3) 一段時(shí)間后，出口管附近產(chǎn)生分層，流體工質(zhì)密度小，上浮至蓄熱室頂部；相變材料密度大，下沉至蓄熱室的底部，頂部的流體工質(zhì)經(jīng)出口管被排出蓄熱室，流回至換熱器，完成一個(gè)循環(huán)；(4)系統(tǒng)釋熱運(yùn)行時(shí)，打開流體工質(zhì)泵P，20-30度較低的流體工質(zhì)從換熱器放熱后流出，通過三通閥流入蓄熱室的進(jìn)口管，從噴口處射入蓄熱室中，與相變材料直接接觸， 使其在對(duì)流換熱的作用下從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)化；(5) 一段時(shí)間后，頂部的流體工質(zhì)經(jīng)出口管被排出蓄熱室，流回至換熱器，當(dāng)相變材料溫度接近甚至低于相變溫度100-150度時(shí)，由進(jìn)口管的設(shè)定壓力調(diào)節(jié)三通閥，逐漸減少進(jìn)口管的流量，并增加油套中的流量，以對(duì)相變材料進(jìn)一步冷卻，形成一個(gè)循環(huán)。優(yōu)選的，所述流體工質(zhì)采用導(dǎo)熱油，其密度為0. 93g/m3。優(yōu)選的，所述相變材料選用赤藻糖醇，其液相密度為1. 28g/m3，固相密度為1. 45g/
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m ο通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在使用時(shí)先將油套內(nèi)循環(huán)的高溫流體工質(zhì)預(yù)熱蓄熱材料，以間接換熱的方式把納米蓄熱材料的初溫提升至熔點(diǎn)附近，致使進(jìn)口管上噴孔外的背壓減小至規(guī)定值時(shí)， 進(jìn)口管處的壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，流體工質(zhì)從噴孔射入蓄熱器內(nèi)，與蓄熱材料直接接觸換熱。通過壓力傳感器控制兩種換熱方式的耦合時(shí)間，可以有效地避免噴孔處初始?jí)毫^高而堵塞的問題。本發(fā)明在工作時(shí)由于流動(dòng)工質(zhì)與相變材料直接接觸，兩種工質(zhì)間的換熱過程不存在液-固-液之間導(dǎo)熱熱阻，減少了兩個(gè)導(dǎo)熱環(huán)節(jié)，傳熱效率得到很大提高，整套設(shè)備體積大大減??；同時(shí)，直接接觸式蓄熱系統(tǒng)省去了蓄熱管體，節(jié)省了金屬的消耗，大幅降低了制造成本；另外，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以有效地避免系統(tǒng)因長(zhǎng)期使用后結(jié)垢而產(chǎn)生的附加熱阻， 也減少了清洗管壁等設(shè)備維護(hù)工作量。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖中數(shù)字和字母所表示的相應(yīng)部件名稱1、流體工質(zhì)進(jìn)口管 2、蓄熱室 3、油套 4、換熱器 5、流體工質(zhì)出口管 6、三通閥7、噴孔8、回油管
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。參見圖1所示，本發(fā)明耦合式相變移動(dòng)供熱裝置包括油套3、設(shè)置在油套3內(nèi)的蓄熱室2以及換熱器4，所述油套3與蓄熱室2之間填充有流體工質(zhì)，所述蓄熱室2內(nèi)部填充有相變材料；所述蓄熱室2上部設(shè)有流體工質(zhì)出口管5，所述蓄熱室2下部設(shè)有流體工質(zhì)進(jìn)口管1 ；所述流體工質(zhì)進(jìn)口管1和流體工質(zhì)出口管5分別穿過蓄熱室2和油套3，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管1和流體工質(zhì)出口管5分別與換熱器4接通；所述換熱器4與流體工質(zhì)進(jìn)口管 1之間串聯(lián)三通閥6，所述三通閥6的旁路與油套3接通；所述換熱器4與油套3之間設(shè)有回油管8。本發(fā)明流體工質(zhì)進(jìn)口管1與蓄熱室2和油套3之間為焊接，流體工質(zhì)出口管6與蓄熱室2和油套3之間為焊接，所述油套3外部設(shè)置隔熱保溫材料。本發(fā)明流體工質(zhì)進(jìn)口管1和流體工質(zhì)出口管5上均勻的設(shè)有多個(gè)相同孔徑的噴孔 7，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管1上的噴孔7開口朝下，所述流體工質(zhì)出口管5上的噴孔7開口朝上。本發(fā)明流體工質(zhì)進(jìn)口管1入口處設(shè)置壓力傳感裝置(圖中未標(biāo)出)，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管1上設(shè)有流體工質(zhì)泵Pl，所述流體工質(zhì)出口管5上設(shè)有流體工質(zhì)泵P2。本發(fā)明在使用時(shí)的工作方法如下系統(tǒng)蓄熱運(yùn)行時(shí)，首先設(shè)定進(jìn)口管1上的壓力，開啟流體工質(zhì)泵P，150-300度高溫流體工質(zhì)從換熱器4中流出，通過三通閥6流入油套3及進(jìn)口管1 (根據(jù)進(jìn)口管1上的設(shè)定壓力調(diào)節(jié)比例)。當(dāng)流體工質(zhì)充滿油套后，高溫流體從油套3排出，通過回油管8送回?fù)Q熱器4 ；高溫流體工質(zhì)的循環(huán)過程中，熱量通過相變蓄熱室2的壁面?zhèn)鬟f給蓄熱材料，蓄熱材料的溫度隨時(shí)間升高，當(dāng)溫度接近其相變溫度100-150度時(shí)，根據(jù)進(jìn)口管1上的設(shè)定壓力逐漸增加進(jìn)口管1中的比例，進(jìn)口管1中的流體工質(zhì)從噴孔處射入相變蓄熱室2中，與蓄熱材料直接接觸，使其在對(duì)流換熱的作用下從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化；一段時(shí)間后，由于流體工質(zhì)密度小上浮至蓄熱室2頂部，蓄熱材料密度大，下沉至蓄熱室2的底部。頂部的流體工質(zhì)經(jīng)出口管5被排出蓄熱室2，流回至換熱器4，完成一個(gè)循環(huán)。本發(fā)明根據(jù)相變溫度選擇相變材料，根據(jù)相變材料選擇流體工質(zhì)，流體工質(zhì)一般導(dǎo)熱油用的較多，其密度為0. 93g/m3，相變材料可選用赤藻糖醇，其液相密度為1. 28g/m3, 固相密度為1. 45g/m3。當(dāng)蓄熱完畢后，本裝置即為熱源；系統(tǒng)釋熱運(yùn)行時(shí)，打開流體工質(zhì)泵P1，溫度較低的流體工質(zhì)從換熱器4放熱后流出，通過三通閥6流入蓄熱室2的流體工質(zhì)進(jìn)口管1，從噴口處射入蓄熱室2中與相變材料直接接觸，使其在對(duì)流換熱的作用下從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)化； 一段時(shí)間后，頂部的流體工質(zhì)經(jīng)流體工質(zhì)出口管5被排出蓄熱室2，流回至換熱器4完成一個(gè)循環(huán)。在實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)中，所需的熱量可通過換熱器回收利用電廠、鋼廠、化工廠等高載能企業(yè)的余熱(廢熱)。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.耦合式相變移動(dòng)供熱裝置，其特征在于，所述供熱裝置包括油套、設(shè)置在油套內(nèi)的蓄熱室以及換熱器，所述蓄熱室上部設(shè)有流體工質(zhì)出口管，所述蓄熱室下部設(shè)有流體工質(zhì)進(jìn)口管；所述流體工質(zhì)進(jìn)口管和流體工質(zhì)出口管分別穿過蓄熱室和油套，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管和流體工質(zhì)出口管分別與換熱器接通；所述換熱器與流體工質(zhì)進(jìn)口管之間串聯(lián)三通閥， 所述三通閥的旁路與油套接通；所述換熱器與油套之間設(shè)有回油管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合式相變移動(dòng)供熱裝置，其特征在于，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管與蓄熱室和油套之間為焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合式相變移動(dòng)供熱裝置，其特征在于，所述流體工質(zhì)出口管與蓄熱室和油套之間為焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合式相變移動(dòng)供熱裝置，其特征在于，所述油套外部設(shè)置隔熱保溫材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合式相變移動(dòng)供熱裝置，其特征在于，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管和流體工質(zhì)出口管上均勻的設(shè)有多個(gè)相同孔徑的噴孔，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管上的噴孔開口朝下，所述流體工質(zhì)出口管上的噴孔開口朝上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合式相變移動(dòng)供熱裝置，其特征在于，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管入口處設(shè)置壓力傳感裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合式相變移動(dòng)供熱裝置，其特征在于，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管上設(shè)有流體工質(zhì)泵(Pl)，所述流體工質(zhì)出口管上設(shè)有流體工質(zhì)泵(P2)。
8.耦合式相變移動(dòng)供熱方法，其特征在于，所述供熱方法步驟如下(1)系統(tǒng)蓄熱運(yùn)行時(shí)，首先設(shè)定進(jìn)口管上的壓力，開啟流體工質(zhì)泵(P)，150-300度高溫流體工質(zhì)從換熱器吸收熱量后流出，通過三通閥流入油套及進(jìn)口管；當(dāng)流體工質(zhì)充滿油套后，高溫流體從油套排出，通過回油管送回?fù)Q熱器；(2)160-300度高溫流體工質(zhì)的循環(huán)過程中，熱量通過蓄熱室的壁面?zhèn)鬟f給相變材料， 相變材料的溫度隨時(shí)間升高，當(dāng)溫度接近其相變溫度100-150度時(shí)，根據(jù)進(jìn)口管上的設(shè)定壓力逐漸增加進(jìn)口管中的比例，進(jìn)口管中的流體工質(zhì)從噴孔處射入相變蓄熱室中，與蓄熱材料直接接觸，使其在對(duì)流換熱的作用下從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化；(3)一段時(shí)間后，出口管附近產(chǎn)生分層，流體工質(zhì)密度小，上浮至蓄熱室頂部；相變材料密度大，下沉至蓄熱室的底部，頂部的流體工質(zhì)經(jīng)出口管被排出蓄熱室，流回至換熱器， 完成一個(gè)循環(huán)；(4)系統(tǒng)釋熱運(yùn)行時(shí)，打開流體工質(zhì)泵(P)，20-30度較低的流體工質(zhì)從換熱器放熱后流出，通過三通閥流入蓄熱室的進(jìn)口管，從噴口處射入蓄熱室中，與相變材料直接接觸，使其在對(duì)流換熱的作用下從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)化；(5)一段時(shí)間后，頂部的流體工質(zhì)經(jīng)出口管被排出蓄熱室，流回至換熱器，當(dāng)相變材料溫度接近甚至低于相變溫度100-150度時(shí)，由進(jìn)口管的設(shè)定壓力調(diào)節(jié)三通閥，逐漸減少進(jìn)口管的流量，并增加油套中的流量，以對(duì)相變材料進(jìn)一步冷卻，形成一個(gè)循環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的耦合式相變移動(dòng)供熱裝置，其特征在于，所述流體工質(zhì)采用導(dǎo)熱油，其密度為0. 93g/m3。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的耦合式相變移動(dòng)供熱裝置，其特征在于，所述相變材料選用赤藻糖醇，其液相密度為1. 28g/m3,固相密度為1. 45g/m3。
全文摘要
本發(fā)明公開了耦合式相變移動(dòng)供熱裝置及其供熱方法，所述供熱裝置包括油套、設(shè)置在油套內(nèi)的蓄熱室以及換熱器，所述蓄熱室上部設(shè)有流體工質(zhì)出口管，所述蓄熱室下部設(shè)有流體工質(zhì)進(jìn)口管；所述流體工質(zhì)進(jìn)口管和流體工質(zhì)出口管分別穿過蓄熱室和油套，所述流體工質(zhì)進(jìn)口管和流體工質(zhì)出口管分別與換熱器接通；所述換熱器與流體工質(zhì)進(jìn)口管之間串聯(lián)三通閥，所述三通閥的旁路與油套接通；所述換熱器與油套之間設(shè)有回油管。本發(fā)明通過壓力傳感器控制兩種換熱方式的耦合時(shí)間，可以有效地避免噴孔處初始?jí)毫^高而堵塞的問題；其具有熱效率高、蓄熱速度快，系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定。
文檔編號(hào)F28F23/00GK102538063SQ20121006903
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者劉小微, 吳云云, 楊陽(yáng), 章學(xué)來, 袁園, 陳旭東, 韓中 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)