专利名称：一种高温相变储热芯装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于高温相变储能技术领域，具体涉及一种高温相变储热芯装置。
背景技术：
二十世纪中后期开始，世界经济进入高速发展的新时期，生产的高速发展和人民生活水平的快速提高，导致能源消耗急剧增加，而且很多情况下能源还不能合理利用，从而导致能源的大量浪费，这时就需要有种材料能把能量储存起来，需要时再释放出来加以利用。对热能储存材料的认识及研究仅是近几十年的事情，20世纪30年代以来，特别是受80 年代能源危机的影响，贮能的基础理论和应用技术研究在发达国家(美国、加拿大、日本、 德国等)迅速崛起并得到不断发展，材料科学、太阳能、航天技术、工程热物理、建筑物空调采暖通风及工业废热利用等领域的相互渗透与迅猛发展为热能储存材料的研究和应用创造了条件。由于相变材料的应用十分广泛，目前已成为一种日益受到重视的新材料。相变材料作为一种储能材料可以将这些浪费的能源或自然能源储存起来，并根据不同的需求释放出来，使能源得到合理的利用。其应用领域主要包括太阳能热发电、工业热利用以及余热回收、电力调峰、建筑节能、农业温室、航空航天器材等。其中，太阳能的开发与利用则是其中一种行之有效的储能途径。而太阳能热发电更是最有前途的储能方式之一，近年来在世界许多国家得到了快速的发展。针对太阳能热发电的需求，高温相变储能材料成为日益受到重视的新型材料。高温相变材料的种类包括一下几种单纯盐，主要为某些碱金属或碱土金属的氟化物、氯化物以及碳酸盐。金属与合金，比如铝及其合金因其熔化热大，导热性高，蒸汽压力低，是一种较好的蓄热物质。碱，由于其比热高，熔化热大，稳定性强，高温下的蒸汽压力低， 价格便宜，也是较好的蓄热物质。混合盐，最大的优点是物质的熔融温度可调，可根据需要将各种盐类配制成100 1000°C温度范围内使用的蓄热物质。氧化物，大部分用作潜在相变材料的氧化物的使用温度很高，熔化热较大。目前，应用较多的是无机盐相变材料作为储热介质，并测试其储热性能。然而，对高温相变技术的研究，由于高温时材料不稳定性、腐蚀性及测试方法的局限性，使得高温相变技术的应用受到很大限制。比如，高温时无机盐及金属相变材料对容器的腐蚀性很大，减少装置使用寿命；高温时材料可能会挥发或分解，从而腐蚀容器；高温对仪器损伤较大。另外，对于无机盐相变材料，导热性能较差，影响装置的蓄放热性能。因此， 设计高效的相变储热装置对高温相变储热技术的研究和应用具有重要的意义。
发明内容本实用新型的目的就是为了克服储热量低、储热效率小，无机盐导热、换热性能差的缺点而提供一种操作简单、成本低廉、适合高温储热、蓄放热效率高的高温相变储热芯装置。本实用新型提供的高温相变储热芯装置，包括储热单元和温控单元，所述的储热单元包括加热元件、耐蚀容器、换热系统及保温结构；其中，耐蚀容器外壁是立方体形，由耐高温不锈钢焊接而成，中心是圆形空心钢管，空心钢管与耐蚀容器内壁之间焊接有不锈钢翅片，高温相变材料置于耐蚀容器中；加热元件在耐蚀容器的空心钢管中间，由里向外传热；换热系统在耐蚀容器外部，与耐蚀容器焊接为具有一定厚度空气层的密封整体，外观上呈立方体状，装置上口对角处设置有换热气体进、出口 ；保温结构在整个储热单元的外面； 所述的温控单元包括热电偶和控温仪，热电偶测温端套有保护管，置于相变材料里面，另一端与控温仪相连。进一步，本实用新型中所述的高温相变材料为无机盐相变材料的一种或几种，所述无机盐相变材料如氯化锂、碳酸钠或碳酸锂等。所述的加热元件可为硅碳棒，加热温度达1000°C。所述的带翅片的耐蚀容器可为耐高温腐蚀不锈钢316L。所述的换热系统可为气体换热系统。所述的保温结构可由耐高温保温材料组成。所述的热电偶可为K型高温热电偶。所述的控温仪可采用TCW-32A型控温仪。与现有技术相比，本实用新型高温相变储热芯装置结构简单，可制成不同的尺寸， 使用方便，储热温度高，传热效果好，蓄放热效率高，可模块化使用，设备投资少，原料成本低廉易得，操作简易。
图1为本实用新型高温相变储热芯装置的结构示意图。图2为本实用新型高温相变储热芯装置的横截面图示。图3为氯化锂做相变材料时的温度一时间曲线。图4为碳酸钠和碳酸锂混合无机盐做相变材料时温度一时间曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。如图1所示，一种高温相变储热芯装置，该装置包括储热单元和记温控单元，所述的储热单元包括加热温度可达1000°c的加热元件1，耐高温腐蚀的带翅片不锈钢容器2，换热系统3，耐高温的外保温结构4，所述的温控单元包括耐高温热电偶5和控温仪6，热电偶的测温段套有保温管，插在相变材料中，另一端与控温仪相连。装置结构实体图如图2所示，此装置可以根据不同的储热要求做成不同的尺寸，选用无机盐作为相变材料。实施例1 用电子秤称取M=IOkg无机盐相变材料氯化锂(LiCl)，装入高温相变储热芯装置中，将热电偶的测温端套上陶瓷保护管插入到无机盐相变材料中，热电偶另一端接到控温仪上，盖上保温盖。设置控温仪上限温度，接通加热元件电源，对材料进行加热，用一测温仪实时记录装置内材料温度变化情况，绘制出温度一时间曲线。当温度达到相变材料相变温度以上时停止加热，根据材料温度可计算出高温相变储热芯装置的总储热量。
4[0025]装置内材料的温度一时间曲线如图3所示，可以看出，在升降温过程中都有恒温平台出现，平台出现温度在约610°C，且降温时恒温平台长度较长，表明氯化锂相变材料具有很高的储热能力；高温相变储热芯装置的总储热量包括材料的显热和潜热，计算公式为
F = M[Cp(7;-rJ，Aff],其中，I为相变材料的质量，&为相变材料比热容，7；为相变材料
到达的温度，Tw为室温，」//为相变材料的相变热。由公式可计算出使用氯化锂(LiCl)相变材料进行储热时该储热芯装置的储热容量达12MJ，能达到高效储热的目的。实施例2 用电子秤分别称取mi=6kg碳酸钠(Na2CO3)和m2=4kg碳酸锂(Li2CO3)无机盐相变材料，混合均勻后装入高温相变储热芯装置中，将热电偶的测温端套上陶瓷保护管插入到相变材料中，热电偶另一端接到控温仪上，盖上保温盖。设置控温仪上限温度，接通加热元件电源，对材料进行加热，用一测温仪实时记录装置内材料温度变化情况，绘制出温度一时间曲线。当温度达到相变材料相变温度以上时停止加热，根据材料温度可计算出高温相变储热芯装置的总储热量。装置内材料的温度一时间曲线如图4所示，可以看出，在升降温过程中都有恒温平台出现，平台出现温度在约500°C，且恒温平台长度较长，表明碳酸钠(Na2CO3)和碳酸锂 (Li2CO3)混合无机盐相变材料具有很高的储热能力；高温相变储热芯装置的总储热量包括
材料的显热和潜热，计算公式为￡ = (Tn1 + m2) [Cp (7； — Tm)十Δ/ ], Hjp,/；；,和
m2为相变材料的质量，&为混合相变材料比热容，7；为相变材料到达的温度，ι为室温，AH 为混合相变材料的相变热。由公式可计算出使用碳酸钠(Na2CO3)和碳酸锂(Li2CO3)混合相变材料进行储热时该储热芯装置的储热容量达11. 5MJ，能达到高效储热的目的。
权利要求1.一种高温相变储热芯装置，其特征在于包括储热单元和温控单元；所述储热单元包括加热元件、耐蚀容器、换热系统及保温结构，其中，所述耐蚀容器外壁是立方体形，由耐高温不锈钢焊接而成，中心是圆形空心钢管，空心钢管与耐蚀容器内壁之间焊接有不锈钢翅片；高温相变材料置于耐蚀容器中；所述加热元件在耐蚀容器中间，由里向外传热；换热系统在耐蚀容器外部，与耐蚀容器焊接为具有一定厚度空气层的密封整体，外观上呈立方体状，装置上口对角处设置有换热气体进、出口 ；保温结构在整个储热单元的外面；所述的温控单元包括热电偶和控温仪，热电偶测温端套有保护管，置于高温相变材料里面，另一端与控温仪相连。
2.根据权利要求1所述的高温相变储热芯装置，其特征在于所述的高温相变材料为无机盐相变材料。
3.根据权利要求1所述的高温相变储热芯装置，其特征在于所述的高温相变材料为氯化锂、碳酸钠或碳酸锂。
4.根据权利要求1所述的高温相变储热芯装置，其特征在于所述的加热元件为硅碳棒，加热温度达1000°C。
5.根据权利要求1所述的高温相变储热芯装置，其特征在于所述的带翅片的耐蚀容器的材料采用耐高温腐蚀不锈钢316L。
6.根据权利要求1所述的高温相变储热芯装置，其特征在于所述的换热系统采用气体换热系统。
7.根据权利要求1所述的高温相变储热芯装置，其特征在于所述的保温结构由耐高温保温材料组成。
专利摘要本实用新型属于高温相变储能技术领域，具体为一种高温相变储热芯装置。该装置包括储热单元和温控单元，所述的储热单元包括加热元件、带翅片的耐蚀容器、换热系统及保温结构，加热元件在耐蚀容器中间，由里向外传热，耐蚀容器内装相变材料，空气换热系统在容器外部，保温结构在整个单元的外面；所述的温控单元包括热电偶和控温仪，控温仪与热电偶的一端相连。与现有技术相比，本实用新型具有操作简单、成本低廉、适合高温蓄热、蓄放热效率高等优点。
文档编号F28D20/02GK202126198SQ20112016747
公开日2012年1月25日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者张东, 张洋, 李明广, 李月锋 申请人:同济大学