一种车载式蓄热设备的制作方法

本实用新型涉及一种蓄热装置，更具体地说是一种可移动式用于能源存储的车载式蓄热设备。

背景技术：

工业生产过程产生许多余热和废热未能利用而白白浪费掉，但同时又有大量用户依靠自备燃气或燃油锅炉来满足生产热能需要，从而造成了无法估量的能源损失，同时产生了大量的环境污染。在当前国家节能减排和环境保护日益重视下已经不符合政府对生产单位的要求。例如一些工厂生产产生的余热蒸汽寻找出路就成为工厂增益的迫切要求；或者热电厂在白天和夜间用电供需失衡，冬季取暖高峰负荷缺口和夏季富余热能来增加收益对其也是一道难题。如果能够把其他地方的余热或者谷电不用管道运输过来，补充满足冬季高峰负荷缺口，把夏季生产的富余热能移走加以利用，是解决以上问题的可行方法。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是，如何把余热移走利用起来，与有热能需要的用户有机连接，可以供应蒸汽或热水给用户使用。

本实用新型提供了一种车载式蓄热设备，具体的技术方案是，谷电以电热元件加热形式而余热以蒸汽或热水经由套管式换热器换热形式输入蓄热车。在蓄热车厢主体安装存储热能的蓄热器。蓄热器通过蓄热器支撑与车板保持一定距离。蓄热车外部箱体与蓄热器之间以及车板与蓄热器之间填充保温材料防止热损。蓄热器内安放蓄热物质储存能量，所涉及的蓄热物质包括固体陶瓷蓄热球、封装相变材料的蓄热球以及与循环流体之间具有明显的密度差并且在使用温度范围内不反应不互溶的有机物作为蓄热物质。蓄热器顶部两侧安放膨胀管，用来吸纳流体高温膨胀部分。顶部中间位置为电加热元件直接通到蓄热器底部。顶部尾端中间位置为柱形槽，柱形槽内安装循环泵。

为了便于安装同时节省空间，柱形槽部分嵌入蓄热器内，但柱形槽底部密闭与蓄热器内部流体隔离。流体收集管穿过柱形槽连接循环泵入口，循环泵出口与穿过柱形槽的另一管道相连，该管道与套管换热器内管腔体相连。套管换热器为蛇形，垂直放置，其直管段部分与电加热管交叉安装。套管换热器内管腔体另一端与蓄热器底部的流体分配器相通。套管换热器外部套管进口管道和套管换热器外部套管出口管道穿过蓄热器底部并从蓄热车侧面或尾部引出与外部流体的进口和出口相连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是，架起了余热资源回收利用的桥梁，改变了传统供能方式，实现了对电力和燃气供热系统的削峰填谷，达到了利用余热资源的目的，进而减少了污染排放。

附图说明

附图1为车载式蓄热设备各部件在右侧图显示，图中标注：101-蓄热器； 102-蓄热物质；103-循环流体；104-膨胀管；105-电加热元件；106-柱形槽；107- 循环泵；108-流体收集器主管；109-流体收集器支管；110-套管换热器；111-流体分配器主管；112-流体分配器支管；113-热流体入口；114-热流体出口；115- 蓄热器支撑；116-蓄热车厢体；117-保温材料。

附图2为车载式蓄热设备各部件在主视图显示，图中标注：201-蓄热器； 202-蓄热物质；203-循环流体；204-膨胀管；205-电加热元件；206-柱形槽；207- 循环泵；208-流体收集器主管；209-流体收集器支管；210-套管换热器；211-流体分配器主管；212-流体分配器支管；213-热流体入口和出口；215-蓄热器支撑； 216-蓄热车厢体；217-保温材料。

附图3为车载式蓄热设备各部件在俯视图上显示，图中标注：301-蓄热器； 302-蓄热物质；304-膨胀管；305-电加热元件；306-柱形槽；307-循环泵；308- 流体收集器主管/流体分配器主管；309-流体收集器支管/流体分配器支管；310- 套管换热器；316-蓄热车厢体；317-保温材料。

附图4为套管换热器示意图，图中标注：401-套管换热器外部套管；402- 套管换热器内管；403-套管换热器外部套管入口；404-套管换热器外部套管出口； 405-循环流体入口；406-循环流体出口。

附图5为流体分配器示意图，图中标注：501-流体分配器主管；502-流体分配器支管；503-流体分配器支管开孔。

附图6为流体收集器示意图，图中标注：601-流体收集器主管；602-流体收集器支管；603-流体收集器支管开孔。

具体实施方式

首先针对蓄热物质与循环流体直接接触式相变蓄热情况下，对本实用新型在蓄热和放热过程加以说明。

谷电蓄热：由于是蓄热物质与循环流体直接接触式相变蓄热情况，蓄热物质密度高于循环流体密度，因此循环流体与蓄热物质有明显分层，放热完成的蓄热物质以固态形式沉淀在蓄热器底部，蓄热颗粒或晶体间存在大量微孔，微孔间隙由循环流体填充，而大部分的循环流体漂浮在蓄热物质的上部。通过电加热元件将谷电转换成热能，电加热元件发热将能量传递给周围的循环流体和蓄热物质，使周围的蓄热物质最先熔化，造成电加热元件周围的微孔扩大。在循环泵的作用下，循环流体经由流体收集器收集并泵到套管换热器换热后进入蓄热罐底部，通过流体分配器促使流体向上强制流动，实现内循环，将携带热量的热流体强制与周围的冷流体和蓄热物质进行热交换，热量逐步扩散给周围流体和蓄热物质，系统逐步升温至蓄热物质完全相变，蓄热过程完成。

谷电放热：启动循环泵，在吸力作用下，循环流体通过流体收集器支管顶部的开孔流入流体收集器支管，并汇集到流体收集器主管后进入循环泵，泵入套管换热器内管，给进入套管换热器外部套管腔体内的流体加热，循环流体温度降低，从套管换热器出来后进入蓄热器底部的流体分配器主管，并通过流体分配器支管的各开孔使流体强制向上流动，与周围的循环流体和蓄热物质换热，逐步到达蓄热器顶部，温度上升，再次进入流体收集器参与下一次的换热循环，直至蓄热物质完全相变，由液体转变成固态，放热完成。

余热蓄热：携带余热的流体进入蓄热器内套管换热器外部套管腔体内，一方面给套管换热器外部的循环流体换热，使周围的固态蓄热物质间微孔加大，促进内循环的流动；另一方面携带余热的流体与套管换热器内管循环流体换热，释放出热量后从套管换热器外部套管腔体内流出蓄热器。而蓄热器内循环流体在循环泵作用下，一方面促使套管换热器周围吸收热量的流体升温并逐步扩散；另一方面通过强制循环，使进入套管换热器内管的循环流体吸收热量后通过蓄热器底部流体分配器扩散到蓄热器内的蓄热物质周围，通过换热使蓄热物质温度升高，直至完全发生相变，蓄热完成。

余热放热：用户流体从外部流体入口进入蓄热器内套管换热器外部套管腔体，一方面吸收蓄热器腔体内蓄热物质的能量，另一方面与进入套管换热器内管的循环流体换热，用户流体升温后从套管换热器外部套管流出，而套管换热器内管的循环流体降低温度后，在循环泵作用下从套管换热器内管流出进入蓄热器底部的流体分配器，并强制向上流动与蓄热物质发生热交换，温度升高后从蓄热器顶部的流体收集器进入循环泵再次参与换热，直至蓄热器内蓄热物质放热完成，由液态转变成固态。

下面结合附图对本实用新型的实施例加以说明：

本实用新型设备既适合于谷电下载蓄热也适合于利用工业余热和废热的蓄热，通过车载形式将热能加以转移利用，谷电以电加热元件(105)加热形式而余热以蒸汽或热水形式经由套管式换热器(110)换热形式输入移动蓄热车。

参考附图1，在蓄热车厢体(116)安装存储热能的蓄热器(101)。蓄热器(101)通过蓄热器支撑(115)与车板保持一定距离。蓄热车厢体(116)与蓄热器(101)之间以及车板与蓄热器(101)之间填充保温材料(117)防止热损。蓄热器(101)内安放蓄热物质(102)储存能量，所涉及的蓄热物质(102) 既包括固体陶瓷蓄热球、封装无机/有机相变材料的蓄热球以及与循环流体(103) 之间具有明显密度差并且在使用温度范围内不反应不互溶的有机物作为蓄热物质(102)。所适合的循环流体(103)具有耐高温、低蒸汽压、低粘度和稳定安全的特点，可采用包括水、熔盐、二甲苯基醚、氢化三联苯、有机硅油、联苯- 联苯醚混合物、乙二醇水溶液。

蓄热器(101)顶部两侧安放膨胀管(104)，膨胀管(104)底部要高于蓄热器(101)顶部，用来吸纳流体高温膨胀部分；蓄热器(101)顶部中间位置为电加热元件(105)直接通到蓄热器(101)底部；顶部尾端中间位置为柱形槽 (106)，柱形槽(106)内安装循环泵(107)，为便于安装同时节省空间，柱形槽(106)部分嵌入蓄热器(101)内，但柱形槽(106)底部密闭与蓄热器(101) 内部循环流体(103)隔离，流体收集管穿过柱形槽(106)连接循环泵(107) 入口，循环泵(107)出口与穿过柱形槽(106)的另一管道相连，该管道与套管换热器内管(402)腔体相连。

套管换热器内管(402)腔体出口端与蓄热器(101)底部的流体分配器相通。首先循环流体(103)进入流体分配器主管(111)然后通过流体分配器支管(112)上的开孔挤压周围流体向上运动。流体分配器支管开孔(503)与水平的角度a范围为15度至90度之间，两侧对称开孔，每个孔洞大小为2毫米至 10毫米之间，各开孔间隔为20毫米至200毫米之间。向上运动的循环流体(103) 与蓄热物质(102)进行热交换，温度逐渐升高后到达蓄热器(101)顶部，进入流体收集器支管(602)并汇集到流体收集器主管(601)。流体收集器支管开孔 (603)位置在顶部，防止固体颗粒进入堵塞管路。流体收集器支管开孔(603) 尺寸在2毫米至10毫米之间，各孔间距为20毫米至200毫米之间。循环流体(103) 从流体收集器主管(601)被柱形槽(106)内的循环泵(107)吸入泵进套管换热器内管(402)，经换热后进入蓄热器(101)底部的流体分配器主管(501)内进行下一个换热循环。套管换热器外部套管进口(403)和套管换热器外部套管出口(404)管道穿过蓄热器(101)底部并从蓄能车侧面或尾部引出与外部流体的进口和出口相连接。

套管换热器(110)如附图4所示，结构为蛇形结构，垂直放置，与电加热元件(105)交叉安装，便于蓄热物质(102)蓄热过程中通过电加热元件(105) 或套管换热器外部套管(401)外壁加热熔融周围物质，扩大微孔，加速流体循环，提高蓄热效率，减少蓄热完成时间。套管换热器(110)主要材料为不锈钢材质，其中套管换热器外部套管(401)可选择不锈钢无缝管或不锈钢波纹管，这要根据耐压要求确定，当选用不锈钢波纹管换热效果好。循环流体(103)进入套管换热器内管(402)，而外部流体进入套管换热器外部套管(401)，主要是考虑外部流体可同时与套管换热器(110)外部的流体和套管换热器内管(402) 流体换热，换热面积增大，效果提高。