一种兼具热储及放热功能的热能储存装置及其用图_2

文档序号:9394836阅读:来源:国知局
【附图说明】
[0024] 图1为现有的微通道热交换器的示意图。
[0025]图2为本发明的兼具热储及热交换功能的热能储存装置示意图。
[0026] 图3为图2的热能储存装置的局部剖面说明图。
[0027] 图4为图2的热能储存装置的热储/热交换机构及热储/热交换单元分解图及其 局部剖面放大图。
[0028]图5为图2的热能储存装置可W并联或串联方式组成热能储存系统的示意图。
[0029] 附图标记说明
[0030] 10热能储存装置 15热效应机构
[0031] 20外部架构 21顶盖板
[0032] 22底盖板 23前盖板
[0033] 24后盖板 30储热放热机构
[0034] 40热储/热交换单元 50热储存板
[00对 52 PCM槽 60热交换板
[0036] 62微管道群组 63微管道单元
[0037] 70集流分流罩体 71中空腔体
[0038] 72管路 73输入管路
[0039] 74输出管路 90微通道热交换器
[0040] 91热交换单元 93第一热交换板
[0041] 94第一微通道 95第二热交换板
[0042] 96第二微通道 F1热传递流体
[0043]F2热传递流体 T1板厚
[0044]T2底部厚度 T3槽道宽度
[004引 T4槽道间隔
【具体实施方式】
[0046] 如图2至图4所示,本发明的热能储存装置10,特性具备储热效率可达94%W上、 储热溫度可达1200°CW上,其结构包括一热效应机构15及两个W上(包含两组、四组或 多组)集流分流罩体70;其中,所述热效应机构15包括一外部架构20及一储热放热机构 30;所述热效应机构15的基础架构选用耐高溫金属材料构成时,在溫度为900°C时,可耐压 500-1000个大气压。
[0047] 所述外部架构20包括一顶盖板21、一底盖板22、一前盖板23及一后盖板24,用于 构成所述热效应机构15的刚性架构。当所述外部架构20与所述储热放热机构30共同组 成所述热效应机构15时,所述储热放热机构30将密封并设置在所述外部架构20的内部。
[0048] 所述外部架构20可选用具隔热效果的耐高溫金属材料制成,为了提升所述热效 应机构15的储热放热能力,所述外部架构20也可选用显热(sensibleheat)储存材料制 成,外面再包覆隔热材料达到隔热效果。
[0049] 如图3及图4所示,所述储热放热机构30由多个热储/热交换单元40交互堆找 而成;每个热储/热交换单元40由一热储存板50及一热交换板60叠合且使用压结技术制 成一个单元体化lockunit)。
[0050] 所述热储存板50可选用显热储存材料制成,设有多个并列的管道槽52,所述热储 存板50的板厚T1为5~20mm,所述管道槽52的底部厚度T2为0. 3~3mm、所述管道槽52 的槽道宽度T3为5~20mm、W及所述管道槽52的槽道间隔T4为0. 3~3mm。
[0051] 所述热储存板50的每个管道槽52的两端,可设成封闭端或开口端,并且使用所 述外部架构20的顶盖板21及底盖板22将每个管道槽52的两端密封;所述热储存板50 的每个管道槽52的槽道槽口,由堆找在前面的另一件热储/热交换单元40W扩散焊接 (difTusion bonding)密封;最外侧的热储/热交换单元40,则使用所述外部架构20的前 盖板23或后盖板24将每个管道槽52的槽道槽口密封。
[0052] 因此,所述热储存板50的每个管道槽52可供相变化材料(PCM材料)存放于其内, 并且使所述热储存板50具备储热及放热功能。所述PCM材料选自碳酸裡化i2C〇3)、氣化裡 化王尸)、氣化钢(化。)、氣化钟脑')、氣化儀曲肖。2)、氣化巧促化)、氧化巧促1〇)、46.5%氣 化裡/II. 5%氣化钢/42%氣化钟混合融烙盐、80. 5%氣化裡/19. 5%氣化巧混合融烙盐或 66. 3%硝酸钢/33. 7%硝酸钟混合融烙盐的其中一种。为了提高PCM材料的热传导系数, PCM材料中亦可适度添加高热传导系数的材料如石墨或金属等。
[0053] 如图4所示,所述热交换板60的板厚为1~4mm,可选用显热储存材料制成,其中 一面设有一组W上(包含一组、两组或多组)的微管道群组62,优选为设有两组分开的"Z" 形微管道群组62 ;其中,所述微管道群组62由多个微管道单元63并列构成,且所述微管道 单元63的管道截面可为任何形状,优选管道截面形状包括管道深度为0. 5~1. 5mm、管道宽 度为1. 0~3. 0mm,且相邻微管道单元63之间的最小壁厚为0. 3~1. 5mm;特优选为所述微 管道单元63设成截面呈直径1. 0~3. 0mm的半圆形微管道单元63。
[0054]如图3所示,所述集流分流罩体70具有一中空腔体71及一管路72与所述中空腔 体71相通。所述集流分流罩体70设于所述热效应机构15的储热放热机构30外部,且利 用所述集流分流罩体70的中空腔体71将所述储热放热机构30的每个热储/热交换单元 40的微管道群组62的进口端或出口端彻底笼罩在其内。
[005引如图5所示,所述集流分流罩体70设于笼罩所述微管道群组62的进口端时,所述 集流分流罩体70的管路72,作为热传递流体的输入管路73使用。所述集流分流罩体70设 于笼罩所述微管道群组62的出口端时,所述集流分流罩体70的管路72,则作为热传递流体 的输出管路74使用。
[0056] 如图2至图5所示,所述热交换板60的不同微管道群组62的进口端及出口端,只 与所对应的集流分流罩体70连接成独立通路。使用时,本发明的热能储存装置10,可W选 择让高溫的或低溫的同质热传递流体进入所有集流分流罩体70的输入管路73,也可W选 择使用高溫的或低溫的同质或异质热传递流体分别进入不同集流分流罩体70的输入管路 73,再从所述集流分流罩体70的中空腔体71分流进入每个热储/热交换单元40的各个微 管道群组62,并与PCM材料产生热传导热交换后,从各个微管道群组62的出口端出来,再经 过笼罩在所述微管道群组62出口端的各个集流分流罩体70的中空腔体71后,由所述集流 分流罩体70的输出管路74汇流出来。
[0057] 换言之,本发明的热能储存装置10的各个微管道群组62,可选择全部用来输入热 能、也可选择全部用来吸取热能,或选择部分微管道群组62用来输入热能同时部分微管道 群组62用来吸取热能。所W,本发明的热能储存装置10具备可同时输入热能、同时吸取热 能或一面输入热能一面吸取热能的功能。
[0058] 当热传递流体(HT巧利用聚热太阳热能加热后,高溫的热传递流体(HT巧通过所 述微管道群组62的微管道单元63之际,经由热传导,将热能输入化eatinput)给存放在所 述热储存板50的PCM材料;反之,当低溫的热传递流体(HT巧通过所述微管道群组62的微 管道单元63时,经由热传导,将吸取从所述热储存板50的PCM材料释放出来的热能化eat extract),而达到加热的目的。
[0059] 尤其是,当热传递流体流过每个热储/热交换单元40的热交换板60的微管道群 组62时,与每个热储/热交换单元40的热储存板50的PCM材料仅W薄壁相隔及进行热交 换,故本发明的热能储存装置10具备高热传效率,储热效率可达92%W上、储热溫度可达 1000°CW上,优选为储热效率可达94%W上、储热溫度达1200°C~1500°C,最优选为储热 效率达99%W上、储热溫度达1500°CW上,远高于一般搭配传统壳、管式(shellandUibe) 热交换器使用的储热效率只达80%的储热器。
[0060] 如图5所示,使用者可将一台热能储存装置10的输出管路74与另一台热能储存 装置10的输入管路73构成串联连接,依此连接方式类推,多台相同规格的热能储存装置10 可构成串联使用的热能储存装置群体;用户可将两台热能储存装置10的输入管路73构成 并联连接W及将各自的输出管路74也构成并联连接,依此连接方式类推,多台相同规格的 热能储存装置10可构成并联使用的热能储存装置群体;除此之外,使用者也可W合并使用 上述串联及并联使用的热能储存装置群体。所W,本发明的热能储存装置10,具备多台相同 规格的热能储存装置10并联或串联或同时并联及串联使用的功能。
[0061] 本发明的热能储存装置10,除了使用热效应机构15的PCM材料达到主要储热效果 之外,也可W利用所述热效应机构15的基础架构选择由显热(sensibleheat)储存材料制 成来附加储热效果。
[006引 实施例
[0063]W下W实施例具体说明本发明的热能储存装置10兼具热储及放热功能,应用于 太阳热能发电系统中作为热能储存时,整体太阳热能发电效率可达35~40%。
[0064] 实
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