专利名称：金属相变储能蒸汽锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蒸汽锅炉，尤其涉及一种利用金属相变进行储能的金属相变储能蒸汽锅炉。
背景技术：
现有的高温相变储能装置大多是用空气将热量从储热体内提取出来并传递给被加热物质的，在相同温升的情况下，无论从单位质量还是单位体积来看，空气的载热密度小，相同负荷时供热管路的直径很大。重要的是，现有的金属相变储能热水和热风装置是用空气将热量从储热体内提取出来以加热水，水只升温而不沸腾汽化，即只能产生热水或热风而不能产生蒸汽。上述这些缺点都限制了现有储能装置的实际推广使用。
发明内容
本储能蒸汽锅炉采用储热器和锅炉一体化的结构，由电热元件、金属相变储能材料、壳体及保温层组成，其特征是电热元件直接放置于金属相变储能材料之中；金属相变储能材料与水置于壳体内，中间用隔板将其分开；壳体外包覆保温层。该锅炉的能量传递过程为加热过程中电加热元件将电能转化为热能传递给与之接触的金属相变储能材料并储存起来，使储能材料温度升高，温度到达熔点后熔化，以显热和潜热的方式将热量储存起来；提热时，储存于金属相变储能材料中的热量通过金属相变储能材料与水之间的隔板传递给水，使水温升高并最终至沸腾产生蒸汽，蒸汽压力可控。本锅炉采用的金属相变储能材料为铝基二元合金铝硅、三元合金铝硅铁、铝硅镁、铝镁锌之一或其混合物，储能密度可以达到2000～3000MJ/m3，工作温度为360～600℃。利用上述合金作为储能材料设计制造的金属相变储能蒸汽锅炉具有体积小，效率高，寿命长和良好的性能价格比。装置的热效率根据储能量大小和供热型式，可达92～98％。因此本发明克服了现有储能式热风装置和储能热水锅炉而不能供应蒸汽的缺点，使其具有良好的工程实用价值。与公知技术相比本发明具有的优点及积极效果(1)结构紧凑，加工方便；(2)产生的蒸汽压力和温度可控；(3)可自动调整加热面积，适合提热需要。
图1为金属相变储能蒸汽锅炉结构示意图。从图1可看出，本锅炉由以下的主要组件组成电热元件(1)、金属相变储能材料(2)、壳体(3)、隔板(4)及保温层(5)；电热元件直接放置于金属相变储能材料之中；金属相变储能材料与水置于壳体内，中间用隔板将其分开；壳体外包覆保温层。电加热元件采用低发热密度的管式发热元件，保护管由耐热合金制成，并在外表喷涂特制的高温防腐涂料或氧化铝涂层。壳体及隔板由碳钢或不锈钢制成，壳体及隔板内外壁喷涂特制的高温防腐涂料。采用保温材料优化组合成多层结构的高效保温层对储能蒸汽锅炉进行保温。
具体实施例方式
实施例1将Al-Si合金作为储能材料，按图1说明中所述要点设计、加工和安装组成一台金属相变储能蒸汽锅炉，其储能能力折合电量为7.6KWh。该锅炉由电热元件(1)、金属相变储能材料(2)、壳体(3)、隔板(4)、保温层(5)和压力控制调节器组成；电热元件直接放置于金属相变储能材料之中；金属相变储能材料与水置于壳体内，中间用隔板将其分开；壳体外包覆保温层。电加热元件采用低发热密度的管式发热元件，保护管由耐热合金制成，并在外表喷涂特制的高温防腐涂料或氧化铝涂层。壳体及隔板由碳钢或不锈钢制成，壳体及隔板内外壁喷涂特制的高温防腐涂料。采用保温材料优化组合成多层结构的高效保温层对储能式热水器进行保温。该锅炉的能量传递过程为加热过程电加热元件将电能转化为热能传递给与之接触的金属相变储能材料并储存起来，使储能材料温度升高，温度到达熔点后熔化储能；提热时，储存于金属相变储能材料中的热量通过隔板传递给锅炉内的水使水温升高，最终沸腾产生蒸汽。该锅炉的电热元件功率为3kW，加热2.8小时金属相变储能材料被加热至融化。锅炉的供热功率为7-10kW，可在25℃水温升的情况下以5-10升/分钟的流量连续供应常压蒸汽1.3个小时。锅炉外填充纳米保温材料、硅酸铝纤维和玻璃纤维等作为多层保温结构。对整个锅炉运行测试表明，热效率达92.4％。装置运行一年来，性能稳定，供热功率几乎没有变化。
实施例2将Al-Si-Mg合金作为储能材料，按图1说明中所述要点设计、加工和安装组成一台金属相变储能蒸汽锅炉，其储能能力折合电量为22.5KWh。该锅炉由电热元件(1)、金属相变储能材料(2)、壳体(3)、隔板(4)、保温层(5)和压力调节器(6)组成；电热元件直接放置于金属相变储能材料之中；金属相变储能材料与水置于壳体内，中间用隔板将其分开；壳体外包覆保温层。电加热元件采用低发热密度的管式发热元件，保护管由耐热合金制成，并在外表喷涂特制的高温防腐涂料。壳体及隔板由碳钢或不锈钢制成，壳体及隔板内外壁喷涂氧化铝涂层。采用保温材料优化组合成多层结构的高效保温层对储能蒸汽锅炉进行保温。该锅炉的能量传递过程为加热过程由加热元件将电能转化为热能传递给与之接触的金属相变储能材料并储存起来，使储能材料温度升高，温度到达熔点后熔化储能；提热时，储存于金属相变储能材料中的热量通过隔板传递给锅炉内的水使水温升高，最终沸腾产生蒸汽。该锅炉的电热元件功率为5kW，加热5.1小时则金属相变储能材料加热至融化。锅炉的供热功率为8-12kW，可在25℃水温升的情况下以5-10升/分钟的流量连续供应1.2M Pa，104℃蒸汽3.2个小时。锅炉外填充纳米保温材料、硅酸铝纤维和玻璃纤维等作为多层保温结构。对整个锅炉运行测试表明，热效率达93.6％。装置运行一年来，性能稳定，供热功率几乎没有变化。
权利要求
1.一种金属相变储能蒸汽锅炉，由电热元件、金属相变储能材料、壳体及保温层组成，其特征是电热元件直接放置于金属相变储能材料之中；金属相变储能材料与水置于壳体内，中间用隔板将其分开；壳体外包覆保温层。
2.一种金属相变储能蒸汽锅炉，以熔点为360～590℃的金属作为储能材料，其特征是金属为铝基二元合金铝硅、三元合金铝硅铁、铝硅镁、铝镁锌之一或其混合物。
3.根据权利要求1所述的金属相变储能蒸汽锅炉，其特征是管式电热元件采用3-4W/cm3低功率密度的管式发热元件，管外表面喷涂特制的高温防腐涂料或氧化铝涂层。
4.根据权利要求1所述的金属相变储能蒸汽锅炉，其特征是金属相变储能材料与水通过它们之间隔板的导热进行热交换，产生的蒸汽其压力通过压力自动调节伐和安全伐调控。
5.根据权利要求1所述的金属相变储能蒸汽锅炉，其特征是盛装金属相变储能材料的容器即壳体容器是由碳钢或1Cr18Ni9Ti不锈钢制成，在外表喷涂特制的高温防腐涂料或氧化铝涂层。
全文摘要
一种金属相变储能蒸汽锅炉，由电热元件(1)、金属相变储能材料(2)、壳体(3)、隔板(4)、保温层(5)和压力控制调节器组成；电热元件直接放置于金属相变储能材料之中；金属相变储能材料与水置于壳体内，中间用隔板将其分开；壳体外包覆保温层。电热元件采用低发热密度的管式发热元件，保护管由耐热合金制成，并在外表喷涂特制的高温防腐涂料或氧化铝涂层。壳体及隔板由碳钢或不锈钢制成，壳体及隔板内外壁喷涂特制的高温防腐涂料或氧化铝涂层。采用保温材料优化组合成多层结构的高效保温层对储能蒸汽锅炉进行保温。该锅炉的能量传递过程为加热过程电热元件将电能转化为热能传递给与之接触的金属相变储能材料并储存起来，使储能材料温度升高，温度到达熔点后熔化储能；提热时，储存于金属相变储能材料中的热量通过隔板传递给锅炉内的水使水温升高，最终沸腾产生蒸汽，蒸汽压力和温度可控。锅炉外填充保温多层结构，锅炉热效率达90％以上。
文档编号F22B1/00GK101067488SQ20071002798
公开日2007年11月7日 申请日期2007年5月14日 优先权日2007年5月14日
发明者张仁元, 陈观生, 柯秀芳, 毛凌波, 李风, 朱文洁, 陈枭 申请人:广东工业大学