专利名称：一种固体储热结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种储热装置，特别涉及一种太阳能光热利用系统中的储热装置。
背景技术：
太阳能是比较理想的清洁能源，但利用上却存在时效性问题，日照期间所接受的能量超过所需，日落之后却无法发挥作用。因而如何把日照时多余的能量储存起来，以用于日落后系统的持续运行，即取有余以补不足，成为实现太阳能热利用装置连续运行的关键问题。现有的太阳能储存技术中，有报道或使用过多种储热介质。近年有报道在实验室中获得以特定材料作基体支撑的复合相变材料(定形相变材料)，用以储存热量，但其存在导热系数低的缺点，而且相变材料在储热过程中发生相变，由于体积的变化，容易发生漏露的隐患。另外，工业上也有使用三元铝合金用以作为相变储存材料，多次循环使用对于储热性能，例如相变储热的温度、寿命等参数有负面作用，因为储热材料本身在工作过程中进行反复的固液相变，杂质元素将会影响其使用性能和使用寿命。目前现有的已经工业化的太阳能热发电机组多利用无机盐做储热材料，但无机盐在相变过程中存在过冷和相分离的缺点，影响了储热能力，并且其凝固温度过高，造成夜间为保证其不凝固而进行的保温循环热损失较大，一旦系统出现凝固点后处置困难，存在安全隐患；熔盐系统管路中使用的泵、阀价格昂贵且使用寿命也比较短，而且无机盐具有毒性，容易泄漏发生火灾，且泄漏会对环境造成的污染。固态储热方案有混凝土储热，成本较高，导热系数较低等等；砂石储热，虽然价格便宜，但导热率低，换热困难，不能定型自支撑，影响使用；固体金属或合金储热虽然机械强度好，导热率高，但价格昂贵。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种成本低廉、导热好，热容大，储热性能好，可应用于多领域储热的固体储热结构。本实用新型提供了一种固体储热结构，所述固体储热结构是由固体储热块和粘接填充材料形成的立体贯通层状或网格状结构；所述固体储热块形状规则；所述粘结填充材料具有高导热率；所述立体贯通层状或网格状结构是由粘接填充材料填充固体储热块形成的空隙构成。优选地，所述固体储热材料为中空结构，其中所述中空结构内布置一定温度范围内有可相变的填充物质。优选地，所述固体储热块的规则形状外形为板形、条形、块形、环形、棍形等。优选地，所述固体储热结构包含一种或多种形状或尺寸的固体储热块。优选地，所述固体储热块的表面平整，并通过喷砂或腐蚀或雾化等方式获得外表面的微观的大表面积。[0010]优选地，所述固体储热块的表面涂有涂层，例如铜、铝、铬、镍、银或锡等金属及合金等高导热金属涂层或其它高导热易粘接涂层，以进行的粘结填充材料的粘接、焊接和熔融浸润，减少空隙，增强导热效果，提高结合力。优选地，所述粘结填充材料为高导热率金属片材。优选地，所述粘结填充材料包括粘结剂；所述粘结剂涂覆于高导热金属片材表面或固体储热块表面。优选地，所述固体储热结构内部布置有换热管道系统。优选地，所述换热管道为金属管道系统。优选地，所述部分换热管道为固体储热块贯通孔洞形成的孔洞换热通道。优选地，所述固体储热结构的外部包覆有金属薄片，减少空气侵入，延长使用寿命。进一步，所述固体储热结构的外部包覆一定厚度的低导热率绝热材料或绝热结构，减少热量散失，提高储热效能。本实用新型所述固体储热结构可应用于太阳能光热利用系统。本实用新型的固体储热介质不具有流动性，储热利用固体显热性能储热，运行安全；整个固体储热块表面平整且具有微观大表面积，且致密涂覆有高导热涂层，能改善与粘接填充材料的粘接焊接性能，获得良好界面换热性能。规则固体储热块按一定规律堆砌， 在三维空间均具有连续的界面缝隙，可方便有效的布置整体片状填充材料，且同时在固体储热结构内部嵌入布置换热管道，通过粘接或焊接或熔融固化使高导热率金属片材能有效填充固体储热块的空隙，使之形成均勻地分布于整个固体储热结构空间内立体紧密层状或网格状结构，大量增强了多界面之间的传热，使介质整体具有良好的热导率及整体换热性能。同时，相对于固体储热材料的体积或质量，粘接填充材料体积或质量可以很小，因此成本很低。该固体储热结构采用低成本固体储热块和低体积或质量比的粘结填充材料，总体成本低、导热好、热容大，可应用于各种储热应用，特别是太阳能光热利用系统。
下面参照附图对本实用新型的具体实施方案进行详细的说明，附图中图1是本实用新型固体储热块整体结构用于高温的第一实施例示意图；图2是本实用新型固体储热块整体结构用于中温的第二实施例示意图；图3是本实用新型固体储热块整体结构用于低温的第三实施例示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型进行进一步的详细说明。图1是本实用新型固体储热块整体结构用于高温的第一实施例示意图；如图1所示，固体储热结构1由多块规则形状的固体储热块2，优选为一种或多种形状或尺寸的固体储热块2堆砌而成，具体包括固体储热块2和高导热率的粘结填充材料3 ；二者整体形成的高热导储热固体储热结构1。在固体储热结构1内部布置有换热管道4，优选为金属换热管道4，高导热粘接填充材料3与换热管路4紧密良好接触，比如焊接；如果热量输入介质为气态，例如空气，换热管道4的换热输入管道4-1可以为固体储热块2开孔贯通的孔洞换热通道；外部布置保护固体储热结构1的金属薄片5。其中固体储热块2优选为岩石、陶瓷、玻璃、石墨、金属或混凝土等。优选地，陶瓷、金属和混凝土为中空结构，其中中空结构内布置有可相变的填充物质。优选地，填充物质为低熔点金属、合金。优选地，填充物质为有机材料，例如浙青、甘油、石蜡中的一种或几种。优选地，固体储热块2的形状为板形、条形、块形、环形、棍形等。优选地，固体储热块2的表面平整且具有大的比表面积。优选地，固体的表面涂有金属涂层，例如铜、铝、铬、镍、银或锡等金属及合金，方便进一步进行的粘结填充材料3结合的浸润，减少空隙，提高结合力，增强导热效果。优选地，涂层采用真空镀、化学镀或喷涂方式加工，增强渗透性和结合力，改进导热效果。粘结填充材料3为高导热率金属片材，优选地，高导热率金属片材为纯铝、铁、锡、锌、铅、铜及其合金中的一种或几种。高温固体储热结构1中粘结填充材料3的高导热率铝金属片材在高温下，例如 700°C，熔化成液态且在浸润剂的添加下浸透进入表面已预涂金属涂层的固体储热结构1 的空隙，使得固体储热块2同时与换热管路紧密相连，熔融固化冷却后成为整体，优选地， 该过程在真空环境下完成，减少气隙及氧化；具体尺寸，例如为200mmX 200mmX IOOOmm的长方形石块，多个固体储热块2规则堆砌，具有很少的孔隙率；以防止因为温度变化引起的膨胀不一致情况，粘结填充材料3在的高导热率金属片材的尺寸小于固体储热块2尺寸， 例如为200mmX200mmX3mm ；且换热管道为相互独立的两管道，分别为换热输出管道4_1和换热输入管道4-2 ；—定间距上焊接置于固体储热块2间隙高导热率金属片材。在IOOOmm 的长度上间隔布置5片，整体宏观上，高导热率金属片材总体积为固体储热块2体积的 3. 04%，假定高导热率金属片材为铝或铝合金，因其密度与石块密度相近，可以总体估算高导热率金属片材占总质量的4%左右的用量，同时保证固体储热块2之间的缝隙时间的导热能力。图2是本实用新型固体储热块整体结构用于中温的第二实施例示意图；图2示意了应用于中温的多层固体储热块2与粘结填充材料3横竖交替布置的第二实施例的结构单元，规则的固体储热块2按不同的方位布置，其较图1显示单元更加具有各向同性的导热率，均温性能更加优良；粘结填充材料3的高导热率金属片材表面涂有低熔点金属粘结剂， 例如锡层，在中温下，例如300°C，片材不发生熔化，而涂覆于其表面之上的低熔点金属粘结剂处于熔融状态，浸透进入固体储热结构1的空隙内，与固体表面预涂的金属涂层浸润，使得固体储热块2与固体储热结构1内部布置U型的换热管道4(分别为换热输入管道4-1 和换热输出管道4- 紧密相连，冷却后与固体储热块2表面的涂层共同凝固焊接固化形成中温的储热固体结构1整块；优选地，该过程在真空环境下完成，减少气隙及氧化。图3是本实用新型固体储热块整体结构用于低温的第三实施例示意图；图3显示了应用于低温的多层圆形的表面平整且具有大表面积的固体储热块2与粘结填充材料 3交替布置第三实施例的结构单元；固体储热块2表面预涂高导热易粘接涂层并可进一步预涂导热胶，粘结填充材料3的高导热率金属片材表面也可预涂导热胶，在低温下，例如， 150°C，导热胶固化使得固体储热块2与固体储热结构1内部布置U型的换热管道，分别为换热输入管道4-1和换热输出管道4-2紧密相连，完成固体储热结构1成型；优选地，该过程在真空环境下完成，减少气隙及氧化；。假定固体储热块2的直径为1. 5m，高度为50mm， 每个高导热率金属片材厚度为3mm，固体储热结构1的总高度为1. 5m，则高导热率金属片材的质量占整个固体储热结构1的总质量的大约为6% ；假定固体储热块2的储热温差为 100°C，例如25 125°C，则整个固体储热块2的总储热热量大于250kwh。[0030]为了减少固体储热结构1的腐蚀，结构外部布置有金属薄片5，如图1 3，金属薄片5位于固体储热块2的外部阻隔外部的水汽和氧气，以防固体储热结构1的粘结填充材料3的氧化，以维持长期的高导热率；在固体储热结构1的外部布置低导热率的保温层，以固体储热结构1的热量的损失。在进一步的设计中，优选地，在所述金属管路系统中配置翅片，以增强换热面积和换热能力；优选地，在导热能力满足要求的情况下，可尽量减少粘结填充材料3用量，以降低成本，同时尽量加大粘结填充材料3与固体储热块2间的接触面积，增强热传能力。优选地，在保证导热效果的前提下，尽量降低与固体储热块2相比价格较高的粘结填充材料3使用量，降低总体成本；同时在保证粘结填充材料3能充分流动并填充空隙的前提下，尽量加大粘结填充材料3与固体储热块2的接触面积，增强热传能力。高热导率粘结填充材料3的立体网状结构相对均勻的分布于整个储热介质空间内，且换热管道4通过熔融或焊接或粘结的方式连接于高热导率粘结填充材料3，大大增强了热能的传递，使介质整体具有良好的热导率。本实用新型提供了一种由固体储热结构1，通过高热导率的材质熔融、焊接或粘结的方式置于固体储热结构之中，在固体储热块的内部空间形成由高热导率材质构成的立体贯通网状结构，将固体储热块固定形成一个整体，具备自支撑能力；该固体储热介质不具有流动性，储热利用固体显热性能储热，运行安全；整个储热介质紧密形成一体，大量增强了多界面之间的传热，且高热导率材质的立体网状结构相对均勻的分布于整个储热介质空间内，大大增强了热能的传递，使介质整体具有良好的热导率；并且该储热介质的主要部分所选材料成本低廉，来源丰富，制作简单，具有很高的性能价格比；同时由于不存在熔盐类物质的低温凝固后影响流动的问题，可以具有很大的换热温差，扩大了使用温度范围，因此具有更大的储热能力；该固体储热结构成本低、导热好、热容大，可应用于各种储热应用，特别是太阳能光热利用系统。显而易见，在不偏离本实用新型的真实精神和范围的前提下，在此描述的本实用新型可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本实用新型所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。
权利要求1.一种固体储热结构(1)，其特征在于，所述固体储热结构(1)是由固体储热块(2) 和粘接填充材料(3)形成的立体贯通层状或网格状结构；所述固体储热块(2)形状规则； 所述粘结填充材料(3)具有高导热率；所述立体贯通层状或网格状结构是由粘接填充材料 (3)填充固体储热块(2)形成的空隙构成。
2.根据权利要求1所述的一种固体储热结构(1)，其特征在于，所述固体储热块(2)表面平整且具有大表面积；且表面涂有金属涂层或高导热易粘接涂层。
3.根据权利要求1所述的一种固体储热结构(1)，其特征在于，所述固体储热块(2)的外形为板形、条形、块形、环形、棍形。
4.根据权利要求1所述的一种固体储热结构(1)，其特征在于，所述固体储热块(2)为中空结构，内部填充物质为低熔点金属、合金。
5.根据权利要求1所述的一种固体储热结构(1)，其特征在于，所述粘结填充材料(3) 为高导热率金属片材。
6.根据权利要求1所述的一种固体储热结构(1)，其特征在于，所述粘结填充材料(3) 包括粘结剂。
7.根据权利要求1所述的一种固体储热结构(1)，其特征在于，所述固体储热结构(1) 内部包括换热管道G)。
8.根据权利要求6所述的一种固体储热结构(1)，其特征在于，所述固体储热结构(1) 内部换热管道(4)为固体储热块O)内部贯通的孔洞换热通道。
9.根据权利要求1所述的一种固体储热结构(1)，其特征在于，所述固体储热结构(1) 的外部包覆有金属薄片(5)。
专利摘要本实用新型提供一种固体储热结构，所述固体储热结构是由固体储热块和粘接填充材料形成的立体贯通层状或网格状结构；所述固体储热块形状规则；所述粘结填充材料具有高导热率；所述立体贯通层状或网格状结构是由粘接填充材料填充固体储热块形成的空隙构成。本实用新型的固体储热介质利用固体显热性能储热，运行安全，加工简单，成本低廉；高热导率材质的立体网状结构相对均匀的分布于整个储热介质空间内，大大增强了热能的传递，使介质整体具有良好的热导率；该固体储热结构导热好、热容大，可应用于各种储热应用，特别是太阳能光热利用系统。
文档编号F28D20/02GK202066400SQ201120118630
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者刘阳 申请人:北京实力源科技开发有限责任公司