具有空间三维多支路并联风路系统的固体蓄热装置的制作方法

本发明涉及一种固体蓄热装置，特别是具有空间三维多支路并联风路系统的固体蓄热装置。属于蓄热技术领域。

背景技术：

目前的固体蓄热装置中，缺乏对蓄热体内部的通风换热系统的整体设计和考虑。现有技术中，蓄热体内部形成的风道结构本质上是二维结构，比较典型和普遍应用的是在水平面上交替正交的风道结构，其特点是每条风道均独立贯穿整个蓄热体、且相互之间完全隔离，电热丝一般位于其中的多组平行通道中。显然，这样的结构会导致每条换热风道的首尾温差较大、也会导致位于不同通道中的电热丝温差过高等问题。

蓄热体的布风方式，以及内部的风路系统结构，都会对整个蓄热体各部分的温度分布产生影响。如中国专利“固体蓄热装置的气流导向结构（申请号：201720221364.1）”，在壳体入口处设有出风管路，出风管路的出风口呈阶梯排列，对固体蓄热材料层的内通风道进行布风；同时，壳体出口上方处设有倾斜的气流导向板，使得每一层固体蓄热材料内的热量均匀、充分的释放。虽然该专利在一定程度上解决了固体蓄热材料层，也就是通常的蓄热体的进风温度均衡和出风压力平衡问题，但是未对蓄热体内部的风路做出改进，仍然不可避免地存在内部温差过大和不均衡的问题。

蓄热体内部不同蓄热砖之间，以及同一蓄热砖不同空间部位的温差过大，会降低整体的蓄热温度，从而降低蓄热容量、影响吸热和放热特性，降低蓄热系统效率和动态响应性能；电热丝的封闭空间温度过高还会显著减少电热丝的使用寿命等。

此外，蓄热砖的密度较高，堆砌成蓄热体后下部的蓄热砖承重很大，而且底部的耐火绝热砖要承受整个蓄热体的重量。下部的蓄热砖和耐火绝热砖如果在长期高温环境下再承受较大的重量，必然会对机械性能造成影响，轻则减少使用寿命，严重的甚至可能会造成塌炉等事故。因此，需要采取有效措施，减轻单位面积的承重、降低运行环境温度。中国专利“高温固体电热储能炉（申请号：201510082349.9）”，绝缘基础部分由呈矩阵形式分布的绝缘支撑组成，单独构成对绝缘基础部分进行降温的外部独立风道，但是其绝缘隔热层与其上部的低温风道之间的支撑结构并未说明，显然采用第二高温绝缘挡板的话很难承重，而且基本上失去了绝缘隔热层存在的意义。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种具有空间三维多支路并联风路系统的固体蓄热装置，采用三维空间多支路并联风路系统，平衡进风温差、增大换热面积、降低温度梯度、促进换热流动、均衡风道压力等，显著降低不同蓄热砖之间以及同一蓄热砖不同空间部位的温差，提高蓄热容量、吸热放热效率和动态响应性能；同时，减少底部单位面积的承重量、降低运行环境温度，有效提高主要部件的使用寿命等。还具有结构简单、成本较低、运行可靠、维护方便等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述的具有空间三维多支路并联风路系统的固体蓄热装置，包括蓄热体（1）、水平通道（2）、垂直进风通道（3）、垂直出风通道（4）、布风器（5）、布风孔（6）、进风室（7）、导风器（8）、导风孔（9）、出风室（10）、进风口（11）、出风口（12）、电热丝（13）。

蓄热体（1）内部有水平通道（2），以及与其正交的垂直进风通道（3）和垂直出风通道（4），垂直进风通道（3）通过水平通道（2）与垂直出风通道（4）相连通。

水平通道（2）、垂直进风通道（3）、垂直出风通道（4）为对应的多条，在蓄热体（1）内部构成空间三维多支路并联的风路结构。

布风器（5）位于蓄热体（1）的底部，上面开有与垂直进风通道（3）相对应的布风孔（6），仅能使垂直进风通道（3）与进风室（7）连通。

导风器（8）位于蓄热体（1）的顶部，上面开有与垂直出风通道（4）相对应的导风孔（9），仅能使垂直出风通道（4）与出风室（10）连通。

进风室（7）上有进风口（11），出风室（10）上有出风口（12），进风口（11）和出风口（12）与外部风路管道连接。

气体通过进风口（11）进入进风室（7），经由布风器（5）的布风孔（6）布风，分别进入多个垂直进风通道（3），再经对应的多个水平通道（2）和多个垂直出风通道（4）换热后，分别经由导风器（8）的导风孔（9）汇集进入出风室（10），最后通过出风口（12）送出。

电热丝（13）为多组，安装在蓄热体（1）内部。

进一步地，包括底部支撑框架（14），位于进风室（7）内部，支撑在布风器（5）的下方，蓄热体（1）与布风器（5）之间为耐火绝热砖（15），耐火绝热砖（15）上有与布风孔（6）一一对应的通风孔（16）。

进一步地，所述的垂直进风通道（3）的数量和垂直出风通道（4）的数量相同。

进一步地，所述的多条垂直进风通道（3）和多条垂直出风通道（4）交错排列。

进一步地，所述的进风口（11）和出风口（12）分别位于所述的固体蓄热装置的相对的两侧。

进一步地，所述的多组电热丝（13）分别安装在多条水平通道（2）中，或者安装在蓄热体（1）内部与水平通道（2）、垂直进风通道（3）、垂直出风通道（4）均不连通的加热通道（17）中。

进一步地，蓄热体（1）底部的水平通道（2）中，不安装电热丝（13）。

进一步地，所述的水平通道（2）、垂直进风通道（3）、垂直出风通道（4）的内壁上有高温导热涂料（18）。

进一步地，所述的电热丝（13）表面有高温导热防腐涂料（19）。

进一步地，包括绝热层（20），将蓄热体（1）、进风室（7）、出风室（10）完全包裹。

与现有技术相比较，本发明具有如下优点：

1、采用垂直进风通道和垂直出风通道交错排列构成主风路、水平通道构成多分支并联支路，建立了空间三维多支路并联风路系统。实现温度相对均衡的垂直进风，避免各换热面由不同进风温度导致的大温差情况出现；有效增加蓄热砖的换热面积、降低温度梯度，避免出现蓄热砖与换热面之间距离过厚的情况出现。从而显著降低了不同蓄热砖之间以及同一蓄热砖不同空间部位的温差，提高蓄热容量、吸热放热效率和动态响应性能。同时，还具有结构简单、成本较低、运行可靠、维护方便等优点。

2、进风室设置在底部，利用布风器经通风孔进行底部布风，平衡了进风温差，利用进风温度较低的优势，有效降低耐火绝热砖和底部蓄热砖的温度；蓄热体底部的水平通道中不安装电热丝，进一步避免了底部温度过高、影响机械强度的现象发生。从而有效提高了耐火绝热砖和底部蓄热砖的使用寿命。

3、将进风室和出风室分别安装在蓄热体的上下两侧，可有效平衡垂直主风道内部的气体压力，结合布风孔和导风孔的设置，使风路均为垂直进风通道、水平通道、垂直出风通道，使得通过多条垂直进风通道和垂直出风通道的气体流量及流速尽量均衡，有效降低温度梯度，避免由于流速差异过大导致的蓄热体内温差过大的情况。

4、换热过程由垂直进风通道、水平通道、垂直出风通道共同完成，有效增大了换热面积；且垂直通道还可充分利用烟囱效应，自动促进垂直风道内的气体流动。

5、数量相同的垂直进风通道和垂直出风通道空间上交错排列，与水平通道的交界处采用斜面或弧形面结构，尽可能均衡风道压力、消除蓄热装置的内部温差，从而实现均衡换热。

6、电热丝可利用现成的水平通道作为加热通道，并参与气体直接换热，以降低电热丝温度、提高加热和换热效率；也可以出于削弱氧化的目的，安装在与所述的立体风路系统均不连通的独立的水平方向通道中，不影响本设计的总体效果。

附图说明

图1：蓄热装置正视图。

图2：蓄热装置顶视图。

图中：1-蓄热体、2-水平通道、3-垂直进风通道、4-垂直出风通道、5-布风器、6-布风孔、7-进风室、8-导风器、9-导风孔、10-出风室、11-进风口、12-出风口、13-电热丝、14-底部支撑框架、15-耐火绝热砖、16-通风孔、17-加热通道、18-高温导热涂料、19-高温导热防腐涂料、20-绝热层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：

如图1所示为蓄热装置正视图，图2所示为蓄热装置顶视图。所述的具有空间三维多支路并联风路系统的固体蓄热装置包括蓄热体（1）、水平通道（2）、垂直进风通道（3）、垂直出风通道（4）、布风器（5）、布风孔（6）、进风室（7）、导风器（8）、导风孔（9）、出风室（10）、进风口（11）、出风口（12）、电热丝（13）、底部支撑框架（14）、耐火绝热砖（15）、通风孔（16）、加热通道（17）、高温导热涂料（18）、高温导热防腐涂料（19）、绝热层（20）。

图1中，蓄热体（1）内部有水平通道（2），以及与其正交的垂直进风通道（3）和垂直出风通道（4），垂直进风通道（3）通过水平通道（2）与垂直出风通道（4）相连通。水平通道（2）、垂直进风通道（3）、垂直出风通道（4）为对应的多条，在蓄热体（1）内部构成空间三维多支路并联的风路结构。实现温度相对均衡的垂直进风，避免各换热面由不同进风温度导致的大温差情况出现；有效增加蓄热砖的换热面积、降低温度梯度，避免出现蓄热砖与换热面之间距离过厚的情况出现。从而显著降低了不同蓄热砖之间以及同一蓄热砖不同空间部位的温差，提高蓄热容量、吸热放热效率和动态响应性能。

图1和图2中，水平通道（2）为5行、4列，共20条，电热丝（13）安装在水平通道（2）中，蓄热体（1）底部的水平通道（2）中，不安装电热丝（13），因此，电热丝（13）为4行、4列，共16组。图2中，从左向右计算，奇数列为垂直出风通道（4），共8条，偶数列为垂直进风通道（3），共8条，垂直进风通道（3）的数量和垂直出风通道（4）的数量相同，在空间上交错排列，以尽可能均衡风道压力、消除蓄热体（1）的内部温差，从而实现均衡换热。

图1中，布风器（5）位于蓄热体（1）的底部，上面开有与垂直进风通道（3）相对应的布风孔（6），仅能使垂直进风通道（3）与进风室（7）连通。导风器（8）位于蓄热体（1）的顶部，上面开有与垂直出风通道（4）相对应的导风孔（9），仅能使垂直出风通道（4）与出风室（10）连通。气体通过进风口（11）进入进风室（7），经由布风器（5）的布风孔（6）和耐火绝热砖（15）的通风孔（16）布风，分别进入多个垂直进风通道（3），再经对应的多个水平通道（2）和多个垂直出风通道（4）换热后，分别经由导风器（8）的导风孔（9）汇集进入出风室（10），最后通过出风口（12）送出。换热过程由垂直进风通道、水平通道、垂直出风通道共同完成，有效增大了换热面积；且垂直通道还可充分利用烟囱效应，自动促进垂直风道内的气体流动；使得通过多条垂直进风通道（3）和垂直出风通道（4）的气体流量及流速尽量均衡，有效降低温度梯度，实现温度相对均衡的进风，避免各换热面由不同进风温度导致的大温差情况出现，从而将通过蓄热体（1）内部的进风温度温差、出风温度温差都能控制在较小的水平。

图1中，进风室（7）上有进风口（11），位于蓄热体（1）底部，出风室（10）上有出风口（12），位于蓄热体（1）顶部，进风口（11）和出风口（12）与外部风路管道连接；进风口（11）和出风口（12）分别位于所述的固体蓄热装置的相对的两侧。可有效平衡垂直主风道内部的气体压力，使得通过多条垂直主风道的气体流量及流速尽量均衡，有效降低温度梯度，避免由于流速差异过大导致的蓄热体内温差过大的情况。

图1中，底部支撑框架（14），位于进风室（7）内部，支撑在布风器（5）的下方；蓄热体（1）与布风器（5）之间为耐火绝热砖（15），耐火绝热砖（15）上有与布风孔（6）一一对应的通风孔（16），利用进风温度较低的优势，有效降低耐火绝热砖和底部蓄热砖的温度。蓄热体（1）底部的水平通道（2）中，不安装电热丝（13），进一步避免了底部温度过高的现象发生。从而有效提高了耐火绝热砖和底部蓄热砖的使用寿命。

图2中，所述的水平通道（2）、垂直进风通道（3）、垂直出风通道（4）的内壁上有高温导热涂料（18），电热丝（13）表面有高温导热防腐涂料（19）。高温导热涂料（18）可有效增强风路壁面吸收红外辐射和与气体的对流换热能力，高温导热防腐涂料（19）则能够在不影响电热丝（13）向外辐射热量的前提下，提高电热丝（13）的防腐能力，延长使用寿命。

图1和图2中，绝热层（20）将蓄热体（1）、进风室（7）、出风室（10）完全包裹，实现整个蓄热体（1）的保温蓄热。

以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。