有碳素導熱表層的砂石儲熱方法及其裝置與流程

本發明屬于儲熱技術領域，涉及一種有碳素導熱表層的砂石儲熱方法及其裝置。

背景技術：

在儲熱技術領域,采用廉價易得的砂石作儲熱材料一直是相關科技工作者的追求目標。但砂石的導熱系數小，用它作為儲熱材料傳熱慢，因此就需要分布密度大的傳熱流體介質管道，導致流體管道阻力以及輸送泵的動力隨之增大，致使儲熱工程的成本造價偏大。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述問題,提供一種設計方案合理、易于實施應用、可在滿足儲熱需求的情況下降低儲熱工程造價性的有碳素表層的砂石儲熱方法及其裝置。

為實現上述發明目的而采用的技術解決方案如下所述。

本發明所述有碳素導熱表層的砂石儲熱方法的特征是：在密閉容器儲熱系統中填充有砂石，在砂石的表面制作有碳素導熱表層，在砂石間的空隙中填充有石墨粉，內充導熱油或熔鹽的傳熱流體介質管道分布在帶碳素導熱表層的砂石中，傳熱流體介質管道和砂石進行熱交換，完成充熱和放熱，在密閉容器儲熱系統上部的空間內充惰性氮氧氣體。由于碳素的導熱系數高于砂石導熱系數的60倍以上,在砂石表層制作碳素導熱層,改變砂石的導熱性能，在較短的時間內完成充熱和放熱，這樣就可以適當降低傳熱流體介質管道在密閉容器儲熱系統(儲熱器)中分布的密度，減小管道阻力，降低動力功率,使儲熱工程的造價降下來；又由于碳素表層在400℃以上會發生嚴重氧化，必須承裝有碳素表層的砂石的容器有密閉性，故在儲熱器上部的空間中充惰性氮氣做保護，以防碳素層過熱氧化。

本發明所述方法進一步的技術方案還在于：采用石墨涂料浸漬砂石,涂料固化后在砂石表層即形成導熱性能良好的碳素導熱層。

本發明所述方法進一步的技術方案還在于：采用稀釋瀝青或稀釋樹脂浸漬砂石,然后加熱瀝青或樹脂使之碳化并附著在砂石表層,冷卻后在砂石表層即形成導熱性能良好的碳素導熱層。

本發明所述方法進一步的技術方案還在于：所述的砂石采用粒度為20毫米～45毫米鵝卵石和中細砂。

本發明所述方法進一步的技術方案還在于：傳熱流體介質管道為由多層多排的管道連接組合成管架式換熱器。

本發明所述方法進一步的技術方案還在于：所述的砂石可由材質為鎂碳質、鎂鐵質等的蓄熱磚替代。蓄熱磚密度大于砂石，比熱略大于砂石,雖然造價較高,但其和相同儲熱負荷的儲熱器比較，亦可以把儲熱器的體積降下來提高儲熱密度。

用于實現本發明所述方法的有碳素導熱表層的砂石儲熱裝置具有一個其內填充有砂石的保溫密閉容器，在密閉容器側壁端開有入管口和出管口，在密閉容器內的砂石中分布有由多層多排傳熱流體介質管道組成的管架結構換熱器，換熱器的兩端分別與入管口和出管口相通，在砂石的表面制作有由石墨涂料、稀釋瀝青或稀釋樹脂構成的碳素導熱表層，在砂石間的空隙中填充有石墨粉，在密閉容器外設有一個氮氣瓶(或小型充氮機)，氮氣瓶(或小型充氮機)的出口經氮氣管通入密閉容器內。

本發明所述裝置進一步的技術方案還在于：所述砂石采用粒度為20毫米～45毫米鵝卵石和中細砂。

本發明所述裝置進一步的技術方案還在于：在傳熱流體介質管道表面制作有由石墨涂料、稀釋瀝青或稀釋樹脂構成的碳素導熱表層。

本發明所述裝置進一步的技術方案還在于：所述的砂石也可由材質為鎂碳質、鎂鐵質等的蓄熱磚替代。

與現有技術相比，本發明具有的積極效果是：

一、本發明采用有碳素導熱表層的砂石，可使砂石儲熱器的傳熱性能大幅度改善,減少儲熱器中傳熱管道分布的密度和輸送泵的功率；

二、本發明所述技術方案也可作為500℃以上高溫儲熱器，用于太陽能熱發電；

三、本發明以砂石材料作儲熱材料，采用一般鋼結構既可作為儲熱材料的容器；

四、本發明采用的砂石材料廉價易得、造價低，可大幅度降低儲熱工程成本。

附圖說明

圖1是一種有碳素導熱表層的砂石儲熱裝置的結構示意圖。

圖2是蓄熱磚結構儲熱裝置的結構示意圖。

圖中的各標號名稱分別是：1－入管口，2－出管口，3－氮氣瓶(或小型充氮機)，4－氮氣管，5－閥門，6－傳熱流體介質管道，7－砂石，8－壓力表，9－保溫層，10－蓄熱磚，11－傳熱管道，12－石墨粉，13－u型槽。

具體實施方式

參見附圖，本發明所述的砂石儲熱方法是：在密閉容器儲熱系統的容器中填充有多塊帶碳素導熱表層的砂石，由多層多排的傳熱流體介質管道連接組成的管架式換熱器分布在砂石中。具體實施中，采用石墨涂料浸漬砂石,涂料固化后在砂石表層形成導熱性能良好的碳素導熱層；或采用稀釋瀝青浸漬砂石，然后加熱使之碳化附著在砂石表層，從而砂石表層形成導熱性能良好的碳素導熱層。或采用稀釋樹脂浸漬砂石，然后加熱使之碳化附著在砂石表層,從而砂石表面形成碳素導熱層；在較短的時間內完成充熱和放熱，這樣就可以適當的降低流體管道在儲熱器中分布的密度，減小管道阻力，降低動力功率,使儲熱工程的造價降下來。處理過的砂石制作儲熱器時加入一定的石墨粉填充砂石間細微的空隙，使之蓄熱體更為密實。在密閉容器儲熱系統上部的空間內充惰性氮氣體，以防止碳素層過熱氧化。

本發明所述的有碳素導熱表層的砂石儲熱裝置的結構如圖1所示。它具有一個壁設保溫層9的密閉容器(儲熱器)和一個設立于密閉容器外的氮氣瓶(或小型充氮機)3，在容器側壁端開有入管口1和出管口2，在密閉容器內的砂石7中分布有由多層多排傳熱流體介質管道6組成的管架結構換熱器，換熱器的兩端分別與入管口1和出管口2相通，構成管架結構換熱器的各傳熱流體介質管道6分布在有碳素導熱表層的砂石7中，在砂石間的空隙中填充有石墨粉；氮氣瓶(或小型充氮機)3的出口經裝有閥門5的氮氣管4通入密閉容器內，用以向密閉容器空間內充惰性氮氣體，以防出熱氧化。在儲熱器的上部還裝有壓力表8。

作為本發明技術方案的拓展，儲熱裝置中的儲熱材料也可以是蓄熱磚，一般是鎂碳質、鎂鐵質或其他材質的蓄熱磚。蓄熱磚密度大于砂石，比熱略大于砂石，雖然造價較高，但其和相同儲熱負荷的儲熱器比較,可以把儲熱器的體積降下來提高儲熱密度。蓄熱磚結構儲熱裝置的結構如圖2所示。圖2中，蓄熱磚10上有u型槽13,在u型槽和傳熱管道11之間的間隙中填充石墨粉12，以增強蓄熱磚10和傳熱管道11之間的傳熱性能。

技術特征：

技術總結
本發明涉及一種有碳素導熱表層的砂石儲熱方法及其裝置，所述的砂石儲熱方法是在密閉容器儲熱系統中填充有表面制作有碳素導熱表層的砂石，在砂石間的空隙中填充有石墨粉，所述的砂石儲熱裝置具有一個入管口和出管口的密閉容器，在密閉容器內填充有帶碳素導熱表層的砂石，傳熱流體介質管道分布在帶碳素導熱表層的砂石中，在砂石間的空隙中填充有石墨粉。本發明在砂石表層制作碳素導熱層,改變了砂石的導熱性能,可在較短的時間內完成充熱和放熱，從而適當降低了流體管道在密閉容器儲熱系統中分布的密度,減小了管道阻力,降低了動力功率及儲熱工程的造價。

技術研發人員：劉紹允
受保護的技術使用者：劉紹允
技術研發日：2017.07.18
技術公布日：2017.09.29