相變蓄熱式蒸汽蓄熱器的製作方法

2023-10-23 10:17:12

本發明涉及的是一種餘熱利用領域的技術，具體是一種相變蓄熱式蒸汽蓄熱器。

背景技術：

蒸汽蓄熱器是以水和蒸汽為介質的蓄熱發熱壓力容器，其主要利用水溫變化產生的顯熱變化蓄存熱能。蓄熱能力的大小直接取決於水的比熱、裝置體積和放熱階段溫差。蒸汽蓄熱器的整個體積龐大，用汽溫差和壓力差過大，不可逆熱能損失巨大。

相變儲熱是利用固‐固相變或固‐液相變的潛熱吸收或釋放進行熱能儲存的方式。由於其相變潛熱較大，儲熱密度是顯熱儲熱的數倍。相對於顯熱儲熱，相變儲熱以很小的溫差吸收熱量或放出熱量。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的相變蒸汽蓄熱器通過雙層殼體實現耐壓使得加工成本極其昂貴，同時蓄熱材料的液化灌裝也非常困難等缺陷，提出一種新型的相變蓄熱式蒸汽蓄熱器。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：筒形壓力容器、噴嘴和相變蓄熱體，其中：筒形壓力容器橫向設置，其頂部設有蒸汽入口，噴嘴沿軸向設置於筒形壓力容器內的底部且通過管道與蒸汽入口相連，相變蓄熱體均勻設置於噴嘴上方。

所述的相變蓄熱體與筒形壓力容器頂部內壁之間留有間隔空間。

所述的相變蓄熱體包括：密閉的金屬容器和定型相變蓄熱材料，其中：定型相變蓄熱材料充填於金屬容器中。

所述的金屬容器為球形。

所述的筒形壓力容器內設有篩網，相變蓄熱體堆疊於篩網上。

所述的金屬容器為圓管形。

所述的相變蓄熱體沿筒形壓力容器徑向分層設置。

所述的相變蓄熱體通過管排支架設置於筒形壓力容器內。

所述的筒形壓力容器的軸向一端設有檢修孔。

所述的筒形壓力容器頂部設有蒸汽出口。

技術效果

與現有技術相比，本發明增加了單位體積蓄熱密度，減小了蓄熱器的體積，製造成本低，增加了換熱面積，提高了蓄熱和放熱功率。相變蓄熱材料在相變過程中溫度變化範圍小，減小了換熱溫差，不可逆損失降低，能限制蓄熱器內工質溫度壓力的波動，能夠對下級用戶輸出溫度壓力恆定的高品位蒸汽。

附圖說明

圖1為帶有圓管形相變蓄熱體的蒸汽蓄熱器結構示意圖；

圖2為帶有球形相變蓄熱體的蒸汽蓄熱器結構示意圖；

圖中：1筒形壓力容器、2腳架、3飽和水、4定型相變蓄熱材料、5金屬容器、6蒸汽入口、7噴嘴、8蒸汽管道、9蒸汽出口、10檢修孔、11飽和水蒸汽、12排水口、13管排支架、14篩網、15相變蓄熱體。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

實施例1

如圖1所示，本實施例包括：筒形壓力容器1、噴嘴7和相變蓄熱體15，其中：筒形壓力容器1橫向設置，其頂部設有蒸汽入口6，噴嘴7沿軸向設置於筒形壓力容器1的底部且通過管道與蒸汽入口6相連，相變蓄熱體15均勻設置於噴嘴7上方。

所述的相變蓄熱體15包括：密閉的金屬容器5和定型相變蓄熱材料4，其中：定型相變蓄熱材料4充填於金屬容器5中。所述的金屬容器5為圓管形。

所述的定型相變蓄熱材料4可以根據蓄熱溫度範圍選擇，優選採用各類有機相變材料、低溫金屬或低溫合金。

所述的筒形壓力容器1為鋼製耐壓容器，且為圓筒形，橫向放置。筒形壓力容器1的頂部兩外側壁設有蒸汽入口6和蒸汽出口9，其右端面開設有便於安裝內部設備的檢修孔10。筒形壓力容器1外壁底部設有腳架2，作為整個裝置的支撐。

所述的筒形壓力容器1底部還開設有排水口12。在筒形壓力容器1內的兩端分別安裝管排支架13。圓管形的相變蓄熱體15放置於管排支架13上，實現相變蓄熱體15的分層布置，每層之間間隔一定距離。

所述的筒形壓力容器1內位於相變蓄熱體15下方設有若干噴嘴7且均勻分布。噴嘴7與橫向布置的蒸汽管道8相連即設置於蒸汽管道8上。噴嘴7的開口豎直向上。蒸汽管道8另一端與蒸汽入口6相連。

所述的相變蓄熱體15與筒形壓力容器1頂壁之間的距離大於五分之一筒形壓力容器內徑且相變蓄熱體15整體浸沒在飽和水3中。筒形壓力容器1內腔上部部分空間充滿飽和水蒸汽11，並與蒸汽出口9連通。飽和水蒸汽11的體積佔筒形壓力容器1總容積的20％。

整個蒸汽蓄熱器在充汽階段，高溫高壓蒸汽由蒸汽入口6通過噴嘴7進入蓄熱器內部，這些高溫高壓蒸汽的進入使得容器內壓力上升，飽和水3由飽和狀態變成過冷狀態，蒸汽冷凝變為液態水。同時，汽液兩相流在相變蓄熱體15間流動，不斷衝刷每個相變蓄熱體15，相變蓄熱體15內定型相變蓄熱材料4吸收熱量，在達到一定溫度時發生相變，蒸汽在相變蓄熱體15外表面冷凝。這樣高溫高壓蒸汽釋放出的顯熱和凝結潛熱同時被周圍的液態水和相變蓄熱體15吸收，蓄熱器內壓力升高，液態水溫度上升，相變蓄熱體15內定型相變蓄熱材料4由於吸熱發生相變。

整個蒸汽蓄熱器在放熱階段，蒸汽出口9與外部下級用戶管道連通，蓄熱器內蒸汽排出，內部壓力下降，蓄熱器內飽和水3變為過熱水，內部發生閃蒸，產生蒸汽。同時，當液態水溫度低於定型相變蓄熱材料4的相變溫度時，定型相變蓄熱材料4發生相變，釋放的相變潛熱通過金屬容器5向外傳遞給液態水，在相變蓄熱體15表面發生表面沸騰，產生大量蒸汽。因為定型相變蓄熱材料4在相變過程中的溫度接近恆定，可以使蓄熱器在放熱過程中保持輸出蒸汽壓力、溫度較小的波動，從而在一定程度上維持輸出蒸汽的品質。

與現有技術相比，在相變溫度範圍內，以很小的溫差吸收熱量或放出熱量，這使得不可逆熱能損失大為降低，保證了輸出蒸汽溫度、壓力的相對穩定，為其所收集熱能的高效重新利用，帶來了較大的便利。定型相變蓄熱材料沉浸在液體水中形成各種高效的換熱流動結構，在水和水蒸汽之間形成汽液兩相流換熱結構，提高定型相變蓄熱材料換熱能力。有效增加了單位體積蓄熱密度，減小蓄熱器的體積，提高換熱速度即蓄熱/放熱速度，安裝方便，結構簡單。

實施例2

如圖2所示，本實施例包括：筒形壓力容器1、噴嘴7和相變蓄熱體15，其中：筒形壓力容器1橫向設置，其頂部設有蒸汽入口6，噴嘴7沿軸向設置於筒形壓力容器1的底部且通過管道與蒸汽入口6相連，相變蓄熱體15均勻設置於噴嘴7上方。

本實施例與實施例1相比的不同之處在於：所述的金屬容器5為球形，定型相變蓄熱材料4充填於球形的金屬容器5中，使得整個相變蓄熱體15為球體。所述的筒形壓力容器1內設有篩網14，相變蓄熱體15堆疊於篩網14上。篩網14位於噴嘴7上方。相變蓄熱體15與筒形壓力容器1頂壁之間的距離大於五分之一筒形壓力容器1內徑。

與實施例1相比，本實施例進一步的技術效果在於，提高了相變蓄熱體在筒形壓力容器中的堆疊密度，進一步有效增加了單位體積蓄熱密度，減小了蓄熱器的體積。