口管22與導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管26相連，通過儲熱單元5上蓋與外界連通；出口管21、進(jìn)口管22和導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管26均用耐高溫耐腐蝕的合金鋼制成，利用金屬的高熱導(dǎo)率，提高儲熱單元的熱交換效率；導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管26采用U型，并且上下并排方式，能有效增大換熱面積，提高儲熱單元的換熱效率；U型導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管內(nèi)流通的是導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)于空氣、使用溫度范圍較廣、操作簡單并且能夠重復(fù)利用，是優(yōu)于空氣的傳熱介質(zhì)。
[0038]充熱過程:
[0039]對儲熱單元進(jìn)行充熱過程測試時，熱罐I中第一控溫點8測量導(dǎo)熱油溫度。如溫度達(dá)不到實驗要求，此時可以利用溫度補償加熱器4加熱使導(dǎo)熱油達(dá)到實驗要求；如溫度達(dá)到實驗要求，此時可以打開栗。通過流速控制器10和第三控溫點11控制流入儲熱單元5內(nèi)導(dǎo)熱油的流速和溫度，導(dǎo)熱油會依次經(jīng)過第一測溫點13、第一測速點14和第二測溫點15，與儲熱單元5里面的儲熱材料進(jìn)行熱交換，最后流入熱罐I儲存，測量和記錄儲熱單元入口處的溫度、流速和出口處的溫度。
[0040]放熱過程:
[0041]對儲熱單元進(jìn)行完全充熱后即可進(jìn)行放熱測試，冷罐2中第二控溫點9測量導(dǎo)熱油溫度。如溫度達(dá)不到實驗要求，此時可以利用溫度補償加熱器4加熱使導(dǎo)熱油達(dá)到實驗要求；如溫度達(dá)到實驗要求，此時可以打開栗。通過流速控制器10和第三控溫點11控制流入儲熱單元5內(nèi)導(dǎo)熱油的流速和溫度，導(dǎo)熱油會依次經(jīng)過第一測溫點13、第一測速點14和第二測溫點15，與儲熱單元5里面的儲熱材料進(jìn)行熱交換，流出儲熱單元的導(dǎo)熱油會經(jīng)過第三測溫點17、冷凝器7、第四測溫點18后流入冷罐儲存，測量和記錄儲熱單元入口處的溫度、流速和出口處的溫度。
[0042]通過收集到的數(shù)據(jù)以及實驗觀察，可以完成以下性能的測試及評價:
[0043](I)安全性:通過反復(fù)的充放熱實驗，檢查整個裝置的密閉性，檢查導(dǎo)熱油是否從導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管中泄露，檢查儲熱材料是否因為熱膨脹從儲熱單元中泄露；(2)最佳導(dǎo)熱油流速:在充放熱過程中，使用不同流速的導(dǎo)熱油通過儲熱單元，可以得到使熱交換效率最大化的最佳導(dǎo)熱油流速；(3)循環(huán)穩(wěn)定性:通過反復(fù)的充放熱實驗，即可測試儲熱單元的耐久性；(4)儲熱效率:在充放熱過程中，檢測導(dǎo)熱油通過儲熱單元后的溫度變化，根據(jù)熱力學(xué)相關(guān)公式，可以計算出當(dāng)前流速時的熱交換效率；(5)評價:通過上述(1)、(2)、(3)、
(4)的測試結(jié)果，對儲熱單元充放熱過程的儲熱效率、安全性以及循環(huán)穩(wěn)定性進(jìn)行評價，給不同的儲熱單元提供最佳的使用工況。
[0044]儲熱單元5的保溫材料24可采用硅酸鋁耐火纖維或硅酸鋁耐火纖維與礦渣棉板組合保溫材料，保溫管道20的保溫層可采用礦渣棉、硅酸鈣或者膨脹珍珠巖。
[0045]本發(fā)明適用于低中溫儲熱單元的測試與評價，儲熱材料可以采用無機水合鹽，如:CaCl2.6H20、Ba(OH)2.8H20、Na2SO4.1H2O等;有機物，如:有機石蠟、有機脂肪酸等;無機鹽，如:硝酸鹽67謂03-33恥勵3、491^勵3-51恥勵3、54恥勵3-46謂03等；低熔點合金，如:錫合金，包括 Sn-9Zn、Sn_58B1、Sn_38Pb 合金，鉍合金，包括 Bi_45Pb、Bi_3.5Zn 等。
[0046]以54NaN03-46KN0J_酸鹽相變儲熱材料為例，描述相變單元充放熱過程。NaN03-46KN03密度為2000kg/m 3，相變潛熱為117kJ/kg，相變溫度為222 °C，導(dǎo)熱油密度:868.5kg/m3。
[0047]使用前，先將出口管和進(jìn)口管以及與其相連的導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管放入儲熱單元內(nèi)，將按照配方配好的硝酸鹽粉末均勻裝入儲熱單元內(nèi)。在裝料過程中，注意不能將儲熱單元的箱體完全裝滿，因為儲熱材料熔化時會產(chǎn)生一定的熱膨脹，如果將箱體裝滿，當(dāng)儲熱材料完全熔化后，整體內(nèi)壓力會增大，可能導(dǎo)致熔融儲熱材料泄露。需要將硝酸鹽粉末均勻裝入儲熱箱體內(nèi)，并且需要完全覆蓋住導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管，接著密封整個儲熱單元。
[0048]充熱過程:將經(jīng)過太陽能集熱器加熱的高溫導(dǎo)熱油從進(jìn)口管進(jìn)入儲熱單元的箱體，通過流速控制器控制導(dǎo)熱油使第一測速點顯示流速為0.5m/s，進(jìn)口管導(dǎo)熱油溫度為300°C。硝酸鹽溫度升高到熔點需要一個過程，在硝酸鹽熔化之前，硝酸鹽將以顯熱方式儲熱，當(dāng)溫度到達(dá)硝酸鹽熔點時，硝酸鹽開始融化并以相變潛熱的方式儲存大量熱量。由于硝酸鹽儲熱材料相變焓大，儲能密度大，相變材料占據(jù)儲熱箱體大部分體積，而且工質(zhì)盛裝盤管多層重疊，增大了導(dǎo)熱油與儲熱材料之間的換熱面積，因此整個儲熱單元可以儲存大量熱能，并且儲熱過程能快速高效進(jìn)行。導(dǎo)熱油經(jīng)過儲熱單元后流出，出口管導(dǎo)熱油溫度為IlOtCo
[0049]放熱過程:在充熱過程完成后，儲熱單元中的保溫層會減少熱量損失。當(dāng)太陽能減弱或者需要利用熱能時，將冷導(dǎo)熱油通入儲熱單元，通過流速控制器控制導(dǎo)熱油使第一測速點顯示流速為0.5m/s，進(jìn)口管導(dǎo)熱油溫度為25°C。這時因為導(dǎo)熱油和相變儲熱材料之間的溫度差，導(dǎo)熱油會吸收熔融相變儲熱材料放出的熱量而升溫，當(dāng)熔融相變儲熱材料溫度降到相變溫度時，熔融相變結(jié)晶成為固態(tài)，同時放出相變潛熱加熱導(dǎo)熱油，此時固態(tài)相變儲熱材料溫度還是高于導(dǎo)熱油，固態(tài)相變儲熱材料繼續(xù)以顯熱方式加熱導(dǎo)熱油，使儲熱單元內(nèi)儲存的熱量得到充分的利用。導(dǎo)熱油經(jīng)過儲熱單元后流出，出口管導(dǎo)熱油溫度為185°C。使用54NaN03-46KN03硝酸鹽為相變儲熱材料的儲熱單元充放熱穩(wěn)定，換熱效率可達(dá)92%，可作為高效的太陽能熱利用儲熱單元。
[0050]實施例二:實施例二與實施例一大致相同，不同之處在于:以Sn_9Zn合金相變儲熱材料為例，描述相變單元充放熱過程。Sn-9Zn密度為7380kg/m3，相變潛熱為66kJ/kg，相變溫度為198 °C。
[0051]充熱過程中，進(jìn)口管導(dǎo)熱油流速為0.5m/s，溫度為300 °C，出口管導(dǎo)熱油溫度為120°C ;放熱過程中，進(jìn)口管導(dǎo)熱油流速為0.5m/s，溫度為25°C，出口管導(dǎo)熱油溫度為1700C ο使用Sn-9Zn合金為相變儲熱材料的儲熱單元充放熱穩(wěn)定，換熱效率可達(dá)90%，可作為高效的太陽能熱利用儲熱單元。
[0052]實施例三:實施例三與實施例一大致相同，不同之處在于=Na2SO4.1H2O無機水合鹽相變儲熱材料為例，描述相變單元充放熱過程。Na2SO4.1H2O密度為1490kg/m3，相變潛熱為247kJ/kg，相變溫度為32°C。充熱過程中，進(jìn)口管導(dǎo)熱油流速為0.5m/s，溫度為40°C，出口管導(dǎo)熱油溫度為30°C ;放熱過程中，進(jìn)口管導(dǎo)熱油流速為0.5m/s，溫度為25°C，出口管導(dǎo)熱油溫度為32°C。使用Na2SO4.1H2O無機水合鹽為相變儲熱材料的儲熱單元充放熱穩(wěn)定，換熱效率可達(dá)88 %，可作為高效的太陽能熱利用儲熱單元。
[0053]相變儲熱材料經(jīng)過千次循環(huán)后，相變儲熱材料對儲熱單元的箱體(殼體)和導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管的腐蝕較小，并且儲熱能力下降幅度較小，所以此儲熱單元循環(huán)穩(wěn)定性較好，可循環(huán)充放熱千次以上。
[0054]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種利用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的儲熱測試與評價系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)為封閉式管道回路系統(tǒng)，導(dǎo)熱工質(zhì)在封閉式管道回路系統(tǒng)中流動，沿導(dǎo)熱工質(zhì)流動方向在封閉式管道回路系統(tǒng)上依次設(shè)置導(dǎo)熱工質(zhì)儲存罐、栗、儲熱單元，儲熱單元包括殼體、上蓋，殼體與上蓋密封配合，殼體內(nèi)部設(shè)置儲熱材料、導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管，上蓋設(shè)置進(jìn)口管和出口管，導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管通過進(jìn)口管、出口管接入封閉式管道回路系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的儲熱測試與評價系統(tǒng)，其特征在于，導(dǎo)熱工質(zhì)儲存罐包括熱罐、冷罐，熱罐、冷罐的出口分別與栗連接；沿導(dǎo)熱工質(zhì)的流動方向，在出口管的后方設(shè)置閥門，閥門分別與熱罐、冷罐的進(jìn)口連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的儲熱測試與評價系統(tǒng)，其特征在于，熱罐中設(shè)置第一控溫點，冷罐中設(shè)置第二控溫點。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的儲熱測試與評價系統(tǒng)，其特征在于，在栗與儲熱單元的進(jìn)口管之間，沿導(dǎo)熱工質(zhì)流動方向依次設(shè)置流速控制器、溫度補償加熱器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的儲熱測試與評價系統(tǒng)，其特征在于，在溫度補償加熱器和儲熱單元的進(jìn)口管之間設(shè)置第三控溫點。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的儲熱測試與評價系統(tǒng)，其特征在于，儲熱單元內(nèi)部的導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管上設(shè)置第一測溫點、第一測速點、第二測溫點，其中第一測溫點、第一測速點設(shè)置在進(jìn)口管一側(cè)，第二測溫點設(shè)置在出口管一側(cè)。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的儲熱測試與評價系統(tǒng)，其特征在于，在閥門與冷罐的進(jìn)口之間，沿導(dǎo)熱工質(zhì)流動方向依次設(shè)置第三測溫點、冷凝器、第四測溫點O8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的儲熱測試與評價系統(tǒng)，其特征在于，儲熱單元的殼體包括儲熱單元外壁、儲熱單元內(nèi)壁，儲熱單元外壁、儲熱單元內(nèi)壁均采用耐高溫的鋼板制成，儲熱單元外壁與儲熱單元內(nèi)壁之間填充保溫材料。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的儲熱測試與評價系統(tǒng)，其特征在于，熱罐的出口與栗之間、冷罐的出口與栗之間、栗與儲熱單元的進(jìn)口管之間、儲熱單元的出口管與熱罐的進(jìn)口之間的管道均為保溫管道。10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的儲熱測試與評價系統(tǒng)，其特征在于，導(dǎo)熱工質(zhì)為導(dǎo)熱油。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的儲熱測試與評價系統(tǒng)，該系統(tǒng)為封閉式管道回路系統(tǒng)，導(dǎo)熱工質(zhì)在封閉式管道回路系統(tǒng)中流動，沿導(dǎo)熱工質(zhì)流動方向在封閉式管道回路系統(tǒng)上依次設(shè)置導(dǎo)熱工質(zhì)儲存罐、泵、儲熱單元，儲熱單元包括殼體、上蓋，殼體與上蓋密封配合，殼體內(nèi)部設(shè)置儲熱材料、導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管，上蓋設(shè)置進(jìn)口管和出口管，導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管通過進(jìn)口管、出口管接入封閉式管道回路系統(tǒng)。本發(fā)明系統(tǒng)簡單高效，且易于操作，方便更換儲熱單元中的儲熱材料以及各種形狀的導(dǎo)熱工質(zhì)盛裝盤管，能對儲熱單元充放熱過程的儲熱效率、安全性以及循環(huán)穩(wěn)定性進(jìn)行測試與評價。
【IPC分類】G01N25/20
【公開號】CN105092638
【申請?zhí)枴緾N201510530800
【發(fā)明人】程曉敏, 李戈, 李元元, 朱闖
【申請人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月26日