本发明属于储热技术领域，具体涉及一种柱式相变储热装置及其储热模块的制作方法。
背景技术：
相变材料因单位体积储热密度大，近年来得到了广泛应用。由于这种材料在使用过程中会发生相变，固-液相变材料在储热过程从固态变为液态，放热过程从液态变为固态。所以在使用中需要使用特定容器将其封装起来，将工作流体与储热材料进行物理隔离。
常用的相变储热材料包含水合盐、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐、氯化盐等，在高温下使用时，封装材料一般可采用碳钢、不锈钢等金属材料。而在众多封装结构中，填充床采用单个球形颗粒堆积而得到较大的换热面积与换热功率。例如在直径2m，高度1m的圆柱形罐体中填充直径40mm的储热球，需要的数量为8万个。不锈钢的制球过程需要将两个半球焊接、抛光；线切割加工速度慢；需要分次灌装，耗时长；灌装之后的封口为曲线，手工焊接加工周期长，成本高，进一步制约了其应用。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种柱式相变储热装置及其储热模块的制作方法，以降低相变储热材料封装成本，解决其成本过高仅能停留在实验室阶段而无法大规模商业化应用的问题。
本发明采用以下技术方案：一种柱式相变储热装置，包括：
一储热壳体，其具有内部空腔和两端的开口，其为圆柱体结构；
多个板式相变储热模块，其以储热壳体的中心为中心，环绕布置多层于储热壳体的空腔内；
其中，每个板式相变储热模块均包括：
两个相对设置的储热板，每个储热板包括一平板和多个置料槽，多个置料槽均匀设置在平板上，每个置料槽均为在平板上冲压出的半球面，两个平板上位于同一位置处、且相对设置的两个置料槽形成一球形置料空间；
相变储热材料，封装在球形置料空间内。
进一步的，两个平板的四周为焊接密封，和/或通过连接件可拆卸连接。
进一步的，相邻置料槽的中心距为置料槽直径的1～2倍。
进一步的，平板的厚度为0.5～3mm，置料槽的半径为25mm～100mm，平板四周的边缘宽度为5～20mm。
进一步的，相变储热材料为硝酸盐、碳酸盐、氯化盐中的一种或者多种。
本发明采用的第二种技术方案是一种相变储热装置中的板式相变储热模块的制作方法，包括以下内容：
裁切出平板，对平板进行冲压形成多个半球面，每个半球面即为置料槽，各个置料槽在平板上形成阵列结构；
将相变储热材料融化后灌装至各个置料槽内，待相变储热材料冷却为固态后，将两个平板相对设置，使得相对设置的置料槽拼成球形结构；
将两个平板四周焊接密封，和/或通过连接件可拆卸连接。
本发明的有益效果是：现有方案多采用如下形式：首先板件冲压形成半球，半球焊接并抛光、球体表面打孔、沿小孔灌装、封堵、焊接或粘接，而本发明中采用冲压技术形成多个置料槽，其加工速度快；同时灌装储热材料可以通过自动化设备完成，封装焊接仅在边缘焊接而无需焊接单个球体曲面，焊接路径是直线而非原来的球面，便于机械化大规模生产。
附图说明
图1为本发明一种柱式相变储热装置的结构示意图；
图2为本发明一种柱式相变储热装置的板式相变储热模块的立体示意图；
图3为本发明一种柱式相变储热装置的板式相变储热模块的拼装示意图。
其中，1.板式相变储热模块，2.储热壳体，3.相变储热材料，5.平板，6.置料槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种柱式相变储热装置，如图1所示，包括储热壳体2和多个板式相变储热模块1。储热壳体2为具有内部空腔和两端的开口，其为圆柱体结构。多个板式相变储热模块1以所述储热壳体2的中心为中心，环绕布置多层于所述储热壳体2的空腔内。为了尽可能多的填充储热壳体2内，所以采用的每个板式相变储热模块1的外形尺寸不尽相同。采用圆柱形壳体，并配合环绕布置多层的板式相变储热模块1，使得整体装置的耐压性能比较好，适用于立式结构，换热介质压力较高。
如图2-3所示，每个板式相变储热模块均包括两个相对设置的储热板和相变储热材料3。其中，储热板为上下相对设置的两个，每个储热板包括平板5以及多个置料槽6。每个置料槽6均匀设置在所述平板5上以形成阵列结构，每个置料槽6均为在所述平板5上冲压出的半球面，相对设置的置料槽6拼装形成球形置料空间。相变储热材料3封装在各个所述球形置料空间内。将相变储热材料3熔融并灌装至每个置料槽6的半球中，将每个置料槽6填充率控制在70～90％，预留一定的膨胀间隙。
在一些实施例中，选择平板5的厚度为0.5～3mm，置料槽6的半径为25mm～100mm，平板5四周的边缘宽度为5～20mm。在一些实施例中，相变储热材料3为硝酸盐、碳酸盐、氯化盐中的一种或者多种。在一些实施例中，相邻所述置料槽6的中心距为所述置料槽6直径的1～2倍。
根据使用场景及使用温度选择相变储热材料3的类型、平板5的材质以及所需的平板5的厚度。裁切平板5再对平板5进行冲压，在平板5的表面形成半球凸起阵列，即多个置料槽6。
相变储热材料3在封装时，是分别灌装至每个储热板的置料槽6内，再将两个储热板相对设置并密封，从而将相变储热材料3在封装到球形置料空间内。灌装过程中可以采用工装灌装；也可以使用类似于注塑机注射部件完成材料的给料、加热、灌装操作；还可以采用粉末成型法制作半球放入板中。灌装储热材料可以一次完成，封装焊接仅在边缘焊接而无需焊接单个球体曲面，焊接路径是直线而非原来的球面，便于机械化大规模生产。
两个拼装的储热板的四周为焊接密封，并通过连接件可拆卸连接。如果平板5单板面积过大，仅在其边缘实施焊接，后期可能出现局部空鼓，相变储热材料3分布不均匀等情况。所以可以对应的在平板5上钻孔，通过螺栓将两两平板5连接。
本发明的一种柱式相变储热装置中的储热模块的制作方法为，首先根据使用场景及温度选定特定相变温度点的储热材料，确定板式相变储热模块1的材质、厚度、球径等关键参数。根据储热体容量确定单个板式相变储热模块1尺寸，裁切平板5。对平板5进行冲压形成多个半球面，每个半球面即为置料槽6，各个置料槽6在所述平板5上形成阵列结构。将相变材料灌装至置料槽6的半球中，填充率为70％～90％。
储热材料封装过程为：将相变储热材料3融化后灌装至各个所述置料槽6内；在进行灌装操作时，首先将平板5上的置料槽6的半球体开口向上，称量固体相变储热材料3并灌装于工装储料槽内，开启电加热棒，加热棒将固体相变储热材料3融化，再将固体相变储热材料3滴落至置料槽6的半球面内部。待完成灌装并等待熔融的相变材料冷为固态后。将两块完成灌装的平板5进行相对堆叠放置，并沿平板5的边缘实施焊接。则相对的置料槽6的半球面会形成一个完整的球体来密封相变储热材料3。
将上下两个平板5进行定位及组装，沿边缘实施焊接密封。如过板幅过大，则在平板5中心进行钻孔及焊接，保证在使用过程上平板5与下平板5不发生局部鼓包。则相对的置料槽6的半球面会形成一个完整的球体来密封相变储热材料3，最终形成单块的板式相变储热模块。
将不同尺寸的单块的板式相变储热模块以所述储热壳体2的中心为中心，环绕布置多层于所述储热壳体2的空腔内，就得到本发明一种柱式相变储热装置。
本发明一种柱式相变储热装置使用方法为：
1、充热过程：热流体(空气、水、导热油等)通过一种柱式相变储热装置入口，加热各个板式相变储热模块1中储热材料，材料吸热相变，逐渐从固态变为液态，流体沿流程逐渐被冷却，后通过一种柱式相变储热装置的出口排出；
2、放热过程：冷流体沿与充热过程相反的流向进入一种柱式相变储热装置，流经各个板式相变储热模块1表面时，置料槽6内部材料发生相变，逐渐从液态变为固态，将热量释放至流体，流体沿流程逐步被加热，最终从一种柱式相变储热装置出口排出。
现有相变材料的封装多采用如下形式：首先板件冲压形成半球，半球焊接并抛光、球体表面打孔、沿小孔灌装、封堵、焊接或粘接。而本发明中采用冲压技术形成多个置料槽，其加工速度快；同时灌装储热材料可以通过自动化设备完成，封装焊接仅在边缘焊接而无需焊接单个球体曲面，焊接路径是直线而非原来的球面，便于机械化大规模生产。降低了相变储热材料封装成本，解决了其成本过高仅能停留在实验室阶段而无法大规模商业化应用的问题。
1.一种柱式相变储热装置，其特征在于，包括：
一储热壳体(2)，其具有内部空腔和两端的开口，其为圆柱体结构；
多个板式相变储热模块(1)，其以所述储热壳体(2)的中心为中心，环绕布置多层于所述储热壳体(2)的空腔内；
其中，每个板式相变储热模块(1)均包括：
两个相对设置的储热板，每个储热板包括一平板(5)和多个置料槽(6)，多个所述置料槽(6)均匀设置在所述平板(5)上，每个置料槽(6)均为在所述平板(5)上冲压出的半球面，两个平板(5)上位于同一位置处、且相对设置的两个置料槽(6)形成一球形置料空间；
相变储热材料(3)，封装在所述球形置料空间内。
2.如权利要求1所述的一种柱式相变储热装置，其特征在于，两个所述平板(5)的四周为焊接密封，和/或通过连接件可拆卸连接。
3.如权利要求1或2所述的一种柱式相变储热装置，其特征在于，相邻所述置料槽(6)的中心距为所述置料槽(6)直径的1～2倍。
4.如权利要求3所述的一种柱式相变储热装置，其特征在于，所述平板(5)的厚度为0.5～3mm，所述置料槽(6)的半径为25mm～100mm，所述平板(5)四周的边缘宽度为5～20mm。
5.如权利要求3所述的一种柱式相变储热装置，其特征在于，所述相变储热材料(3)为硝酸盐、碳酸盐、氯化盐中的一种或者多种。
6.如权利要求1至6中任意一种所述的一种相变储热装置中的板式相变储热模块的制作方法，其特征在于，包括以下内容：
裁切出平板(5)，对平板(5)进行冲压形成多个半球面，每个半球面即为置料槽(6)，各个置料槽(6)在所述平板(5)上形成阵列结构；
将相变储热材料(3)融化后灌装至各个所述置料槽(6)内，待相变储热材料(3)冷却为固态后，将两个平板(5)相对设置，使得相对设置的置料槽(6)拼成球形结构；
将两个平板(5)四周焊接密封，和/或通过连接件可拆卸连接。
技术总结