[发明专利]一种石墨显热换热装置及其换热方法

权利要求书

1.一种石墨显热蓄热换热装置，其特征在于，包括石墨蓄热堆（1）、抗氧化剂（2）、耐火砖（3）、换热循环风道（4）、保温层（5）、进口连接管道（7）、补气口（8）、单向阀（9）、氮气罐（10）、变频风机（11）、换热器（12）、第一温度传感器（13）、出口连接管道（14）、第二温度传感器（15）、压力传感器（16）、控制柜（17）、加热棒（18）、第三温度传感器（19）；石墨蓄热堆（1）的外围砌有耐火砖（3），石墨蓄热堆（1）与耐火砖（3）之间通过填埋抗氧化剂（2）进行密封，耐火砖的外围安装有保温层（5），其中两个短侧面和顶面的耐火砖（3）与保温层之间留有空隙形成换热循环风道（4），长侧面的保温层（5）与耐火砖（3）紧密贴合，石墨蓄热堆（1）的底部设有支撑钢架（6）；进口连接管道（7）分别与换热循环风道（4）入口和换热器（12）热源出口相连，进口连接管道（7）上安装有变频风机（11），进口连接管道（7）设有补气口（8），补气口（8）与氮气罐（10）相连，补气口（8）与氮气罐（10）之间装有单向阀（9）；换热循环风道（4）内装有压力传感器（16）；换热器冷源出口安装有第一温度传感器（13）；出口连接管道（14）分别与换热循环风道（4）出口和换热器（12）热源入口相连，出口连接管道（14）安装有第二温度传感器（15），石墨蓄热堆（1）上分别安装有加热棒（18）和若干第三温度传感器（19）；第一温度传感器（13）、第二温度传感器（15）、压力传感器（16）、加热棒（18）、第三温度传感器（19）分别与控制柜（17）相连；

石墨蓄热堆（1）由若干加热石墨块（20）、蓄热石墨块（21）、换热石墨块（22）错列叠加堆砌而成，石墨蓄热堆（1）的四个侧面的和底面的外围一层由加热石墨块（20）或由加热石墨块（20）和蓄热石墨块（21）交叉布置组成，顶面一层由换热石墨块（22）组成；内部由蓄热石墨块（21）组成。

2.根据权利要求1所述的一种石墨显热蓄热换热装置，其特征在于所述的加热石墨块（20）上有加热棒安装孔（23），加热棒安装孔（23）与换热器（12）过渡配合安装，加热石墨块（20）上的加热棒安装孔（23）朝外布置。

3.根据权利要求1所述的一种石墨显热蓄热换热装置，其特征在于所述的换热石墨块（22）由换热孔道（24）和连接块（25）两部分组成，换热孔道（24）和连接块（25）的高度比为1.0~3.0之间。

4.根据权利要求1所述的一种石墨显热蓄热换热装置，其特征在于所述的石墨蓄热堆（1）与耐火砖（3）的高度差为换热石墨块（22）的换热孔道（24）的高度；石墨蓄热堆（1）顶部与保温层（5）之间的间隙为换热石墨块（22）的换热孔道孔径的1-2倍。

5.根据权利要求1所述的一种石墨显热蓄热换热装置，其特征在于所述的换热循环风道（4）内的换热工质为氮气，换热循环风道（4）内保持正压。

6.根据权利要求1所述的一种石墨显热蓄热换热装置，其特征在于所述的换热器（12）包括气-气式和气-液式，具体形式包括管壳式换热器和板式换热器。

7.根据权利要求1所述的一种石墨显热蓄热换热装置，其特征在于所述的抗氧化剂（2）包括碳化硅、二硅化钼、耐火砖粉末中任意一种。

8.一种利用权利要求1所述石墨显热蓄热换热装置的换热方法，其特征在于：加热蓄热过程中，控制柜（17）根据第三温度传感器（19）的反馈，当石墨温度低于设定阈值时，控制加热棒（18）加热石墨蓄热堆（1）中的加热石墨块（20），石墨蓄热堆（1）利用石墨的高热扩散系数特征，快速将加热石墨块（20）的热量传递给蓄热石墨块（21）和换热石墨块（22），使得整个石墨蓄热堆（1）的温度分布均匀；抗氧化剂（2）和耐火砖（3）的布置，使得石墨蓄热堆（1）的主体部分不与换热气体接触，避免石墨的高温氧化；换热过程中，变频风机（11）根据第二温度传感器（15）和第一温度传感器（13）的感应温度以及换热功率要求，调节循环风量，低温氮气经过进口连接管道（7）、换热循环风道（4）在换热孔道（24）中换热后，经出口连接管道（14）流入到换热器（12）中，通过换热器（12）实现换热；单向阀（9）根据压力传感器（16）的测量值实现开闭，当换热循环风道（4）压力低于阈值时，单向阀（9）开启，氮气罐（10）向换热循环风道（4）内补充氮气，保证正压，避免空气漏入。