CN103148723A - 一种金属网基波纹管式相变蓄热装置 - Google Patents

一种金属网基波纹管式相变蓄热装置 Download PDF

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周剑秋
韩雪平
董淑宏
张大鹏
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Abstract

一种金属网基波纹管式相变蓄热装置，包括外壳和蓄热箱体，蓄热箱体分为多层，由壳体、波纹管、流体分配管和流体收集管组成，每一层的波纹管通过流体分配管和流体收集管相连通，层与层之间波纹管形成紧密错排安置在蓄热箱体内，在同一层中，相邻两排波纹管的波节与波谷对应形成紧密错排，同时，相邻两排波纹管之间缠绕金属丝形成网状结构以强化传热，蓄热箱体中其它空余地方充填蓄热相变材料。本发明结构简单，换热面积大，且流体在波纹管中流动时能够形成湍流，提高了传热效率，吸热和放热速度快，蓄热材料容量大，提高了蓄热能力，该相变蓄热装置可以充分利用太阳能，工业余热进行高效率的废热回收利用。

Description

一种金属网基波纹管式相变蓄热装置
技术领域
 本发明涉及一种蓄热与供热装置，尤其涉及一种金属网基波纹管式相变蓄热装置，属于蓄热技术领域。
背景技术
随着经济的不断发展以及能源的大量消耗，节能话题已成为全球关注的焦点。如今，太阳能、风能、等可再生能源以及工业余热、废热的利用已成为各国研究的重点，然而这些能源都存在间断性和不稳定性的特点，因此，能量存储技术的研究就显得尤为重要。蓄热储能技术是能量存储技术的一种，可用于解决热能供给与需求失配的矛盾，是提高能源利用效率和环境保护的重要技术。目前，一些利用蓄热储能技术进行供热的装置和设备已相继出现，并且能够满足相应的能量存储以及供热的需求。现有的蓄热装置大部分设置为列管式结构，通过换热管中热冷水的流动来完成蓄热，放热的全过程。但是，绝大多数蓄热装置中的换热管采用的是等直径的换热管，其存在换热面积小，传热效率差，相变不连续，蓄热能力低等问题。
发明内容
本发明意在提供一种结构简单，蓄热材料存储多，换热面积大，传热效率高，蓄热能力强的金属网基波纹管式相变蓄热装置。
本发明通过以下技术方案实现：
一种金属网基波纹管式相变蓄热装置，该装置包括外壳和蓄热箱体，所述蓄热箱体内设有多层换热管、流体分配管和流体收集管，蓄热箱体的流体进口与流体分配管的一端相连，流体分配管的另一端与各层换热管的进口相连，各层换热管的出口与流体收集管的一端相连通，流体收集管的另一端通过流体出口将流体排出相变蓄热装置，在同一层中，换热管均为多排设置，各排换热管通过弯头连通，相邻两排换热管之间缠绕有金属丝，蓄热箱体中其它空余地方充填蓄热相变材料。
本发明中，相邻两排换热管之间缠绕的金属丝呈网状结构。
本发明蓄热箱体内，各层换热管之间紧密错排放置。
本发明换热管为波纹管，由波节与波谷构成，在同一层中，相邻两排波纹管的波节与波谷对应呈紧密错排设置。
本发明蓄热相变材料为石蜡、结晶水合盐类或脂肪酸类相变材料。
为了减小能量损耗，在蓄热箱体的外壁上敷设了保温层。
本发明热流体和冷流体共用同一个流体进口和同一个流体出口。
所述相变蓄热装置，根据蓄热量的大小确定装置的尺寸，根据放热速率的要求增减波纹管的长度。
热水进入蓄热装置中的波纹管时，加热波纹管壁面，蓄热箱体中的相变材料在某一温度下由固态变为液态，使热能转化为蓄热材料的潜热储存起来，当需要热能时，使冷水通过相变蓄热装置中的波纹管，当冷水通过波纹管时，由导热介质通过波纹管对水加热，达到用户的用热要求。当蓄热材料放出部分热量后，蓄热箱体内靠近波纹管的液体首先凝固，随着放热的进行，液相和固相界面渐渐远离波纹管壁面，最终,蓄热材料全部由液态变为固态。
本发明的有益效果是：
本发明中，换热管为波纹管，由波节与波谷构成，在同一层中，相邻两排波纹管的波节与波谷对应呈紧密错排设置，相邻两排换热管之间缠绕的金属丝呈网状结构。该结构使得储热和放热效率有效提高，流体经过换热管的储热和放热时间可以减少30%。
本发明中，除管内流体发生湍流以强化传热外，管外波节与直管之间、波节与波节斜线之间的距离保持在一个相对较薄的距离，且这些距离多方位的呈空间布局。同时，相邻两排波纹管之间缠绕金属丝形成空间网状结构，这样有助于相变材料发生均匀相变和热传导。同时由于波节部位外和直管部位外传热效果有差异，导致不同部位相变材料温度有差异，这种空间部位的不同以及不同部位的不同温度数据将进一步强化相变材料液态化时的自然对流效应。同时也能多方位强化相变材料固态化时之间的热传导。从而克服其导热系数低的问题。
本发明结构简单，换热面积大，且流体在波纹管中流动时能够形成湍流，提高了传热效率，吸热和放热速度快，蓄热材料容量大，提高了蓄热能力，该相变蓄热装置可以充分利用太阳能，工业余热进行高效率的废热回收利用。
 
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图。
图2是本发明的俯视结构示意图。
图中：1、流体进口，2、蓄热材料填充口，3、外壳，4、保温层，5、蓄热箱体，6、蓄热相变材料，7、换热管，8、流体收集管，9、流体出口，10、金属丝，11、流体分配管。
 
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的描述。如图1、2所示，一种金属网基波纹管式相变蓄热装置，包括外壳3和蓄热箱体5，蓄热箱体5分为多层，由壳体、换热管7、流体分配管11和流体收集管8组成，每一层的波纹管通过流体分配管11和流体收集管8相连通，层与层之间波纹管形成紧密错排安置在蓄热箱体5内，在同一层中，相邻两排波纹管的波节与波谷对应形成紧密错排，同时，相邻两排波纹管之间缠绕金属丝10形成网状结构以强化传热，蓄热箱体5中其它空余地方充填蓄热相变材料6。所述相变蓄热装置的左端设有流体进口1，右端设有流体出口9，顶端设有蓄热相变材料填充口2。热流体和冷流体共用同一个流体进口1和同一个流体出口9，所填充的蓄热相变材料6为石蜡、或结晶水合盐类、或脂肪酸类相变材料。为了防止热量的损失，在蓄热箱体5与外壳3之间设有保温层4。
蓄热时，高温流体通过流体进口1进入蓄热箱体5内的流体分配管11中，经流体分配管11的分流，热流体同时进入各层换热管7中，这时，高温流体与波纹管外的相变材料发生热交换，蓄热相变材料因吸热而不断升温，当达到一定温度时发生相变，从而将能量储存起来，高温流体经换热管7换热后流入流体收集管8汇集，最后，流体通过流体出口9排出。
当需要放热时，低温流体通过流体进口1进入蓄热箱体5内的流体分配管11中，经流体分配管11的分流，热流体同时进入各层换热管7中，这时，低温流体与波纹管外的相变材料发生热交换，蓄热相变材料将热量传递给低温流体，释放出热能，低温流体经换热管7换热升温后流入流体收集管8汇集，最后，经过加热的流体通过流体出口9输送到需要用热量的地方。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种金属网基波纹管式相变蓄热装置，其特征在于，该装置包括外壳（3）和蓄热箱体（5），所述蓄热箱体（5）内设有多层换热管（7）、流体分配管（11）和流体收集管（8），蓄热箱体（5）的流体进口（1）与流体分配管（11）的一端相连，流体分配管（11）的另一端与各层换热管（7）的进口相连，各层换热管（7）的出口与流体收集管（8）的一端相连通，流体收集管（8）的另一端通过流体出口（9）将流体排出相变蓄热装置，在同一层中，换热管（7）均为多排设置，各排换热管（7）通过弯头连通，相邻两排换热管（7）之间缠绕有金属丝（10），蓄热箱体中其它空余地方充填蓄热相变材料（6）。
2.根据权利要求1所述的一种金属网基波纹管式相变蓄热装置，其特征在于，相邻两排换热管（7）之间缠绕的金属丝（10）呈网状结构。
3.根据权利要求1所述的一种金属网基波纹管式相变蓄热装置，其特征在于，所述的蓄热箱体（5）内，各层换热管（7）之间紧密错排放置。
4.根据权利要求1所述的一种金属网基波纹管式相变蓄热装置，其特征在于，所述的换热管（7）为波纹管，由波节与波谷构成，在同一层中，相邻两排波纹管的波节与波谷对应呈紧密错排设置。
5.根据权利要求1所述的一种金属网基波纹管式相变蓄热装置，其特征在于，所述的蓄热相变材料（6）为石蜡、结晶水合盐类或脂肪酸类相变材料。
6.根据权利要求1所述的一种金属网基波纹管式相变蓄热装置，其特征在于，所述的蓄热箱体（5）与外壳（3）之间置有保温材料（4）。
7.根据权利要求1所述的一种金属网基波纹管式相变蓄热装置，其特征在于，热流体和冷流体共用同一个流体进口（1）和同一个流体出口（9）。
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