CN105387744B - 一种冷热分流的过程节能蓄热器 - Google Patents

一种冷热分流的过程节能蓄热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冷热分流的过程节能蓄热器,包括竖直设置的圆柱形筒体、通过法兰分别连接在所述筒体上下端的两个半球形封头,所述筒体上下端和两个半球形封头之间还设置有筒体端板,位于上端的半球形封头上设置有热流体出口,位于下端的半球形封头上设置有热流体进口,所述筒体的内壁上下端分别设置有环形导流槽,两个环形导流槽之间设置有若干冷流体管,所述筒体外圆周壁上端设置有冷流体入口,下端设置有冷流体出口,两个筒体端板之间均匀地竖直设置有若干热流体管,所述热流体管及冷流体管之间的空隙中填充有蓄热材料,本发明使蓄热加热过程变得可控,解决了传统蓄热器物流污染问题,同时大大提高了换热效率以及蓄热能力。

Description

一种冷热分流的过程节能蓄热器
技术领域
本发明属于蓄热节能技术领域,特别是涉及一种冷热分流的过程节能蓄热器。
背景技术
随着能源危机及环境污染的加剧,节约能源已越来越引起人们的重视,各种节能技术已被人们广泛使用。蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要措施之一,蓄热器可以储存热量,灵活地利用热量,同时具有性能好,可靠性高,储热密度大和几乎恒定的换热温度等优势,近年来成为研究的热点。
传统的蓄热器在结构上没有将冷热流体分开,不能解决物流污染问题,同时传热效率不高,为了解决上述问题,提出一种冷热分流的过程节能蓄热器,通过冷热分流的方法,可以实现废酸等难以直接换热的气体余热回收。同时采用经向翅片管,增大了换热面积,优化了换热过程,在蓄热器内部空腔间填充蓄热材料,达到蓄热目的。
发明内容
本发明针对化工生产安全和对流体性能特殊性的需要以及对节能高效的需求,提出了一种冷热分流的过程节能蓄热器,解决了物料污染问题,也优化了其蓄热能力以及传热效率。
本发明采用如下技术方案实现:
一种冷热分流的过程节能蓄热器,包括竖直设置的圆柱形筒体、通过法兰分别连接在所述筒体上下端的两个半球形封头,所述筒体上下端和两个半球形封头之间还设置有将筒体内腔和半球形封头内腔相隔离的筒体端板,位于所述筒体上端的半球形封头上设置有热流体出口,位于所述筒体下端的半球形封头上设置有热流体进口,所述筒体的内壁上下端分别设置有与相邻筒体端板形成环形密封容腔的环形导流槽,两个环形导流槽的之间均匀地竖直设置有若干连通两个环形导流槽的冷流体管,所述筒体外圆周壁上端设置有连通位于所述筒体的内壁上端的环形导流槽的冷流体入口,外圆周壁下端设置有连通位于所述筒体的内壁下端的环形导流槽的冷流体出口,两个筒体端板之间均匀地竖直设置有若干连通两个半球形封头内腔的热流体管,所述热流体管及冷流体管之间的空隙中填充有蓄热材料,本方案采用冷热管分流的方式,热流体从下端半球形封头上的热流体进口进入到多个热流体管中,冷流体从筒体上方右侧的冷流体入口处进入,经过环形导流槽,均匀进入到各个冷流体管中,在此过程中,冷热分流同行,也可以只通热流体不通冷流体,这时就是单纯的蓄热;只通冷流体,这时就是单纯加热;冷热同行的时候就是蓄热、加热同时进行,使蓄热加热过程变得可控,解决了传统蓄热器物流污染问题,同时大大提高了换热效率以及蓄热能力。
进一步地,所述筒体内还设置有用于固定热流体管的圆形热管固定板,起到固定热管热流体管保持稳定位置目的,固定板上设置有与所述热流体管相匹配的通孔。
进一步地,所述筒体外圆周壁上还设置有蓄热材料入口,方便填充蓄热材料。
进一步地,所述热流体管及冷流体管的外壁沿周向均匀分布有若干与所述热流体管及冷流体管轴线平行的翅片,让蓄热器管道间拥有足够的换热面积,提高换热效率。
进一步地,相邻热流体管及冷流体管上的翅片的最小间隔不低于20mm,以减少在填充蓄热材料时对工艺物流产生过大的流动阻力。
进一步地,所述翅片的横截面呈曲边三角形,此形状的翅片根部厚一些,其向外延伸部分可以加工得薄一些,由于越靠近管道温度越高,此时接触面积越大,蓄热效果越好,因此根部要厚,而延伸部分由于离管道较远,对蓄热量影响不大,可以做得薄一些,有利于节省材料,同时,靠近管道部分热应力大,做的厚一些,有利于延长翅片的寿命和焊接,翅片的材质可以是铝、铜、钢等复合材料。
进一步地,所述翅片的表面均匀设置有凹槽,用于嵌入固体蓄热材料,既可增大蓄热材料的填充量,还增大蓄热材料和翅片的换热面积,加强蓄热器的蓄热量。
进一步地,所述的蓄热材料为膨胀石墨,膨胀石墨除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能意外,又由于其特殊成型工艺及特殊的微观组织,而具有天然石墨所没有的柔软、回弹性、低的应力松弛等。
进一步地,所述筒体由外到内依次包括金属层、绝热层和耐高温层,所述绝热层采用绝热材料或者是真空绝热。
进一步地,所有冷流体管横截面面积之和与所有热流体管的横截面面积之和相一致,当冷流体管的数量不同于热流体管的数量时,通过设置不同的管道直径,减少两者在换热时的管内流体工质的流量差,使其尽可能保持一致,以获得较高的换热效率,而管道材质与需要处理的流体性质对应,例如具有腐蚀性的高温酸性气体进入热流体管时,管道材料需要采用耐腐蚀,耐高温材料;而冷流体管进入空气时就只需要用耐高温材料即可。
相比现有技术,本发明的有益效果:该蓄热器旨在通过对于结构设计的完善以及创新,提高其蓄热能力以及冷却效率,其主要的创新点在于:
1、它采用的是冷热管分流,使蓄热加热过程变得可控,解决了传统蓄热器物流污染问题,同时大大提高了换热效率以及蓄热能力。
2、采用轴向翅片管换热,通过焊接轴向翅片,大大强化了其换热能力,采用曲边三角形(根部厚,外延薄)结构,节省材料的同时还加大了蓄热量,避免热应力过高,有利于延长翅片的寿命,在翅片上设置凹槽,有能增大蓄热材料的填充量,使换热面积增大,强化了其蓄热、换热能力。
3.通过在冷流体进口处设置环形导流槽,改变了传统蓄热器空气单向流动的状态,使气体能均匀进入到各个冷流体管,强化了换热效率。
附图说明
图1本发明中蓄热器总体结构示意图。
图2图1中A-A处截面示意图。
图3 蓄热器内部管道立体示意图。
图4 为翅片形状示意图。
其中各标号含义:1-热流体出口,2-半球形封头,3-法兰,4-冷流体入口,5-冷流体管,6-冷流体出口,7-热流体进口,8-热流体管,9-蓄热材料,10-环形导流槽,11-筒体,12-蓄热材料入口,13-热管固定板,14-翅片,15-凹槽,16-筒体端板。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1和图2所示,一种冷热分流的过程节能蓄热器,包括竖直设置的圆柱形筒体11、通过法兰3分别连接在所述筒体11上下端的两个半球形封头2,所述筒体11上下端和两个半球形封头2之间还设置有将筒体11内腔和半球形封头2内腔相隔离的筒体端板16,位于所述筒体11上端的半球形封头2上设置有热流体出口1,位于所述筒体11下端的半球形封头2上设置有热流体进口7,所述筒体11的内壁上下端分别设置有与相邻筒体端板16形成环形密封容腔的环形导流槽10,两个环形导流槽10的之间均匀地竖直设置有若干连通两个环形导流槽10的冷流体管5,所述筒体11外圆周壁上端设置有连通位于所述筒体11的内壁上端的环形导流槽10的冷流体入口4,外圆周壁下端设置有连通位于所述筒体11的内壁下端的环形导流槽10的冷流体出口6,两个筒体端板16之间均匀地竖直设置有若干连通两个半球形封头2内腔的热流体管8,所述热流体管8及冷流体管5之间的空隙中填充有蓄热材料9,所述的蓄热材料9为膨胀石墨,膨胀石墨除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能意外,又由于其特殊成型工艺及特殊的微观组织,而具有天然石墨所没有的柔软、回弹性、低的应力松弛等,所述筒体11外圆周壁上还设置有蓄热材料入口12,方便填充蓄热材料。本实施例采用冷热管分流的方式,热流体从下端半球形封头上的热流体进口进入到多个热流体管中,冷流体从筒体11上方右侧的冷流体入口4处进入,经过环形导流槽10,在环形导流槽10空腔内部环形流动,遇到冷流体管5时往下流,由于冷流体管5流量小于环形导流槽10空腔里的流量,所以冷流体可以均匀进入到各个冷流体管5中,在此过程中,冷热分流同行,也可以只通热流体不通冷流体,这时就是单纯的蓄热;只通冷流体,这时就是单纯加热;冷热同行的时候就是蓄热、加热同时进行,使蓄热加热过程变得可控,解决了传统蓄热器物流污染问题,同时大大提高了换热效率以及蓄热能力。
所述筒体11内还设置有用于固定热流体管8的圆形热管固定板13,起到固定热管热流体管8保持稳定位置目的,固定板13上设置有与所述热流体管相匹配的通孔。
如图3和图4所示,所述热流体管8及冷流体管5的外壁沿周向均匀分布有四片与所述热流体管8及冷流体管5轴线平行的翅片14,让蓄热器管道间拥有足够的换热面积,提高换热效率,同时,所述翅片14的横截面呈曲边三角形,且表面均匀设置有和石墨直径大小相当的凹槽15,用于嵌入固体蓄热材料,既可增大蓄热材料9的填充量,还增大蓄热材料9和翅片14的换热面积,加强蓄热器的蓄热量。此形状的翅片14根部厚一些,其向外延伸部分可以加工得薄一些,由于越靠近管道温度越高,此时接触面积越大,蓄热效果越好,因此根部要厚,而延伸部分由于离管道较远,对蓄热量影响不大,可以做得薄一些,有利于节省材料,同时,靠近管道部分热应力大,做的厚一些,有利于延长翅片14的寿命和焊接,翅片14的材质可以是铝、铜、钢等复合材料。另外,相邻热流体管8及冷流体管5上的翅片14的最小间隔不低于20mm,以减少在填充蓄热材料9时对工艺物流产生过大的流动阻力。
具体而言,所述筒体11由外到内依次包括金属层、绝热层和耐高温层,所述绝热层采用绝热材料或者是真空绝热。
具体而言,所有冷流体管5横截面面积之和与所有热流体管8的横截面面积之和相一致,因本实施例的冷流体管5的数量少于热流体管8的数量,因此所述冷流体管5的直径大于热流体管8的直径,通过设置不同的管道直径,减少两者在换热时的管内流体工质的流量差,使其尽可能保持一致,以获得较高的换热效率,而管道材质与需要处理的流体性质对应,例如具有腐蚀性的高温酸性气体进入热流体管时,管道材料需要采用耐腐蚀,耐高温材料;而冷流体管进入空气时就只需要用耐高温材料即可。
整个蓄热器竖直放置,蓄热器分成三部分制造,然后通过连接部件和焊接密封组装在一起,制作过程大致如下:
首先制作出如图1所示的筒体11、对应大小的半球形封头2和法兰3;其次制作出如图4的翅片14,把四片翅片14均匀焊接在管道上;接着制作出如图2中所示环形导流槽10、热流体管8、冷流体管5、热管固定板13,环形导流槽10和热管固定板13采用一体化铸造,并在环形导流槽10底部均匀开孔,孔径大小配合冷流体管5的直径,在热管固定板13按照圆周阵列等距打孔,孔径与热流体管8直径相配合,然后把热流体管8和冷流体管5分别焊接到环形导流槽10和热管固定板13上;最后把各管道系统和筒体11焊接在一起,并开好冷流体入口和出口,从蓄热材料入口12填入蓄热材料9,把两个半球形封头2和筒体11用法兰3连接在一起,整个密封的蓄热器就组装好了。
使用时,热流体从下端半球形封头2上的热流体进口7进入到多个热流体管8中,冷流体从筒体11上方右侧的冷流体入口4处进入,经过环形导流槽10,均匀进入到各个冷流体管5中,热流体管8的热量通过热传导传给蓄热材料9,蓄热材料9又传导给冷流体,或者热流体直接热辐射把热量传给冷流体,在此过程中,冷热分流同行,也可以只通热流体不通冷流体,这时就是单纯的蓄热;或者只通冷流体,这时就是单纯加热;冷热同行的时候就是蓄热、加热同时进行。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷热分流的过程节能蓄热器,包括竖直设置的圆柱形筒体(11)、通过法兰(3)分别连接在所述筒体(11)上下端的两个半球形封头(2),所述筒体(11)上下端和两个半球形封头(2)之间还设置有将筒体(11)内腔和半球形封头(2)内腔相隔离的筒体端板(16),其特征在于:位于所述筒体(11)上端的半球形封头(2)上设置有热流体出口(1),位于所述筒体(11)下端的半球形封头(2)上设置有热流体进口(7),所述筒体(11)的内壁上下端分别设置有与相邻筒体端板(16)形成环形密封容腔的环形导流槽(10),两个环形导流槽(10)的之间均匀地竖直设置有若干连通两个环形导流槽(10)的冷流体管(5),所述筒体(11)外圆周壁上端设置有连通位于所述筒体(11)的内壁上端的环形导流槽(10)的冷流体入口(4),外圆周壁下端设置有连通位于所述筒体(11)的内壁下端的环形导流槽(10)的冷流体出口(6),两个筒体端板(16)之间均匀地竖直设置有若干连通两个半球形封头(2)内腔的热流体管(8),所述热流体管(8)及冷流体管(5)之间的空隙中填充有蓄热材料(9)。
2.根据权利要求1所述的冷热分流的过程节能蓄热器,其特征在于:所述筒体(11)内还设置有用于固定热流体管(8)的圆形热管固定板(13)。
3.根据权利要求1所述的冷热分流的过程节能蓄热器,其特征在于:所述筒体(11)外圆周壁上还设置有蓄热材料入口(12)。
4.根据权利要求1所述的冷热分流的过程节能蓄热器,其特征在于:所述热流体管(8)及冷流体管(5)的外壁沿周向均匀分布有若干与所述热流体管(8)及冷流体管(5)轴线平行的翅片(14)。
5.根据权利要求4所述的冷热分流的过程节能蓄热器,其特征在于:相邻热流体管(8)及冷流体管(5)上的翅片(14)的最小间隔不低于20mm。
6.根据权利要求4所述的冷热分流的过程节能蓄热器,其特征在于:所述翅片(14)的横截面呈曲边三角形。
7.根据权利要求4所述的冷热分流的过程节能蓄热器,其特征在于:所述翅片(14)的表面均匀设置有凹槽(15)。
8.根据权利要求1所述的冷热分流的过程节能蓄热器,其特征在于:所述的蓄热材料(9)为膨胀石墨。
9.根据权利要求1所述的冷热分流的过程节能蓄热器,其特征在于:所述筒体(11)由外到内依次包括金属层、绝热层和耐高温层,所述绝热层采用绝热材料或者是真空绝热。
10.根据权利要求1所述的冷热分流的过程节能蓄热器,其特征在于:所有冷流体管(5)横截面面积之和与所有热流体管(8)的横截面面积之和相一致。
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