CN105758241B - 一种电加热蓄热换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电加热蓄热换热器，解决现有的电加热相变蓄热换热装置换热过程中能量分布不均匀，能量利用率低的问题。本装置包括罐状的壳体、电加热管，壳体内装有蓄热介质，其特征在于，所述壳体内还设有换热管道，换热管道在竖直平面上下折返呈蛇行盘绕，换热管道在水平面上环绕圆心螺旋设置布满壳体内部，壳体上端开口并设置可拆卸的盖板，换热管道的进口和出口从盖板穿出壳体，电加热管从盖板上向下伸入壳体内部。本发明对流动性不佳的蓄热介质进行均匀换热，提高热利用效率。

Description

一种电加热蓄热换热器
技术领域
本发明涉及一种蓄热装置，特别涉及一种电加热蓄热换热器。
背景技术
中国改革以来，经济一路高速发展，到现在GDP位列世界第二，中国也在经历西方发达国家所经历的环境问题，一次能源煤炭、石油在发展过程中大规模得使用，导致环境问题日趋严重，污染大气，气候变暖。近年来，我国多地雾霾频发，严重影响人们日常生活和身体健康。为此，国务院及各省市纷纷出台大气污染防治政策和实施方案。全面整治和淘汰燃煤小锅炉已提上日程，“煤改气”、 “煤改电”已成为大势所趋。其中“煤改电”方向，主要利用国家谷电政策实现节能减排和降低能耗。利用谷电电能间接供热技术的核心主要在储能环节，目前相变蓄热系统正成为间接供热技术储能环节的发展主流。
现有电加热蓄热换热系统，如中国专利局2014年3月12日公开的CN103629816A号专利，名称为一种基于相变蓄热的分时峰谷用电热水器装置。该装置包括：热水器内胆，电加热装置，相变材料，换热水管，保温层，热水器外壳，智能控制装置，温度数字显示屏，报警器，安全排气阀及温度传感器。热水器内胆是双层的，内胆双层壁之间是真空层，热水器内胆里填装一定量的相变材料，电加热装置,和换热水管分别安装固定在热水器内胆的空腔里,并浸没在相变材料中，换热水管包括冷水管和热水管，冷水管自来水管相连，热水管与淋浴器相连，构成热水器的水路循环。
现有的电加热相变蓄热换热器利用蓄热介质的固相-液相的来回变化过程中能吸收和释放大量热量的潜热蓄热效果，来提高蓄热介质的蓄热能力，利用谷电加热储存热量，满足日常使用需求，减少能耗。但现有的电加热相变蓄热换热器，蓄热介质在固相状态下不流动，无论是电加热还是放热，容易造成蓄热介质储罐中能量部分不均匀的现象，能量利用率低，甚至由于导热不畅，导致加热过程中局部过烧，对加热系统产生损伤。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的电加热相变蓄热换热装置换热过程中能量分布不均匀，能量利用率低的问题，提供一种电加热蓄热换热器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电加热蓄热换热器，包括罐状的壳体、电加热管，壳体内装有蓄热介质，所述壳体内还设有换热管道，换热管道在竖直平面上下折返呈蛇行盘绕，换热管道在水平面上环绕圆心螺旋设置布满壳体内部，壳体上端开口并设置可拆卸的盖板，换热管道的进口和出口从盖板穿出壳体，电加热管从盖板上向下伸入壳体内部，换热管道的进口设置在圆心处、出口设置在边缘处，所述换热管道在水平面上从圆心向边缘螺旋间隙逐渐减小，所述盖板上方还设有对电加热管电极密封保护的罩壳。本装置适用的蓄热介质可以是利用液相显热的蓄热介质，也可以是利用相变潜热的蓄热介质，换热管道在水平方向和竖直方向均盘绕分布，布满壳体内部的整个空间，使换热管道能充分跟壳体内的蓄热介质换热，提高热利用率。本装置的电加热装置在夜晚谷电时间启动，对蓄热介质进行蓄热；在需要使用热量的时候换热管道内通入冷媒，与蓄热介质换热。电加热管从盖板插入壳体内，可以随盖板一起拆卸更换，也可以单独拆卸更换。换热管道内流通冷媒，进口处冷媒温度低，热交换剧烈，对蓄热介质热量消耗大，出口处冷媒温度高，热交换比较平缓，对蓄热介质热量消耗小，而对于需要利用到相变蓄热的蓄热介质，流动性较差，容易造成热量分布不均，换热效果变差。因此，在进口处换热管道布置较为稀疏，而出口处换热管道布置较密，均衡利用壳体内各处的热量。
作为优选，所述电加热管分布密度在水平面上从中心向边缘逐步减小。与换热管道分布向对应的，壳体中心位置与刚进入壳体的冷媒换热，放热快，因此，电加热管也分布较密，并向边缘呈放射状逐步稀疏。
作为优选，所述壳体内还设有若干水平的隔板，隔板上开设有供换热管道穿过的穿管孔，所述隔板上还开设有供蓄热介质灌装、膨胀、流动的过流孔。电加热管与过流孔对齐从过流孔位置向下插入。如果存在部分电加热管与过流孔位置不对应，则在隔板上开设专门的加热管孔。
作为优选，所述隔板和换热管道在交接处固定。换热管道和隔板形成整体换热管系结构，并与壳体独立设置，可以与壳体分离更换。
作为优选，所述隔板沿上下设置多个，多个隔板之间通过定距管支撑。
作为优选，所述定距管底部抵靠壳体的底壁作为支撑，所述定距管的顶部高于最上方的隔板作为更换换热管道的拉杆。定距管作为拉杆，不仅对隔板形成支撑，而且可以作为受力点，将隔板和换热管道整体从壳体内吊装更换。
作为优选，所述壳体上端环周上均匀设置若干灌装蓄热介质的灌装口。
本发明采用整体分布的换热管道，对流动性不佳的蓄热介质进行均匀换热，提高热利用效率；并在换热管道布置过程中充分考虑进口和出口的换热差异，对换热管道分布、电加热管的分布进行调节，使整个换热均衡；在利用相变蓄热的蓄热介质放热达到相变温度时，电加热管低功率启动，保证电加热管表层的蓄热介质保持熔融状态，避免电加热管直接加热固态蓄热介质，热传递不佳，导致局部过烧。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是本发明的图1中换热管道的侧视分布图。
图3是本发明的图1中电加热管的侧视分布图。
图4是本发明的实施例1的换热管道俯视分布图。
图5是本发明的实施例1的电加热管俯视分布图。
图6是本发明的实施例1的隔板结构俯视图。
图7是本发明的实施例2的换热管道俯视分布图。
图8是本发明的实施例2的电加热管俯视分布图。
图9是本发明的实施例2的隔板结构俯视图。
图中：1、电加热管，2、换热管道，3、过流孔，4、隔板，5、壳体，6、定距管，7、盖板，8、罩壳，9、保温层，10、温控装置，11、蓄热介质，a、换热管道进口，b、换热管道出口，c、灌装口。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。
实施例1：一种电加热蓄热换热器，如图1至6所示。本装置包括壳体5，壳体5为上部开口的罐状，上部开口处采用可吊装拆卸的盖板7封盖。壳体内灌装蓄热介质11，蓄热介质为可相变蓄热的介质。壳体上端的环周上设有4个灌装口c，壳体底端设有蓄热介质的排出口。壳体内设有换热管道2，如图1、2所示，换热管道在竖直平面上下折返呈蛇行盘绕，如图4所示，换热管道在水平面上来回折返蛇行设置布满壳体内部。如图2、6所示，壳体5内还沿上下设有三层隔板4对换热管道形成支撑，隔板上开设有供换热管道穿过的穿管孔、并在穿管孔位置与换热管道外壁焊接固定，隔板4上还开设供蓄热介质11灌装、流动的过流孔3。各层隔板4通过竖直设置的定距管6定距并支撑，定距管6底端抵靠壳体底部，防止换热管道直接受压，定距管上端高于最上层隔板4作为拉杆，便于整个换热管道的吊装更换，壳体内蓄热介质的液位高于最上层的隔板4，低于灌装口c。换热管道进口a和换热管道出口b从盖板7上伸出与外部管道串联。
如图3、5所示，电加热管1从盖板7向下伸入壳体5内，并穿过隔板4的过流孔3向下方插入至壳体内的底部。电加热管还配套设置温控装置10。盖板的上方设有对温控装置10、电加热管1的电极形成密封保护的罩壳。
本装置的蓄热放热方法如下：蓄热介质采用可相变蓄热的介质；蓄热过程为采用电加热管对壳体内的蓄热介质进行加热；放热过程为蓄热介质与换热管道内的冷媒热交换，当蓄热介质放热过程达到相变温度，电加热管低功率启动保持电加热管表层蓄热介质处于熔融状态。在夜晚谷电时间进行电加热蓄热，在白天用电高峰期放热进行热利用，放热过程中通常电加热管是停止加热的，而蓄热介质放热达到相变温度时，电加热管低功率启动，保证电加热管表层的蓄热介质保持熔融状态，避免电加热管直接加热固态蓄热介质，热传递不佳，导致局部过烧。
实施例2：一种根据换热管道进出口位置设计换热管道分布密度的电加热蓄热换热器，如图1至图3、图7至9所示。本装置包括壳体5，壳体5为上部开口的罐状，上部开口处采用可吊装拆卸的盖板7封盖。壳体内灌装蓄热介质11，蓄热介质为可相变蓄热的介质。壳体上端的环周上设有4个灌装口c，壳体底端设有蓄热介质的排出口。壳体内设有换热管道2，如图1、2所示，换热管道在竖直平面上下折返呈蛇行盘绕，如图7所示，换热管道在水平面环绕圆心呈螺旋布置，换热管道进口a位于中心处，换热管道出口b位于边缘处，所述换热管道在水平面上从圆心向边缘螺旋间隙逐渐减小，即从圆心向边缘换热管道的密度逐渐增大。对应的，电加热管1分布密度在水平面上从中心向边缘逐步减小。如图2、9所示，壳体5内还沿上下设有三层隔板4对换热管道形成支撑，隔板上开设有供换热管道穿过的穿管孔、并在穿管孔位置与换热管道外壁焊接固定，隔板4上还开设供蓄热介质11灌装、流动的过流孔3。各层隔板4通过竖直设置的定距管6定距并支撑，定距管6底端抵靠壳体底部，防止换热管道直接受压，定距管上端高于最上层隔板4作为拉杆，便于整个换热管道的吊装更换，壳体内蓄热介质的液位高于最上层的隔板4，低于灌装口c。换热管道进口a和换热管道出口b从盖板7上伸出与外部管道串联。
如图3、8所示，电加热管1从盖板7向下伸入壳体5内，并穿过隔板4的过流孔3向下方插入至壳体内的底部。电加热管1分布密度在水平面上从中心向边缘逐步减小。电加热管还配套设置温控装置10。盖板的上方设有对温控装置10、电加热管1的电极形成密封保护的罩壳。
换热管道内流通冷媒，进口处冷媒温度低，热交换剧烈，对蓄热介质热量消耗大，出口处冷媒温度高，热交换比较平缓，对蓄热介质热量消耗小，而对于需要利用到相变蓄热的蓄热介质，流动性较差，容易造成热量分布不均，换热效果变差。因此，在进口处换热管道布置较为稀疏，而出口处换热管道布置较密，均衡利用壳体内各处的热量。与换热管道分布向对应的，壳体中心位置与刚进入壳体的冷媒换热，放热快，因此，电加热管也分布较密，并向边缘呈放射状逐步稀疏。
本装置的蓄热放热方法如下：蓄热介质采用可相变蓄热的蓄热介质；蓄热过程为采用电加热管对壳体内的蓄热介质进行加热；放热过程为蓄热介质与换热管道内的冷媒热交换，当蓄热介质放热过程达到相变温度，电加热管低功率启动保持电加热管表层蓄热介质处于熔融状态。在夜晚谷电时间进行电加热蓄热，在白天用电高峰期放热进行热利用，放热过程中通常电加热管是停止加热的，而蓄热介质放热达到相变温度时，电加热管低功率启动，保证电加热管表层的蓄热介质保持熔融状态，避免电加热管直接加热固态蓄热介质，热传递不佳，导致局部过烧。

Claims (7)

1.一种电加热蓄热换热器，包括罐状的壳体、电加热管，壳体内装有蓄热介质，其特征在于，所述壳体内还设有换热管道，换热管道在竖直平面上下折返呈蛇行盘绕，换热管道在水平面上环绕圆心螺旋设置布满壳体内部，壳体上端开口并设置可拆卸的盖板，换热管道的进口和出口从盖板穿出壳体，电加热管从盖板上向下伸入壳体内部，换热管道的进口设置在圆心处、出口设置在边缘处，所述换热管道在水平面上从圆心向边缘螺旋间隙逐渐减小，所述盖板上方还设有对电加热管电极密封保护的罩壳。
2.根据权利要求1所述的一种电加热蓄热换热器，其特征在于：所述电加热管分布密度在水平面上从中心向边缘逐步减小。
3.根据权利要求1所述的一种电加热蓄热换热器，其特征在于：所述壳体内还设有若干水平的隔板，隔板上开设有供换热管道穿过的穿管孔，所述隔板上还开设有供蓄热介质灌装、膨胀、流动的过流孔。
4.根据权利要求3所述的一种电加热蓄热换热器，其特征在于：所述隔板和换热管道在交接处固定。
5.根据权利要求3所述的一种电加热蓄热换热器，其特征在于：所述隔板沿上下设置多个，多个隔板之间通过定距管支撑。
6.根据权利要求5所述的一种电加热蓄热换热器，其特征在于：所述定距管底部抵靠壳体的底壁作为支撑，所述定距管的顶部高于最上方的隔板作为更换换热管道的拉杆。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种电加热蓄热换热器，其特征在于：所述壳体上端环周上均匀设置若干灌装蓄热介质的灌装口。
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