CN106679476A - 一种储能式换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能量转换的换热装置，尤其涉及一种热能或者冷能存储与利用的换热装置。该储能式换热装置包括外壳和流体隔板，流体隔板在外壳内部形成第二空心腔体和第三空心腔体；第二空心腔体与壳体外界通过开关装置相连通，第三空心腔体与第二空心腔体通过开关装置相连通；储能介质设置在第二空心腔体内，第三空心腔体中设有传热箱和流体驱动装置；传热箱与壳体外界通过开关装置相连通。上述储能式换热器具有既可蓄热，也可蓄冷、操作维修方便、传热效率高、加工工艺简单等优点。

Description

一种储能式换热装置

技术领域

本发明涉及一种能量转换的换热装置，尤其涉及一种热能或者冷能存储与利用的换热装置。

背景技术

我国工业生产过程中会产生很多高温或者低温的废水或者废气，这些废水或者废气虽然带有热能或者冷能，但是由于其品味低下，工业无法重复利用，管道敷设又不完善，无法直接输送到居民区供居民使用，所以最终多数以直接排放的形式浪费掉。

近年出现的储热式供热技术恰恰能够提供一种新型供热方式，它将工业余热存储到供热装置内部的储能介质中，然后将供热装置移动到需要热量的地方，再把热量从储能介质中释放出来，供用户使用，实现工业余热的回收利用。

现有的储热式供热装置有的将相变储热材料填充在若干根波纹管之间的空隙处，导致更换相变储热材料时操作困难；再者，相变储热材料与热流体之间要通过波纹管管壁才能完成换热，这种间接接触换热的方式，会导致换热热阻较大，换热效率较低。

现有的储热式供热装置还有的在储能介质上设置凹凸槽，通过凹凸槽错位排布形成热风或者冷风通道。该结构虽然能够保证两块蓄热体对扣时紧密咬合，但蓄热体外型的凹凸状设置，加大蓄热体加工工艺的困难程度，而且会影响整块蓄热体的机械强度，尤其在冷热循环交替过程中，易使蓄热体表面形成裂纹甚至断裂。

综上所述，目前的储热式供热装置存在维修操作困难、传热效率低和加工工艺复杂等问题。

发明内容

本发明针对本领域现有技术存在的不足，提供一套既可蓄热，也可蓄冷、操作维修方便、传热效率高、加工工艺简单的可移动式的蓄能式换热装置。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种储能式换热装置，其包括外壳和至少一块储能介质，所述外壳的内部形成第一空心腔体，其还包括流体隔板，所述流体隔板设置在所述第一空心腔体内，所述流体隔板与所述外壳相连，并将第一空心腔体分割成两个两部分，两部分分别为第二空心腔体和第三空心腔体；

所述储能介质设置在所述第二空心腔体的内部，

还包括第一流体进口和第一流体出口，所述第一流体进口和所述第一流体出口与第二空心腔体连通；

还包括循环流体进口和循环流体出口，所述循环流体进口和所述循环流体出口均设置在流体隔板上，并连通所述第二空心腔体和所述第三空心腔体；

所述第三空心腔体中设置有传热箱；

所述第一流体进口、第一流体出口、循环流体进口和循环流体出口上均设置有开关装置。

作为上述储能式换热装置的一种优选方案，还包括至少一根热管，所述热管设置在所述传热箱上，所述热管的一端伸进所述传热箱的内部，另一端露在所述第三空心腔体中。

作为上述储能式换热装置的一种优选方案，所述开关装置为滑动门体，所述滑动门体包括滑动导轨和滑动挡板，所述滑动挡板可沿所述滑动导轨移动。

作为上述储能式换热装置的一种优选方案，所述传热箱上设置有第二流体进口和第二流体出口。

作为上述储能式换热装置的一种优选方案，还包括至少一个流体驱动装置，所述流体驱动装置设置在所述第三空心腔体的内部。

作为上述储能式换热装置的一种优选方案，所述流体驱动装置为风机。

作为上述储能式换热装置的一种优选方案，还包括至少一块第一流体通道隔板，所述第一流体通道隔板设置在所述第二空心腔体中、所述第一流体进口和所述第一流体出口之间。

作为上述储能式换热装置的一种优选方案，根据所述第一流体的温度变化，可依次设置相变温度不同的所述储能介质。

作为上述储能式换热装置的一种优选方案，还包括储能介质外框架，所述储能介质外框架由若干支架与立柱连接而成，所述储能介质外框架左右两侧的内部依次等间隔水平设置若干对插槽，所述储能介质等间隔放置在支撑板上，而每块所述支撑板可插入任意一对所述插槽内。

作为上述储能式换热装置的一种优选方案，所述储能介质等间隔放置在储能介质外框架上。

本发明与现有技术相比具有显著进步和积极效果：

(1)既可蓄热，也可蓄冷。充分实现低品位能量的梯级回收利用。

(2)操作维修方便。整体结构简单，拆装方便。

(3)传热效率高。工业废水或者废气直接与储能介质接触，提高传热效率。

(4)加工工艺简单。对储能介质形状要求低，保证储能介质强度的同时，大大降低储能介质的加工工艺难度。

附图说明

图1为可移动式模块化储热供热装置结构示意图；

图2为储能介质在储能介质外框架中的布置示意图；

图3为滑动门体结构示意图；

图4为另一种滑动门结构示意图。

图中：

1为外壳，2为第一流体进口端板，3第一流体出口端板，4为第一流体通道隔板，5为第一流体进口，6为第一流体出口，7为流体隔板，8为循环流体进口，9为循环流体出口，10为储能介质，11为折流板，12为循环流体通道挡板，13为循环风机，14为传热箱，15为第二流体进口，16为第二流体出口，17为排气孔或排水孔，18为热管；

101为支架，102为立柱，104为固定卡，105为固定螺丝，106为支撑板；

5-6-1为流体进/出口，5-6-2为滑动挡板，5-6-3为滑动导轨；

8-9-1为循环空气出/入口，8-9-2为滑动挡板，8-9-3为滑动导轨。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1至图4所示，一种可移动储能式换热装置，包括外壳1，外壳1是由六块矩形不锈钢板焊接而成，里面是第一空心腔体，在第一空心腔体内部空间设置有流体隔板7，流体隔板7内侧与外壳1上的第一流体进口端板2、第一流体出口端板3形成第二空心腔体。流体隔板7外侧与外壳1形成“U”型的第三空心腔体。第一流体进口端板2上设有第一流体进口5。第一流体出口端板3上设有第一流体出口6。流体隔板7上设有循环流体进口8和循环流体出口9。

参照图2，储能介质外框架由若干支架101与立柱102连接而成，储能介质外框架左右两侧的内部由上到下依次等间隔水平设置若干对插槽，若干块长方体形储能介质10水平等间隔放置在支撑板106上，而每块支撑板106可插入任意一对水平插槽内，每块水平放置在支撑板106上的储能介质10，一侧面与其对应的两根钢立柱102紧贴，另一侧面近端处设置有固定卡104，并用固定螺丝105固定。储能介质10固定在储能介质外框架上，放置在第二空心腔体里面。第一流体进口5和第一流体出口6之间设有第一流体通道隔板4，并且第一流体通道隔板4靠近第一流体进口5和第一流体出口6的一端与外壳1连接，另一端与外壳之间存在间距，将第二空心腔体分割成“倒Π”字形循环空气通道，第一流体通道隔板4和流体隔板7之间设有交错分布的折流板11。第一流体通道隔板4和折流板11的作用都是为了增加第一流体或者循环流体在第二空心腔体里面的流动时间，强化第一流体或循环流体与储能介质10之间的换热效果。

在“U”型的第三空心腔体里，还设置有传热箱14。传热箱14上设有热管18，热管18的一端伸进传热箱14的内部，热管18的另一端露在第三空心腔体中。传热箱14上设有第二流体进口15，和第二流体出口16。传热箱14上还设有至少一个排水孔或排气孔17，用来在必要时排出传热箱14里面的流体。第一流体通道隔板4、流体隔板7、传热箱14，以及外壳1均设置有隔热保温层。循环风机13通过循环流体通道挡板12固定在第三空心腔体中。

设置在第一流体进口5和第一流体出口6上的开关装置为开关门体，具体的如图3所示，滑动门体包括滑动导轨5-6-3和滑动挡板5-6-2，滑动挡板5-6-2可沿滑动导轨5-6-3移动，由此调节流体进/出口5-6-1的开口大小，进而可以调节流体进/出口5-6-1处的流体流量。

设置在流体隔板7两端循环流体进口8与循环流体出口9上的开关装置也为开关门体，具体的如图4所示：其中滑动导轨8-9-3水平设置，而滑动挡板8-9-2可沿滑动导轨8-9-3水平移动，通过滑动挡板8-9-2的移动，可以调节循环空气出/入口8-9-1处循环空气流量。

在本实施方式中以回收烟气中热量为例进行说明，当然也可以用于回收废水中的热量，其具体工艺流程如下：

储热过程：该套装置通过载车运送到钢铁厂等高能耗排放企业，以收集废弃热烟气。充热前，先要开启第一流体进口5与第一流体出口6，同时关闭循环流体进口8和循环流体出口9。之后，经过滤除尘后的热烟气，通过第一流体进口5流入该套装置的烟气通道，与储热介质10直接接触后进行换热，烟气温度降低，而储热介质10温度升高，热烟气将携带的热量传递给储热介质10后，由第一流体出口6排出。通过监测储热介质10的温度变化情况，可判断是否达到该套装置的额定储热容量。当达到额定储热容量时，停止供应热烟气，关闭第一流体进口5与第一流体出口6，储热过程结束。

供热过程：充满热的该套装置通过载车运送到住宅区等热用户处，供热前，先要开启循环流体进口8与循环流体出口9，并关闭传热箱14的第二流体出口16。之后，由热用户供给的冷水经过开启的第二流体进口15进入传热箱14，待传热箱14充满冷水后，开启循环风机13，较低温度的空气在循环风机13的输送作用下由循环流体进口8进入原烟气通道，与温度较高的储热介质10直接接触换热，储热介质10温度降低，空气因吸热而温度升高，高温的空气由循环流体出口9流出后沿循环空气通道流动，与传热箱14底部的重力热管18接触，重力热管18将高温空气携带的热量传递给传热箱14里面的冷水，使冷水温度升高，而降温后的空气又流回循环风机13入口处。通过监测传热箱14内水的温度，可判断是否达到热用户用热需求。当达到热用户用热需求时，开启传热箱14的第二流体出口16，向热用户提供热水。热水供应完毕后，关闭第二流体出口16。供热过程结束。

优选的，本申请所有实施例中的第一流体进口5、第一流体出口6以及循环流体进口8、循环流体出口9处的开关装置优选为滑动门体。进一步优选为水平移动或者垂直移动的滑动门体。

优选的，本申请所有实施例中的第二流体进口15、第二流体出口16处的开关装置优选为阀门。进一步优选为流量控制阀、电磁阀或者手动阀。

需要指出的是，本申请所有实施例中，如果收集的废弃热烟气被替换为废弃的热水或者冷水，则需要将循环风机13替换为循环水泵。

可以理解，本申请所有实施例中，第一流体通道隔板4和折流板11的作用是为了进一步强化第一流体或循环流体与储能介质10之间的换热效果。

可以理解，本申请所有实施例中，第一流体通道隔板4、流体隔板7、传热箱14，以及外壳1均设置有隔热保温层的作用是为了减少散热损失，进一步提高流体间的传热效果。

可以理解，外壳1和流体隔板7形成封闭的第二空心腔体和第三空心腔体，本申请所有实施例的功能就可以实现，“U”型的第三空心腔体或者长方体的外壳，只是所有实施例中一种优选的实施方式。

优选的，本申请所有实施例中，根据第一流体温度的不同，可依次设置若干高温相变储能介质、若干中温相变储能介质和若干低温相变储能介质。梯次设置储能介质，有利于烟气余热的梯级高效利用。

可以理解，本申请所有实施例中，储能介质在储能介质外框架上的固定方式只是一种优选的实施方式，还可以通过例如直接使用螺栓固定之类的固定方式替代。

若以一套额定储热量为1.3GJ的可移动式模块化储热供热装置为例。该套装置所需的废热烟气温度为430℃，烟气体积流量为5000m3/h，储能介质分别采用相变温度为500℃与相变温度310℃的两种材料制备，在烟气通道内分两级梯次布置。若额定储热时间取2h，则每小时可向热用户提供60℃的热水6.2t。若废烟气价格暂定为零，产生同样的热量，废烟气制热比燃煤制热大概节约4.93万元，比燃气制热节约6.77万元，比电制热节约10.62万元。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能式换热装置，其包括外壳和至少一块储能介质，所述外壳的内部形成第一空心腔体，其特征在于：

包括流体隔板，所述流体隔板设置在所述第一空心腔体内，所述流体隔板与所述外壳相连，并将第一空心腔体分割成两个两部分，两部分分别为第二空心腔体和第三空心腔体；

所述储能介质设置在所述第二空心腔体的内部，

还包括第一流体进口和第一流体出口，所述第一流体进口和所述第一流体出口与第二空心腔体连通；

还包括循环流体进口和循环流体出口，所述循环流体进口和所述循环流体出口均设置在流体隔板上，并连通所述第二空心腔体和所述第三空心腔体；

所述第三空心腔体中设置有传热箱；

所述第一流体进口、第一流体出口、循环流体进口和循环流体出口上均设置有开关装置。

2.根据权利要求1所述的储能式换热装置，其中，还包括至少一根热管，所述热管设置在所述传热箱上，所述热管的一端伸进所述传热箱的内部，另一端露在所述第三空心腔体中。

3.根据权利要求1所述的储能式换热装置，其中，所述开关装置为滑动门体，所述滑动门体包括滑动导轨和滑动挡板，所述滑动挡板可沿所述滑动导轨移动。

4.根据权利要求1所述的储能式换热装置，其中，所述传热箱上设置有第二流体进口和第二流体出口。

5.根据权利要求1所述的储能式换热装置，其中，还包括至少一个流体驱动装置，所述流体驱动装置设置在所述第三空心腔体的内部。

6.根据权利要求5所述的储能式换热装置，其中，所述流体驱动装置为风机。

7.根据权利要求1所述的储能式换热装置，其中，还包括至少一块第一流体通道隔板，所述第一流体通道隔板设置在所述第二空心腔体中、所述第一流体进口和所述第一流体出口之间。

8.根据权利要求1所述的储能式换热装置，其中，根据所述第一流体的温度变化，可依次设置相变温度不同的所述储能介质。

9.根据权利要求1所述的储能式换热装置，其中，还包括储能介质外框架，所述储能介质外框架由若干支架与立柱连接而成，所述储能介质外框架左右两侧的内部依次等间隔水平设置若干对插槽，所述储能介质等间隔放置在支撑板上，而每块所述支撑板可插入任意一对所述插槽内。

10.根据权利要求9所述的储能式换热装置，其中，所述储能介质等间隔放置在储能介质外框架上。