CN107062972A - 一种扁管式相变蓄热装置 - Google Patents

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Abstract

一种扁管式相变蓄热装置，属于相变蓄热技术领域。主要包括蓄热核心部件扁管组件、蓄热器箱体、相变材料和蓄放热环路；蓄热器箱体内装有扁管组件，所述扁管为两平板作为换热面平行密封成空腔结构，空腔结构内又被分割成多个密封的空腔，每个密封的空腔内填充有相变材料；两平板换热面的外表面全部设有翅片；扁管组件为多个扁管平行层叠在一起，即平板换热面平行层叠；翅片之间形成气体通道。极大增加了空气侧换热面积，显著提高相变蓄放热的速率和效率。

Description

一种扁管式相变蓄热装置
技术领域
本发明涉及一种相变蓄热装置，特别是一套以空气为换热介质的高效相变蓄热装置，属于相变蓄热技术领域。
背景技术
自进入21世纪，全球经济高速发展，人民对生活水平与建筑环境的要求越来越高，导致全球范围内的能耗急剧增长，由此带来的能源危机与环境问题日益严重。因此如何有效利用能源成为了全球的话题。蓄热技术能够将太阳能集热及许多工业过程排放的不连续、不稳定的热能储存起来，可以很好的解决热能供求双方在时间和强度上的不匹配问题。相变蓄热以其蓄热密度大、温度变化小、容易控制等优点，日益成为合理利用能源、提高能源利用率、减小环境污染的首要选择。相变蓄热技术的发展对太阳能热储存、电力“移峰填谷”、工业废热和余热的回收等领域具有重要的意义。开发高效的换热结构和高性能的蓄热材料是蓄热技术发展的主要方向。
蓄热系统中，蓄热装置结构是相变储能技术的骨架，目前绝大多数的蓄热装置主要以盘管为主要换热结构，不但体积大、阻力大、成本高，同时对换热器换热性能的提高也不是很明显，所以优化蓄热装置的结构也是一项大家一直在尝试和探索的方向。该蓄热系统应用了一种新型扁管组件，利用一套简单的蓄放热管路实现了对废热及太阳能等间断性热源进行热量储存，并对储存的热量在需要利用时进行快速释放，从而达到热量储存和释放的目的。
目前对相变蓄热器的研究多以水作为换热介质，水由于密度大、比热容大及换热性能好等优点，以其为换热介质得到了广泛的认可和应用。但在一些特定的场合，如太阳能空气集热器、烟气余热回收及建筑采暖等领域都以空气作为换热介质，而这些领域同样有蓄热的需求，若以水为换热介质，需要增加二次换热装置，不仅使整个系统结构复杂，而且也降低了系统的热效率，该新型扁管式相变蓄热装置满足直接以空气为换热介质的应用需求。
发明内容
一种新型扁管式相变蓄热装置，主要包括蓄热核心部件扁管组件、蓄热器箱体、相变材料和蓄放热环路；蓄热器箱体内装有扁管组件，所述扁管为两平板作为换热面平行密封成空腔结构，空腔结构内又被分割成多个平行的长方体腔体密封结构，每个长方体腔体密封结构内填充有相变材料；两平板换热面的外表面全部设有翅片；扁管组件为多个扁管平行层叠在一起，即平板换热面平行层叠；翅片之间形成气体通道；蓄热器箱体上设有气体进口和气体出口，气体进口和气体出口分别和蓄放热环路连接。
进一步优选翅片为铝制长条空腔长方体结构。
扁管长方体腔体密封结构，长度方向平行，长度方向与翅片气体通道垂直。
通过冷热空气循环流经蓄热器以实现将热源的热量储存到蓄热器或者将蓄热器的热量取出并送到热用户。
所述扁管内部包括一个或多个并列的通道，用于灌装相变材料。
所述新型扁管的气体通道截面形状为矩形，内壁上带有微翅结构。
所述强化换热百叶窗翅片为铝制板材挤压成型，其具体尺寸可根据实际需要设计制造。
箱体两侧焊接变径接头并连接波纹管，与供取热流体连通。在箱体外面加装保温层，减小热损失。
翅片通过表面焊接技术焊接到扁管表面上，其中所用到的新型扁管为铝材经过一次性挤压成型，底端通过挤压密封或者焊接密封，以防止液态相变材料泄露，具有一个或多个并列的通道，用于灌装相变材料；所述强化换热铝翅片为铝制板材挤压成型，表面开窗，其具体尺寸可根据实际需要设计制造。该蓄热器的基本工作原理为：蓄热时，携带热量的热空气从箱体一侧的波纹管流经该蓄热器，通过强制对流换热的方式将热量传递给翅片，再通过导热方式将热量传给新型扁管组件，进而传给扁管内的相变材料，相变材料吸收热量后逐渐相变，达到蓄热的目的；放热时，冷空气以同样的方式流经该蓄热箱体，通过对流换热的方式将蓄存的热量传递给冷空气，达到放热的目的。
可以通过发生相变吸收或者释放潜热的方式达到蓄热或者放热的目的，主要包括石蜡和脂肪酸等。
将该蓄热装置、热源及热用户连接起来，组成循环系统，循环系统还包括风机、流量计和绝热层，采用绝热层的风道连接。
本发明的技术效果：
本发明的有益效果在于直接以空气为换热介质实现对热量的高效储存和释放，使用扁管作为主要的换热元件，通过优化设计，寻求相变材料侧与空气侧热阻的最佳匹配，实现尽量减少金属材料的使用量的同时提高传热效率及总体蓄热量，使得该蓄热器成为一种稳定高效的蓄热装置。
本发明的目的在于吸收现有蓄热技术的优点，克服现有蓄热技术的不足，提供一种可以根据用热需求而快速蓄放热的新型扁管式相变蓄热装置。
附图说明
图1是一种新型扁管式相变蓄热装置的系统图。
图2是扁管式相变蓄热装置的结构视图；A为侧视图，B为主视图；
图3是扁管式相变蓄热装置的结构示意图；
图4是本发明中核心换热元件扁管组件的结构图；
A为主视图，B为侧视图，C为仰视图；
图5为扁管组件的分解组合图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
本发明涉及一种新型扁管式相变蓄热装置。包括蓄热器主体，蓄放热管路和风机，如图1所示，蓄热管路连接热源和蓄热器主体，放热环路连接热用户和蓄热器主体。
图2为新型扁管式相变装置结构示意图，主要包括蓄热箱体、蓄热扁管组件、相变材料和蓄放热通道。工作原理：对于蓄热过程，当多余的热量需要储存时，热空气在风机的推动下流经蓄热通道，通过对流换热的方式将热量传递给扁管组件，再通过导热的方式传递给扁管中的相变材料，相变材料吸收热量并发生相变，从而实现能量的储存；对于取热过程，当储存的热量需要利用时，冷空气在风机的推动下流经取热通道，相变材料放出热量并通过扁管组件传递给流经的冷空气，从而使得蓄热材料所储存的热量释放出来，实现了根据实际用热需求对热量的取用。
图3为扁管式相变蓄热装置内部蓄热扁管组件示意图，蓄热阶段：热空气流经扁管蓄热器，将热量传递给翅片和扁管，再由翅片和扁管壁传递给扁管中的相变材料；取热阶段：相变材料中储存的热量通过扁管壁和翅片传递给流经蓄热器的冷空气，冷空气吸收热量温度升高，以实现取热的目的。扁管表面焊接百叶窗翅片以强化换热，该翅片为一种平板翅片，由薄铝片挤压而成，翅高为12mm，翅厚为0.1mm，翅间间距为5mm。
本发明涉及的新型扁管式相变蓄热装置以空气为换热介质，匹配太阳能空气集热器用作建筑采暖，整个系统中全都以空气为换热介质，既简化了系统结构，也提高了系统的热效率。其工作原理主要为：蓄热阶段，当热源(工厂废气、太阳能空气集热器等)有多余热量产生而用户消耗不完时，热空气在风机的推动下通过蓄热装置的蓄热通道将热量传递给蓄热系统；放热阶段，当外界热源不能满足用户需求时(比如太阳能采暖系统夜间需要热量时)，冷空气流经蓄热装置的放热通道将热量带走，在风机的推动下向热用户供热。
本发明涉及的新型扁管式相变蓄热装置与传统蓄热系统相比较有以下优点：1、在该蓄热装置内以新型扁管作为主要换热元件，代替常规的盘管式换热结构，使其结构紧凑，成本较低；2、本发明在蓄热和取热过程中，以空气为换热介质，在一些特定的场合下，如太阳能空气集热器作建筑采暖等领域，避免了二次换热，既使得蓄热装置结构简单，也提高了系统热效率。

Claims (7)

1.一种扁管式相变蓄热装置，其特征在于，主要包括蓄热核心部件扁管组件、蓄热器箱体、相变材料和蓄放热环路；蓄热器箱体内装有扁管组件，所述扁管为两平板作为换热面平行密封成空腔结构，空腔结构内又被分割成多个平行的长方体腔体密封结构，每个长方体腔体密封结构内填充有相变材料；两平板换热面的外表面全部设有翅片；扁管组件为多个扁管平行层叠在一起，即平板换热面平行层叠；翅片之间形成气体通道；蓄热器箱体上设有气体进口和气体出口，气体进口和气体出口分别和蓄放热环路连接。
2.按照权利要求1所述的一种扁管式相变蓄热装置，其特征在于，翅片为铝制长条空腔长方体结构。
3.按照权利要求2所述的一种扁管式相变蓄热装置，其特征在于，气体通道截面形状为矩形，内壁上带有微翅结构。
4.按照权利要求1所述的一种扁管式相变蓄热装置，其特征在于，翅片为强化换热百叶窗翅片，为铝制板材挤压成型。
5.按照权利要求1所述的一种扁管式相变蓄热装置，其特征在于，箱体两侧焊接变径接头并连接波纹管，与供取热流体连通；在箱体外面加装保温层，减小热损失。
6.按照权利要求1所述的一种扁管式相变蓄热装置，其特征在于，将该蓄热装置、热源及热用户连接起来，组成循环系统，循环系统还包括风机、流量计和绝热层，采用绝热层的风道连接。
7.按照权利要求1所述的一种扁管式相变蓄热装置，其特征在于，扁管长方体腔体密封结构，长度方向平行，长度方向与翅片气体通道垂直。
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