CN107504848A - 一种换热管的交错叠加结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换热管的交错叠加结构，包括，进口集管、出口集管、换热管，所述的进口集管、出口集管、换热管均安装在壳体的内腔中，所述的内腔中填充有相变材料；所述的换热管有多根，且均匀分布在进口集管和出口集管的轴向上。本发明实现了充热和放热流程的进出口方向一致，且有效避免了充放热过程中由于相变材料的收缩或膨胀导致的局部应力，同时使得整个相变储能装置的温度场可以均一化，装置内部不同高度的横向截面平均温度几乎一致，从而使相变储能装置有更好的热力学性能以及更准确的温度控制水平。

Description

一种换热管的交错叠加结构
技术领域
本发明涉及一种相变材料的相变储能装置，特别是涉及一种换热管的交错叠加结构。
背景技术
相变储能装置是用于盛装相变材料，并通过相变材料进行储能的设备，其常规的结构就是将相边材料填满相变储能装置内，然后在相变储能装置内布置换热管，一般只有一根换热管，外部流体进入换热管后从换热管进口进入，流转完整根设置在相变储能装置内的换热管后从换热管出口排出，这种结构存在以下缺陷：
1、在充热时相变材料从固态变为液态有一定比例的膨胀，所以不宜从装置的下部开始充热，一般充热流程要求热源从上往下流动，而放热过程相变材料从液态变为固态有一定比例的收缩，所以不宜从装置的上部开始放热，一般放热流程要求冷源从下往上流动，两个流程对流动方向的不同要求增加了管道布置的难度也增加了系统控制的成本；
2、相变储能装置在换热过程中温度分布不均匀，特别是上下温差较大，当装置达到一定高度后换热过程中过大的温差会影响储能装置的热力学特性，同时也更容易带来温度测量误差。
故申请人认为，有必要设计出一种换热管的交错叠加结构，其通过对换热管的设计、布局能够使得整个相变储能装置内温差不大或几乎没有温差且充热和放热流程的进出口方向一致，能够简化相变储能装置的结构及使用方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种换热管的交错叠加结构。
为实现上述目的，本发明提供了一种换热管的交错叠加结构，包括，进口集管、出口集管、换热管，所述的进口集管、出口集管、换热管均安装在壳体的内腔中，所述的内腔中填充有相变材料；
所述的换热管有多根，且均匀分布在进口集管和出口集管的轴向上。
作为本发明的进一步改进，所述的换热管，包括，下降部分和上升部分，所述的下降部分和上升部分结构相同且通过连接部分连通；
所述的下降部分由与进口集管连通处向下呈蛇形弯折结构直达最低端后通过水平的连接部分与上升部分最低端连通，所述的上升部分最顶端与出口集管连通。
作为本发明的进一步改进，所述的下降部分，包括，水平方向布置的横管段和竖直方向布置的竖管段，所述的竖管段和横管段由上至下交替分布，直达最低端。
作为本发明的进一步改进，下降部分的进口端与进口集管最高处连通。
作为本发明的进一步改进，下降部分的横管段和上升部分的第二横管段交错布置。
作为本发明的进一步改进，上下相邻的三根换热管横截面的圆心之间呈正三角形分布。
本发明的有益效果是：
本发明实现了充热和放热流程的进出口方向一致，且有效避免了充放热过程中由于相变材料的收缩或膨胀导致的局部应力，同时使得整个相变储能装置的温度场可以均一化，装置内部不同高度的横向截面平均温度几乎一致，从而使相变储能装置有更好的热力学性能以及更准确的温度控制水平。
所述的横管段和第二横管段的设计有利欲将管内的杂质和气泡排除，可有效防止换热管内气阻的生成，从而有效提高换热管的通过性。
换热管内流体流向交叉排列，使得装置整体温度较均匀，不会出现不同部位温差过大情况。
上下相邻的换热管呈正三角形排列，换热效率更高。
附图说明
图1是本发明一种换热管的交错叠加结构具体实施方式的结构示意图。
图2是本发明一种换热管的交错叠加结构具体实施方式的结构示意图。
图3是本发明一种换热管的交错叠加结构具体实施方式的结构示意图。
图4是图2中换热管A-A剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
参见图1-图3，一种换热管的交错叠加结构，包括，进口集管220、出口集管210、换热管300，所述的进口集管220、出口集管210、换热管300均安装在壳体100的内腔101中，所述的内腔101中填充有相变材料且预留有缓压空间（不填满整个内腔，为相变材料相变提供让位空间以降低相变材料对换热管的应力）；
所述的换热管有多根，且均匀分布在进口集管220和出口集管210轴向上。
所述的换热管300包括下降部分310和上升部分320，所述的下降部分310和上升部分320结构相同且通过连接部分340连通；
所述的下降部分310由与进口集管220连通处向下呈蛇形弯折结构直达最低端后通过水平的连接部分340与上升部分320最低端连通，所述的上升部分320最顶端与出口集管210连通。
所述的下降部分310包括水平方向布置的横管段321和竖直方向布置的竖管段322，所述的竖管段322和横管段321由上至下交替分布，直达最低端。
这种结构实现了充热和放热流程的进出口方向一致，且有效避免了充放热过程中由于相变材料的收缩或膨胀导致的局部应力，同时使得整个相变储能装置的温度场可以均一化，装置内部不同高度的横向截面（横管段321轴向方向的截面）平均温度几乎一致，从而使相变储能装置有更好的热力学性能以及更准确的温度控制水平。
进一步地，为了使每根换热管的进口端同时进入流体，从而防止由于换热管进入流体时间不同而造成局部温差，可以将下降部分310的进口端与进口集管220最高处连通，这样就只有整根进口集管全部装满流体后才能进入到换热管中，从而使得流体进入换热管的时间几乎一致。
进一步地，为了使整个壳体100内的温度更加均匀，可以将下降部分310的横管段321和上升部分320的第二横管段311交错布置。具体地，在图2方向上，所述的第二横管段311布置于两根相近横管段321之间，优选为两根相近横管段321正中间。
参见图4，所示的结构为图2中换热管在A-A剖面处的视图，其中，上下相邻的三根换热管300横截面的圆心之间呈正三角形分布，这种设计可以在换热管之间在形成交错吸热结构，从而提高换热效率。
使用测试：
S1，内腔101内的相变材料为：三水醋酸钠，相变温度为59℃。
S2，测试相关参数：
相变材料型号：三水醋酸钠
内腔尺寸：1197（长）×355（宽）×506（高）
材料填充量：178.8L
流体型号：软化水
换热管规格：Ø10×1
进出口集管规格：DN25
S3，充热过程中，流量10L/min温度为90℃的热流体进入进口集管，分成4个支路后沿换热管由上至下不断放热后流体温度降低至87℃，流体到达装置底部后沿着换热管折回，由下自上继续放热，到达出口集管处流体温度降低至85℃，充热过程中相变储能材料的温度从50℃升高到80℃储存热量；此时，内腔中最大温差为2℃；
S4，放热过程中，流量5L/min温度为35℃的冷流体进入进口集管，进入4根换热管且由上至下不断吸热后流体温度升高到41℃，流体到达换热管底部后沿换热管折回，由下自上继续吸热，到达出口集管出时流体温度升高至45℃，在放热过程中相变储能材料的温度从80℃降低至50℃释放热量。此时，内腔中最大温差为2℃。相变储能装置的充热-放热循环即可储存或释放热量。
由上述测试可知，本发明能够使得内腔中的相变材料温度比较均匀，可有效降低相变材料由于相变所产生的内应力。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种换热管的交错叠加结构，包括，进口集管、出口集管、换热管，其特征是：所述的进口集管、出口集管、换热管均安装在壳体的内腔中，所述的内腔中填充有相变材料；所述的换热管有多根且均匀分布在进口集管和出口集管的轴向上。
2.如权利要求1所述的换热管的交错叠加结构，其特征是：所述的换热管，包括，下降部分和上升部分，所述的下降部分和上升部分结构相同且通过连接部分连通；
所述的下降部分由与进口集管连通处向下呈蛇形弯折结构直达最低端后通过水平的连接部分与上升部分最低端连通，所述的上升部分最顶端与出口集管连通。
3.如权利要求2所述的换热管的交错叠加结构，其特征是：所述的下降部分，包括，水平方向布置的横管段和竖直方向布置的竖管段，所述的竖管段和横管段由上至下交替分布，直达最低端。
4.如权利要求2所述的换热管的交错叠加结构，其特征是：下降部分的进口端与进口集管最高处连通。
5.如权利要求3所述的换热管的交错叠加结构，其特征是：下降部分的横管段和上升部分的第二横管段交错布置。
6.如权利要求1-5任一所述的换热管的交错叠加结构，其特征是：上下相邻的三根换热管横截面的圆心之间呈正三角形分布。
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