CN108020107A - 一种旋转式相变蓄热器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式相变蓄热器及其应用，包括：支架；内部蓄热流体管道，固定于所述支架上；转轴，套设于所述内部蓄热流体管道上；多个旋转叶片，沿周向均匀安装在所述转轴上；动力部，固定于所述内部蓄热流体管道的一端，驱动所述旋转叶片旋转；以及外部换热流体管道，套设于所述内部蓄热流体管道外部，所述内部蓄热流体管道与所述外部换热流体管道之间的空隙为相变材料填充腔，用于填充相变材料，其中，所述旋转叶片的个数为两个或四个。

Description

一种旋转式相变蓄热器及其应用

技术领域

本发明涉及一种蓄热器，具体涉及一种旋转式相变蓄热器及其应用。

背景技术

随着相变材料的发展，将相变材料应用在蓄能领域中的技术已经成熟，并且市场上已有产品进行推广。相变材料因其独特的热学属性，能够通过相变过程，吸收或者释放潜热，进行储能，因此该技术可用于设计相变蓄热装置。基于相变材料的蓄热器拥有蓄热量大，装置生产简单，应用效果好等特点，但由于相变材料蓄热速率低的原因，导致蓄热性能不足。同时，由于重力作用，蓄热器放置方式和位置对蓄热器蓄热性能造成了影响。所以需要一种新的蓄热器来解决此问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种旋转式相变蓄热器及其应用。

本发明提供了一种旋转式相变蓄热器，具有这样的特征，包括：支架；内部蓄热流体管道，固定于支架上；转轴，套设于内部蓄热流体管道上；多个旋转叶片，沿周向均匀安装在转轴上；动力部，固定于内部蓄热流体管道的一端，驱动旋转叶片旋转；以及外部换热流体管道，套设于内部蓄热流体管道外部，内部蓄热流体管道与外部换热流体管道之间的空隙为相变材料填充腔，用于填充相变材料，旋转叶片的个数为两个或四个。

在本发明提供的旋转式相变蓄热器中，还可以具有这样的特征：其中，外管道，套设于外部换热流体管道外部；四个外部换热肋片，沿周向平均分布于外部换热流体管道的内壁上。

在本发明提供的旋转式相变蓄热器中，还可以具有这样的特征：其中，内部蓄热流体管道的内径为40mm，壁厚1mm，且采用的材料为钢，外部换热流体管道的内径为80mm，壁厚1mm，且采用的材料为PB，旋转叶片的厚度为1mm，且采用的材料为钢。

在本发明提供的旋转式相变蓄热器中，还可以具有这样的特征：其中，相变材料为RT25。

一种蒸汽负荷调节系统，具有这样的特征，包括：

如上述中任一项的旋转式相变蓄热器；第一水箱，容纳有水，与旋转式相变蓄热器通过主回路连接；加热器，用于对第一水箱内的水进行加热；流量计，设置在主回路上靠近第一水箱的位置处；联动装置，同时与流量计和旋转式相变蓄热器中的动力部连接，用于调节旋转式相变蓄热器的转轴的速度；以及温度传感器，用于与联动装置配合来调节转轴的转速，流量计与第一水箱之间的主回路上依次设置有压力测量点、第一泵、第一阀门、第二泵和第二阀门，旋转式相变蓄热器上还设置有六个温度测量点。

在本发明提供的蒸汽负荷调节系统中，还可以具有这样的特征：其中，压力测量点设有压力检测单元，六个温度测量点分别设有温度检测单元，系统还具有速率自控装置，用于接收压力检测单元检测的压力数据和温度检测单元检测的温度数据并根据测量得到的数据向联动装置发送控制信号，从而控制旋转式相变蓄热器中转轴的转速。

在本发明提供的蒸汽负荷调节系统中，还可以具有这样的特征：其中，太阳能集热器，通过主回路与流量计连接，且与加热器相互补充使用，用于节省电能，其中，第一水箱还通过补充水回路连接有第三泵和第三阀门，主回路上设有第四阀门。

在本发明提供的蒸汽负荷调节系统中，还可以具有这样的特征，还包括：余热回收系统，用于回收中低温热水中的余热，包括通过补充水回路与第一水箱连接的另一旋转式相变蓄热器和与该旋转式相变蓄热器通过补充水回路连接的第二水箱。

在本发明提供的蒸汽负荷调节系统中，还可以具有这样的特征，还包括：中低温热水指在标准大气压下温度在40-70摄氏度之间的水。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的一种旋转式相变蓄热器，因为采用了旋转叶片，所以在提高换热效果的同时解决了蓄能效率低下的问题。因为采用旋转叶片的旋转形成了强制对流，所以增强了液态相变材料的换热效率。因为采用了支架，所以减少了因放置方式和位置对其性能的影响。

根据本发明所涉及的一种蒸汽负荷调节系统，因为采用的旋转式相变蓄热器通过温度传感器和联动装置来调节蓄热器转轴的转速，所以保证了系统的正常工作和安全运行。因为采用的太阳能加热器能和加热器做相互补充，所以节省了电能。因为采用的余热回收装置能够回收余热，所以可以利用更多热能，节能环保。

附图说明

图1是本发明的实施例中的蓄热器的结构示意图一；

图2(a)是本发明的实施例中的蓄热器的整体结构主视图；

图2(b)是图2(a)沿A-A线的剖面图；

图2(c)是本发明的实施例中的蓄热器的整体结构侧视图；

图3是本发明的实施例中的蓄热器的结构示意图二；

图4是本发明的实施例中的蓄热器的旋转叶片的另一结构示意图；

图5是本发明的实施例中的不同转速工况下的相变蓄热颗粒的液相分数；

图6是本发明的实施例中的不同转速工况下的相变蓄热颗粒的平均温度；

图7是本发明的实施例中的蒸汽负荷调节系统图一；

图8是本发明的实施例中的蒸汽负荷调节系统图二；

图9是本发明的实施例中的蒸汽负荷调节系统图三。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

实施例：

图1是本发明的实施例中的蓄热器的结构示意图一，图2(a)是本发明的实施例中的蓄热器的整体结构主视图，图2(b)是图2(a)沿A-A线的剖面图，图2(c)是本发明的实施例中的蓄热器的整体结构侧视图，图3是本发明的实施例中的蓄热器的结构示意图二。

如图1-3所示，本实施例的一种旋转式相变蓄热器，包括：支架11，内部蓄热流体管道12，转轴19，多个旋转叶片13，动力部14和外部换热流体管道15。

支架11。

内部蓄热流体管道12，固定于支架11上，一端为入水口，另一端为出水口。

内部蓄热流体管道12的内径为40mm，壁厚1mm，且采用的材料为钢。

转轴19，套设于内部蓄热流体管道12上。

图4是本发明的实施例中的蓄热器的旋转叶片的另一结构示意图。

如图4所示，多个旋转叶片13，沿周向均匀安装在转轴19上。

旋转叶片13的个数为两个或四个，横截面为举行或者圆弧形。

旋转叶片13的厚度为1mm，且采用的材料为钢。

动力部14，固定于内部蓄热流体管道12的一端，驱动旋转叶片13旋转。

动力部14为电机。

外部换热流体管道15，套设于内部蓄热流体管道12外部，内部蓄热流体管道12与外部换热流体管道15之间的空隙为相变材料填充腔16，用于填充相变材料。

相变材料为RT25。

外部换热流体管道15的内径为80mm，壁厚1mm，且采用的材料为PB。

外管道17，套设于外部换热流体管道15外部。

四个外部换热肋片18，沿周向平均分布于外部换热流体管道15的内壁上。

图5是本发明的实施例中的不同转速工况下的相变蓄热颗粒的液相分数，图6是本发明的实施例中的不同转速工况下的相变蓄热颗粒的平均温度。

如图5和图6所示，在不同转速的工况下，内部蓄热流体管道12的内壁采用353.15K的热水，本发明的蓄热器性能有所差别，因此集成转轴及金属叶片的联动设计结构可根据需求采用基于温度可调控的旋转速率的控制系统。

图7是本发明的实施例中的蒸汽负荷调节系统图一。

如图7所示，一种蒸汽负荷调节系统，包括：旋转式相变蓄热器100，第一水箱2，加热器3，流量计4，联动装置5和温度传感器6。

旋转式相变蓄热器100。

第一水箱2，容纳有水，与旋转式相变蓄热器100通过主回路连接。

加热器3，用于对第一水箱2内的水进行加热。

流量计4，设置在主回路上靠近第一水箱的位置处。

联动装置5，同时与流量计4和旋转式相变蓄热器100中的动力部14连接，用于调节旋转式相变蓄热器100的转轴19的速度。

联动装置5采用控制转速的单片机。

温度传感器6，用于与联动装置5配合来调节转轴的转速。

其中，流量计4与第一水箱2之间的主回路上依次设置有压力测量点、第一泵、第一阀门、第二泵和第二阀门。

旋转式相变蓄热器100上还设置有六个温度测量点。

压力测量点设有压力检测单元，六个温度测量点分别设有温度检测单元。

系统还具有速率自控装置7，用于接收压力检测单元检测的压力数据和温度检测单元检测的温度数据并根据测量得到的数据向联动装置发送控制信号，从而控制旋转式相变蓄热器100中转轴19的转速。

图8是本发明的实施例中的蒸汽负荷调节系统图二。

如图8所示，太阳能集热器8，通过主回路与流量计4连接，且与加热器3相互补充使用，用于节省电能。

第一水箱2还通过补充水回路连接有第三泵和第三阀门。

第一泵，第二泵和第三泵都用于对水加压，以保证热水能够顺利在管道内流动。

第一阀门，第二阀门和第三阀门都用于调节水流量的大小以及关停系统。

主回路上设有第四阀门，可以将一部分热水利用加热器3再次加热，若需要可以开启第四阀门，若不要再次加热则将第四阀门关闭。

图9是本发明的实施例中的蒸汽负荷调节系统图三。

如图9所示，余热回收系统9，用于回收中低温热水中的余热，包括通过补充水回路与第一水箱2连接的另一旋转式相变蓄热器10和与该旋转式相变蓄热器10通过补充水回路连接的第二水箱11。

中低温热水可以是澡堂用过的热水或其他使用过的热水等。

中低温热水指在标准大气压下温度在40-70摄氏度之间的水。

本实施例的旋转式相变蓄热器100的工作过程：

本实施例的旋转式相变蓄热器100中，根据输入的温度信号自动调节转轴19的旋转速率，旋转速率为0rad/s～50rad/s。一方面，过高的转速容易导致装置旋转叶片13受损，大幅减少蓄热器使用寿命，另一方面，高转速会造成大量的电力消耗，对系统整体节能性不利。自动控制装置可以避免以上情况，同时达到系统所需的蓄能要求。

在蒸汽负荷调节系统中，通过温度检测单元检测温度测量点的温度，在温度传感器6的作用下，通过联动装置5调节旋转式相变蓄热器100的转轴9的转速，以保证蓄热器的正常工作。同时，通过检测压力测量点的压力以及水的流量，以此调节阀门与泵的开合，保证系统安全运行。

实施例的作用与效果

本实施例的一种旋转式相变蓄热器，因为采用了旋转叶片，所以在提高换热效果的同时解决了蓄能效率低下的问题。因为采用旋转叶片的旋转形成的强制对流，所以增强了液态相变材料的换热效率。因为采用了支架，所以减少了因放置方式和位置对其性能的影响。

本实施例的一种蒸汽负荷调节系统，因为采用的旋转式相变蓄热器通过温度传感器和联动装置来调节蓄热器转轴的转速，所以保证了系统的正常工作和安全运行。因为采用的太阳能加热器能和加热器做相互补充，所以节省了电能。因为采用的余热回收装置能够回收余热，所以可以利用更多热能，节能环保。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种旋转式相变蓄热器，其特征在于，包括：

支架；

内部蓄热流体管道，固定于所述支架上；

转轴，套设于所述内部蓄热流体管道上；

多个旋转叶片，沿周向均匀安装在所述转轴上；

动力部，固定于所述内部蓄热流体管道的一端，驱动所述旋转叶片旋转；以及

外部换热流体管道，套设于所述内部蓄热流体管道外部，

所述内部蓄热流体管道与所述外部换热流体管道之间的空隙为相变材料填充腔，用于填充相变材料，

其中，所述旋转叶片的个数为两个或四个。

2.根据权利要求1所述的旋转式相变蓄热器，其特征在于，还可以包括：

外管道，套设于所述外部换热流体管道外部；

四个外部换热肋片，沿周向平均分布于所述外部换热流体管道的内壁上。

3.根据权利要求1所述的旋转式相变蓄热器，其特征在于：

其中，所述内部蓄热流体管道的内径为40mm，壁厚1mm，且采用的材料为钢，

所述外部换热流体管道的内径为80mm，壁厚1mm，且采用的材料为PB，

所述旋转叶片的厚度为1mm，且采用的材料为钢。

4.根据权利要求1所述的旋转式相变蓄热器，其特征在于：

其中，所述相变材料为RT25。

5.一种蒸汽负荷调节系统，其特征在于，包括：

如权利要求1～5中任一项所述的旋转式相变蓄热器；

第一水箱，容纳有水，与所述旋转式相变蓄热器通过主回路连接；

加热器，用于对所述第一水箱内的水进行加热；

流量计，设置在所述主回路上靠近所述第一水箱的位置处；

联动装置，同时与所述流量计和所述旋转式相变蓄热器中的所述动力部连接，用于调节所述旋转式相变蓄热器的所述转轴的速度；以及

温度传感器，用于与所述联动装置配合来调节所述转轴的转速，

其中，所述流量计与所述第一水箱之间的主回路上依次设置有压力测量点、第一泵、第一阀门、第二泵和第二阀门，

所述旋转式相变蓄热器上还设置有六个温度测量点。

6.根据权利要求5所述的蒸汽负荷调节系统，其特征在于：

其中，所述压力测量点设有压力检测单元，所述六个温度测量点分别设有温度检测单元，

所述系统还具有速率自控装置，用于接收所述压力检测单元检测的压力数据和所述温度检测单元检测的温度数据并根据测量得到的数据向所述联动装置发送控制信号，从而控制所述旋转式相变蓄热器中转轴的转速。

7.根据权利要求5所述的蒸汽负荷调节系统，其特征在于，还包括：

太阳能集热器，通过主回路与所述流量计连接，且与所述加热器相互补充使用，用于节省电能，

其中，所述第一水箱还通过补充水回路连接有第三泵和第三阀门，

所述主回路上设有第四阀门。

8.根据权利要求5所述的蒸汽负荷调节系统，其特征在于，还包括：

余热回收系统，用于回收中低温热水中的余热，包括通过补充水回路与所述第一水箱连接的另一旋转式相变蓄热器和与该旋转式相变蓄热器通过补充水回路连接的第二水箱。

9.根据权利要求8所述的蒸汽负荷调节系统，其特征在于：

其中，所述中低温热水指在标准大气压下温度在40-70摄氏度之间的水。