CN108759538A - 一种相变蓄热装置及换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变蓄热装置及换热装置，包括外壳、保温层、内胆、换热管装置、相变材料、泡沫金属、密封圈、顶盖和法兰。外壳与内胆之间填充了保温层；换热管装置包括长换热管、短换热管、校平板和进出水管；内胆包括前后板、侧板、竖梁、横梁、底梁、内胆法兰和斜支撑，换热管装置通过校平板悬吊放置在内胆的斜支撑上，内胆的内腔内填充满相变材料，以及在具体位置放置泡沫金属；顶盖包括顶盖外壳板、顶盖法兰板、吊耳和排气管，顶盖的内腔填充了保温层，内胆的内腔通过排气管连通了大气环境；进水管和出水管通过法兰连接外部管路。该方案能实现目前相变蓄能和热交换器类设备的结构紧凑、蓄热效率、换热效率、温度分布均匀性等问题。

Description

一种相变蓄热装置及换热装置

技术领域

本发明涉及蓄热及换热领域，特别是涉及一种相变蓄热装置及换热装置。

背景技术

当今，能源的使用在依赖化石燃料供能的同时也逐步向着能源多元化、清洁化的方向发展，随着相变储能技术的发展和成熟，人们日益意识到了相变储能产品的节能和环保性能。与显热式储热相比，潜热式储热具有储热密度大，恒温放热特性，有利于与热源和负载相配合，然而由于现有相变储热装置内胆及盘管组件设置的不合理，内部换热元件换热不均匀，相变储能材料利用不充分，造成现有的相变储热装置换热效率偏低，并且相变材料局部温度过高而损坏，这些都间接增加了产品的生产成本和运行成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供可实现结构紧凑、蓄热效率高、换热效率高、相变材料温度分布均匀、及适合大规模批量生产的新型蓄热式换热器。

为实现上述目的，本发明提出的一种相变蓄热装置及换热装置，包括：外壳、保温层、内胆、换热管装置、相变材料、泡沫金属、密封圈、顶盖和法兰。

所述外壳，包括：外壳前板、外壳后板和外壳底板。

所述内胆，包括：内胆侧板、内胆前板、内胆后板、内胆底板、竖梁、横梁、底梁、内胆法兰和斜支撑。

所述换热管装置，包括：进水管、出水管、换热管、管夹和校平板；所述换热管装置位于内胆腔内的结构部分是被相变材料包围的；

优选地，在本发明实施例中，所述换热管，包括长换热管和短换热管；

优选地，在本发明实施例中，所述换热管组装布置方式采用列管式；

所述换热管采用U型管或螺旋管式的型式；

优选地，在本发明实施例中，所述换热管采用U型管；

优选地，在本发明实施例中，所述换热管至少有1个U型结构；

所述换热管为金属管材或塑料管材，采用金属如不锈钢316L、铜管、铝管、不锈钢304中的一种，塑料如PE-RT、PB、PTFE、PE管中的一种；

优选地，在本发明实施例中，换热管为金属材质时可选316L不锈钢管，为塑料材质时可选氟塑料换热管PTFE；

所述校平板，与换热管装置整体形成刚性结构，在装配关系中，换热管装置上的校平板是放置在内胆上的斜支撑上。

所述管夹是卡在换热管上，以至于相邻的换热管均匀的间距布置；

所述顶盖，包括：顶盖外壳板、顶盖法兰板、吊耳和排气管；

所述排气管，在本发明实施例中，排气管的两端分别联通内胆内腔和外部大气压环境。

所述保温层填充于外壳和内胆之间，顶盖外壳板和顶盖法兰板之间；所述保温层采用高压聚氨酯发泡材料、气凝胶、无机纳米材料、VIP真空保温板或其他隔热保温材料中的一种或多种组合。

所述相变材料填充于内胆腔内；所述相变材料为石蜡类、非石蜡类有机材料、结晶水和盐类、脂肪酸类相变储能材料或其他具有相变储能作用的材料中一种或多种。

所述泡沫金属填充于内胆腔内；所述泡沫金属为多孔全通孔泡沫金属，采用泡沫镍、泡沫铝中的一种。

所述法兰包括进水管法兰和出水管法兰，分别与进水管和出水管连接；所述进水管和出水管通过法兰连接外部管路。

本发明实施例中的相变蓄热装置及换热装置，一方面设有内胆和外壳，然后在这两结构之间填充了保温层；以及在顶盖内部填充了保温层；这样可以有效的进行保温，避免内胆中的热量散失，从而保证相变材料可以储存足够多的热量。

在本发明实施例的另一面，还设有换热管，这样可以实现相变材料和换热管中的介质进行热量的置换，与此同时，本发明实施例还设有了长换热管和短换热管，将长、短换热管按照阵列式间隔布置，使得换热管和相变材料均匀的、高效的进行热交换，有效避免相变材料因过于集中而导致热滞性；从而能够有效实现结构紧凑、蓄热效率高和换热效率高等优势。

在本发明实施例的还有一面，设有泡沫金属，是依据该发明提出的相变蓄热装置及换热装置所形成的热分布图来布置，其目的是避免相变材料局部温度过高或局部温度过低，利用泡沫金属的高导热性来实现相变材料整体温度分布均匀，大幅度提升换热效率，有效减小材料过冷度，从而使设备能够平稳恒定地进行换热，增加安全和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请中所述相变蓄热装置及换热装置的整装结构示意图。

图2为本申请中所述整装结构剖视图。

图3为本申请中所述泡沫金属在整装中的布置示意图。

图4为本申请中所述换热管装置结构示意图。

图5为本申请中所述换热管结构示意图。

图6为本申请中所述换热管装置放入内胆的效果示意图。

图7为本申请中所述内胆结构示意图。

具体实施例

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了提高相变材料蓄热效率和换热效率，改善相变材料因过于集中而导致热滞性的效果，以及实现结构紧凑等效果，本发明实施例提供了一种相变蓄热装置及换热装置，如图1所示，为相变蓄热装置及换热装置的整装装配示意图，包括外壳1、换热管装置4中的进水管401和进水管法兰901、出水管402和出水管法兰902、顶盖8、吊耳803和排气孔804；其中，吊耳803的作用是便于设备的吊装和转移；排气孔804的目的是内胆3和装置外部大气环境进行连通，作用是避免装置内部与外部大气形成压差，从而确保设备安全运行。

如图2所示，为整装结构的剖视图，包括外壳前板101、外壳后板102、外壳底板103、保温层2、内胆3、换热管装置4、进水管401、出水管402、长换热管4031和短换热管4032、相变材料5、密封圈7、顶盖外壳板801、顶盖法兰板802、吊耳803、进水管法兰901和出水管法兰902；以图2所示来具体说明本发明实施例中相变蓄热装置及换热装置的工作原理如下：

相变材料5进行蓄能的时候，外部媒介质来料管通过进水管法兰901连接和密封，实现与进水管401的连通，媒介质经过进水管401后进入换热管403，由于换热管403外壁被相变材料5包裹，该过程媒介质与换热管403之间进行热交换，换热管403与相变材料5之间进行热交换，从而实现媒介质中的热量转移到相变材料5中，以至于实现相变材料5的储能。

相变材料5经过蓄能之后，可根据需要进行热量释放，其换热工作原理和相变材料5蓄能的时候相同。

其中，顶盖外壳板801和顶盖法兰板802形成的内空腔，内部填充保温层2，外壳1和内胆3之间形成的内空腔，内部填充保温层2，作用都是避免内胆3中所存储的热量散失；

内胆空腔3内填满相变材料5，换热管403外壁附近的相变材料5可以快速、高效的进行热交换，而偏远的相变材料5热交换效果差、热传导效果差，由于这个原因导致整个相变材料5的温度分布不均匀，特别是，局部温度过高或局部温度过低，容易形成过于集中而导致热滞性现象；为了避免这个问题，如图3所示，包括外壳1、内胆3、换热管装置4和泡沫金属6；以本发明实施例来说明，所提出的解决方案根据热仿真分析，在温度过于集中的位置放置泡沫金属6，这样可以将温度过于集中的区域，快速的把热量传递到温度不集中的区域。

本实施例中，换热管装置4，如图4所示，包括进水管401、出水管402、换热管403、管夹404和校平板405；进水管401和出水管402的作用是用于连接外部管路；换热管403的作用是内部走液态媒介质，以及和媒介质进行热交换、和换热管403管外壁的相变材料5进行热交换。

其中，换热管403采用列管式装配和U型管结构，以本发明实施例来说明，如图5所示，包括进水管401、长换热管4031、短换热管4032、管夹404和校平板405；长换热管4031和短换热管4032在竖直方向上形成高度位差，这样的好处是，换热管装置4在和相变材料5进行热交换的时候，更均匀。

其中，进水管401和出水管402是固定在校平板405上，以本发明实施例来说明，在实际生产加工过程中，通过焊接工装，进水管401和出水管402焊接在校平板405上，这样做的目的是确保进水管401和出水管402处于一个平面上，以及提供稳定的刚性强度，有此校平和加固后，再逐一将换热管403的U型结构其中一端焊接在进水管401上，换热管403的U型结构另一端焊接在出水管402上；在换热管403焊接的同时，通过管夹404，可以有效的保证相邻换热管403的中心距均匀间隔。

需要说明的是，校平板405的另外一个作用是起到整个换热管装置4的安装支撑作用，如图6所示，换热管装置4放入内胆3的示意图，其中，校平板405的两端分别放在内胆3的斜支撑309上，换热管装置4在内胆3的内腔处于悬吊状态。

如图7所示，内胆3的结构示意图，包括内胆侧板301、内胆前板302、内胆后板303、内胆底板304、竖梁305、横梁306、底梁307、内胆法兰308和斜支撑309；其中，内胆侧板301、内胆前板302、内胆后板303和内胆底板304形成整个内胆3结构的内壁，由于有些相变材料5具有一定的腐蚀性，所以在实际生产加工中，内胆3的内壁会做防腐处理；竖梁305、横梁306和底梁307是该相变蓄热装置及换热装置的承重结构，一方面是便于运输和吊装，另外一方面是在实际应用中由于相变材料5会热胀冷缩，为此可以提供足够的刚性强度；内胆法兰308是用于与顶盖8上的顶盖法兰板802连接，而顶盖8上的吊耳803是焊接在顶盖法兰802板上，所以在在吊起吊耳803的时候，内胆3和顶盖法兰板802承受整个装置的重量；斜支撑309的作用如上述所述，起到支撑换热管装置4的作用。

由于本实施例的工作原理在实施例中已经做了论证和推导，在此就不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种相变蓄热装置及换热装置，其特征在于，包括外壳、保温层、内胆、换热管装置、相变材料、泡沫金属、密封圈、顶盖和法兰；其中：

所述外壳，包括：外壳前板、外壳后板和外壳底板；

所述内胆，包括：内胆侧板、内胆前板、内胆后板、内胆底板、竖梁、横梁、底梁、内胆法兰和斜支撑；

所述换热管装置，包括：进水管、出水管、换热管、管夹和校平板；所述换热管装置位于内胆腔内的结构部分是被相变材料包围的；

所述顶盖，包括：顶盖外壳板、顶盖法兰板、吊耳和排气管；

所述相变材料填充于内胆腔内；

所述泡沫金属填充于内胆腔内；

所述保温层填充于外壳和内胆之间，顶盖外壳板和顶盖法兰板之间；

所述法兰包括进水管法兰和出水管法兰，分别与进水管和出水管连接。

2.根据权利要求1所述的一种相变蓄热装置及换热装置，其特征在于，所述换热管，包括长换热管和短换热管；所述长换热管和短换热管在竖直或水平方向上形成错位位差；

所述换热管组装布置方式采用列管式；

所述换热管采用U型管或螺旋管式的型式。

3.根据权利要求2所述的一种相变蓄热装置及换热装置，其特征在于，所述换热管采用U型管；

所述换热管至少有1个U型结构；

所述换热管为金属管材或塑料管材，采用金属如不锈钢316L、铜管、铝管、不锈钢304中的一种，塑料如PE-RT、PB、PTFE、PE管中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种相变蓄热装置及换热装置，其特征在于，所述管夹，是卡在长、短换热管上。

5.根据权利要求4所述的一种相变蓄热装置及换热装置，其特征在于，所述管夹采用金属材质或塑料材质。

6.根据权利要求1所述的一种相变蓄热装置及换热装置，其特征在于，所述校平板，是与换热管装置整体形成刚性结构，在装配关系中，换热管装置上的校平板是放置在内胆上的斜支撑上，换热管装置在内胆的内腔内属于悬吊放置。

7.根据权利要求1所述的一种相变蓄热装置及换热装置，其特征在于，所述排气管的两端分别连通内胆的内腔和外部大气压环境。

8.根据权利要求1所述的一种相变蓄热装置及换热装置，其特征在于，所述保温层采用高压聚氨酯发泡材料、气凝胶、无机纳米材料、VIP真空保温板或其他隔热保温材料中的一种或多种组合。

9.根据权利要求1所述的一种相变蓄热装置及换热装置，其特征在于，所述相变材料为石蜡类、非石蜡类有机材料、结晶水合盐类、脂肪酸类相变储能材料或其他具有相变储能作用的材料中一种或多种。

10.根据权利要求1所述的一种相变蓄热装置及换热装置，其特征在于，所述泡沫金属为多孔全通孔泡沫金属，采用泡沫镍、泡沫铝中的一种。