CN108870508A - 一种换热系统及其换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热器，包括内层管和套设在其外周的外层管，内层管用于流通高温热流体，内层管和外层管之间填充有储能物质，储能物质中浸设有可通电发热的金属骨架发热体。本申请提供的换热器能够将通电后的金属骨架发热体和高温热流体作为热源实现供热，具有供热方式多样化、热源不单一的特点；同时储能物质可存储部分热源释放的热能，在无热源状态下作为一次热源进行供热，实现了节约能源的效果。本发明还公开了一种具有上述换热器的换热系统，其可利用多种方式供热、并具有节省能源的特点。

Description

一种换热系统及其换热器

技术领域

本发明涉及储能换热技术领域，更具体地说，涉及一种换热器。此外，本发明还涉及一种包括上述换热器的换热系统。

背景技术

换热器是一种将热源中的热能传递给其他介质、实现温度调节的设备，被广泛应用于化工、石油、动力等行业，还常被用来调控空间的温度与湿度。

随着生活品质的提高，人们对室内环境舒适度的要求越来越高，室温是影响室内舒适度的重要因素之一。日常生活中，人们通常利用供暖系统或电暖片进行供热，一方面，上述供暖设备相互间独立使用，一种设备仅能够采取单一方式工作，无法利用多种方式实现供热；另一方面，上述供暖设备的使用会大幅度增加能源的消耗。

综上所述，如何提供一种可储存过余能源，在需要时释放达到能量互补、供热方式多样化的换热器，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种换热器，可储存过余能源，在需要时释放达到能量互补；同时可采用多种方式供热。

本发明的另一目的是提供一种包括上述换热器的换热系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种换热器，包括可流通高温热流体的内层管和套接于所述内层管外周的外层管，所述内层管和所述外层管之间填充有储能物质，还包括浸设于所述储能物质的金属骨架发热体，所述金属骨架发热体可通电发热。

优选的，所述内层管和所述外层管之间设有用于监测温升状况的温感热电偶。

优选的，所述内层管和/或所述外层管为铜铝合金结构件。

优选的，所述外层管的外侧壁设有用于加快换热的翅肋。

优选的，所述换热器包括多个并排设置的换热柱，所述换热柱包括嵌套连接的一个所述内层管和一个所述外层管，各所述内层管的一端通过进水管连通、另一端通过出水管连通。

优选的，所述金属骨架发热体为泡沫状的电阻丝。

优选的，所述金属骨架发热体外表面涂设有无机陶瓷釉层。

一种换热系统，包括上述任意一种换热器，还包括：

温湿度监测仪，用于监测室内温度和湿度、并将监测结果发送至中控器，所述温湿度监测仪与所述中控器连接；

中控器，用于控制所述换热器，当室内湿度高于预设值时控制所述换热器增大散热量，达到焓湿舒适点；当室内湿度低于预设值时控制所述换热器减少散热量，达到焓湿舒适点，所述中控器与所述换热器连接。

优选的，还包括与所述中控器连接的空气加湿器，所述中控器能够在室内湿度低于预设值时控制所述空气加湿器启动。

优选的，所述中控器连接有用于监测室内移动热源的红外线热像仪，所述中控器能够在所述红外线热像仪检测到室内存在移动热源时启动控制功能。

本发明提供换热器的包括内层管和套设在其外周的外层管，内层管用于流通高温热流体，内层管和外层管之间填充有储能物质，储能物质中浸设有可通电发热的金属骨架发热体。

换热器呈双层管状结构，内层可流通高温热流体，内外层之间设有储能物质和金属骨架发热体。在工作过程中，可以为金属骨架发热体通电使其发热，发热后热能一部分通过储能物质发散到换热器外部环境中，一部分被储能物质存储于储能物质内部。用于断电时进行二次释放热能，对室温进行调节；也可以在内层管中通入热水等高温热流体，高温热流体作为热源，其热能一部分并通过储能物质将热量散发到环境中，一部分存储于储能物质。

本申请提供的换热器能够通过电能和高温热流体实现散热过程，具有供热方式多样化的特点。

另外，高温热流体和电能均会将产生的热量传递至储能物质，储能物质对热源散发的部分热量进行存储，在无电或者无高温热流体的情况下储能物质能够作为一次热源向环境散热，起到节约能源的作用。

进一步的，本申请提供的换热器还可根据使用环境的需求，采用上进上出或下进下出或上进下出的连接方式对换热器进行供水，保障换热器的美观，具体连接方式可根据相关规范和实验测定进行科学灵活的连接。

本申请还提供一种包括上述换热器的换热系统，能够利用高温热流体和电能工作，同时可节省能源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的换热器的俯剖图；

图2为本发明所提供的换热器的侧剖图；

图3为本发明所提供的两组换热柱的连接状态示意图；

图4为本发明所提供的换热系统的控制原理图。

图1-4中的附图标记为：

外层管1、储能物质2、翅肋3、温感热电偶4、金属骨架发热体5、内层管6、丝扣7、循环水泵8、进水管9、电源线10、出水管11、红外线热像仪12、温湿度监测仪13、空气加湿器14；

电能控制器01、稳压器02、PLC主控器03。

具体实施方式

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。

本发明的核心是提供一种换热器，可储存过余能源，在需要时释放达到能量互补；同时可利用电能和高温热流体实现供热，换热器的热源来源广泛，可以是电能，也可以是秸秆、煤炭、化石能源等。本发明的另一核心是提供一种包括上述换热器的换热系统。

请参考图1-4，图1为本发明所提供的换热器的俯剖图；图2为本发明所提供的换热器的侧剖图；图3为本发明所提供的两组换热柱的连接状态示意图；图4为本发明所提供的换热系统的控制原理图。

本发明提供一种换热器，包括可流通高温热流体的内层管6和套接于内层管6外周的外层管1，内层管6和外层管1之间填充有储能物质2，还包括可通电发热、且浸设于储能物质2的金属骨架发热体5。

具体的，换热器呈双层管状结构，内层管6中流通有高温热流体，在实际使用过程中通常采用循环热水作为高温热流体，其中循环热水的热能可以直接利用电能自加热产生，也可以来自太阳能热水器或者生活废水余热，还可以来自秸秆、城市垃圾锅炉、工业余热、化工热反应堆产生的热量，以便换热器能够适用于分户采暖和城市、农村的集体供暖。循环热水工作时通常配备有循环水泵8，循环水泵8与换热器的出水口连接。

外层管1设置在内层管6的外周，可以采用方形管做为外层管1，其中方形管横截面的尺寸可以具体为长15cm、宽12cm。内层管6外壁和外层管1内壁围成的腔体称为储能腔，储能腔内填充有储能物质2。储能物质2应当具有高热熔性，例如，可具体采用60％石蜡、36％石墨的混合络合物以及4％稳定剂作为储能物质2，该组分的储能物质2吸热至85℃可相变成液态，热值约为1500J/g。在工作过程中储能物质2吸收热量并升高至一定温度相变成液态、并将热源散发的部分热量进行储存。

在加工制作过程中，可以先对储能腔做抽真空处理，并使金属骨架发热体5嵌套在内层管6外周，而后加热储能物质2直至其符合牛顿流体力学的流体状态，在储能物质2不含气泡的状态下利用负压将其吸入储能腔内部，完成储能物质2的填充，经超声波震荡，再次将气泡导出。

金属骨架发热体5浸设在储能物质2中，并与外界电源连通，起到均匀散热、提高储能物质2吸热效率、加快换热器内部热传导的作用。其中，金属骨架发热体5通电所需的电能可以来源于市政电网电能，也可以来自用户的风力发电、太阳能光伏发电、生物质燃料热电机组发电等方式产生的电能。在装配过程中，外层管1设置有出线口，金属骨架发热体5的电源线10穿过出线口进行接电，同时出线口应该设置有密封结构以避免储能物质2的溢出。

上述结构的换热器需要供热时，一种工作方式为：接通金属骨架发热体5的电源线10，通电发热后的金属骨架发热体5作为高温热源、对储能物质2进行加热，并最终将热量散发至外侧壁所处的环境中；另一种工作方式为：在内层管6内部流通高温热流体，高温热流体将自身热量散发至储能物质2以及室内环境中，实现室温的调节。并间接的以低温辐射配合对流换热的形式进行室内供暖，避免大部分辐射换热引起室内空气干燥，人体舒适性差的弊病。

在换热器工作过程中，上述两种工作方式可以独立进行。采用第一种工作方式时金属骨架发热体5为高温电热源；采用第二种工作方式时热水为高温热源。储能物质2在换热器处于不同工作方式时均可以吸收高温热源的热量并进行存储，在无电或无高温热流体的状态下，储能物质2自身作为一次热源向环境散热，起到节约能源的作用。

本申请提供的换热器可以利用电能和高温热流体进行工作，具有供热方式多样化的特点。同时利用储能物质2对高温热源的热量进行存储、并在无高温热源的情况下释放热量，起到节约能源的作用。

可选的，内层管6和外层管1之间设有用于监测温升状况的温感热电偶4。为了保障监测质量，内层管6和外层管1之间可间隔设置3个温感热电偶4，对换热器的整体温升状况进行监测，在部分温感热电偶4故障情况下、其余温感热电偶4还可正常工作，避免出现无法监控换热器实际温度的问题。

可选的，为了避免换热器的出现金属电腐蚀现象，内层管6和/或外层管1可以采用铜铝合金制成。内层管6和外层管1的管厚可设为2.5mm。

可选的，为了增大换热器的散热量，在上述任一实施例的基础上，换热器外层管1的外侧壁设有用于加快换热的翅肋3。

具体的，翅肋3可以为截面呈T形或其他形状的结构。翅肋3与换热器外层管1的侧壁固定连接，可采用铜铝合金做为翅肋3的材料。在工作过程中，热量经外层管1传导至翅肋3，并经由翅肋3向室内空气散热，翅肋3增大了换热器的换热面积，从而增大散热量。

需要说明的是，换热器在实际使用过程中可能需要挂在墙壁上，此时有效受热区为室内而并非墙体，因此翅肋3可以设置在对应室内的一侧，而靠近墙体一侧则无需设置翅肋3，并进行1mm铝浆漆喷涂。

进一步的，本申请提供的一种实施例中，换热器包括多个并排设置的换热柱，换热柱包括嵌套连接的一个内层管6和一个外层管1，各内层管6的一端通过进水管9连通、另一端通过出水管11连通。

具体的，换热柱通常不单独使用，而是采用多个并排设置的方式以保障散热量的需求。在使用过程中，一个内层管6和一个外层管1组装成一个换热柱，多个换热柱并排设置、端部保持连通，其中内层管6同侧的端部通过进水管9连通、另一侧的端部通过出水管11连通。在工作过程中，循环热水从进水口流入，并通过进水管9依次流通全部内层管6，汇集至出水管11后最终流出，多个换热柱的内层管6保持连通的结构更方便循环热水在换热器内部进行流动与循环。

在实际安装过程中，多个换热柱之间还可以分组设置，例如，三个换热柱为一组，每组换热柱之间通过丝扣7连接，在调节热负荷过程中将换热柱整组增加或减少，从而更快捷的调整制热情况。

另外，对于换热器的内层管6流通的高温热流体，可以依据用户对空间采暖的需求选择上供上回、上供下回或者下供下回的供水方式，具体连接方式可根据相关规范和实验测定进行科学灵活的连接，在保障散热量的基础上使换热器更加美观。

可选的，本申请提供的一种实施例中，金属骨架发热体5为泡沫状结构件。具体的，金属骨架发热体5具体为电阻丝，设置在储能腔内部，可以呈网格状、泡沫状等结构。上述结构的金属骨架发热体5有利于缩小热传递的热边界层，大大减小发热时储能物质2的热饱和时间，不但能缩短储能时间，还可以加快换热器的换热效果。金属骨架发热体需具有通电热响应快的特点，本申请优选采用镍络合金制成，其电阻率仅为16Ω/m3，利用低压设备对金属骨架发热体5供电即可实现升温，降低高压供电导致人员触电伤亡的风险。

进一步的，为了减少热能损失，在上述任一实施例的基础上，金属骨架发热体5外表面涂设有无机陶瓷釉层。

具体的，金属骨架发热体5外表面涂设有绝缘层，使金属骨架发热体5的外部无法导电，将热能以热辐射方式释放到周围。其中本申请优选采用高温炙烤的无机陶瓷釉层，高温固化后无机陶瓷釉的辐射散热性能优于金属板及碳纤维类发热芯，能够提高储能物质2的热响应速度及热穿透扩散速度，同时还具有电能损失小、电热辐射能量转换率高的特点。在实际制造过程中，可以将无机陶瓷釉涂抹在金属骨架发热体5的外表进行二次烧结经800度高温淬火加热烧结完成。

除了上述换热器，本发明还提供一种包括上述换热器的换热系统，该换热系统能够利用电能和高温热源实现供热过程，同时可减少能源的消耗。

进一步的，为了保障室内的舒适，在上述任意一个实施例的基础上，换热系统还包括温湿度监测仪13和中控器，温湿度监测仪13用于监测室内温度和湿度、并将监测结果发送至中控器，温湿度监测仪13与中控器连接；中控器与换热器连接、用于控制换热器，当室内湿度高于预设值时控制换热器增大散热量，达到焓湿舒适点；当室内湿度低于预设值时控制换热器减少散热量，达到焓湿舒适点。

具体的，中控器为能够控制换热器、循环水泵8等部件工作的控制类元器件，中控器可以具体包括依次连接的电能控制器01、稳压器02和PLC主控器03；电能控制器01为电能获取元件，与市电或用户局域清洁电能连接；稳压器02对电能控制器01获取的电能进行处理，使输出电压满足电器设备的额定电压；PLC主控器03直接与换热器、温湿度监测仪13等用户端的元器件连接，并控制其工作。另外，还可以在PLC主控器03与各个用户端元器件之间设置继电器，对电路进行自动调节和安全保护。

可以理解的，电能控制器01可以预先设定程序，使其根据当地峰谷电价自动控制换热器的储能，例如控制换热器夜间储能、白天释放，以适应峰谷电价制度，提高经济性。

需要说明的是，在一定温度和大气压力情况下，室内的饱和湿度即为结露湿度，而人体感应的舒适性的相对湿度称为舒适性湿度，舒适性湿度在结露温度范围以内。湿度的预设值指当前室温所对应的人体感觉舒适时的湿度范围，通常具有上限值和下限值，不同温度下舒适性湿度不同。例如，对于室温处于15℃时，湿度的范围为45％至53％时人体感觉舒适，对于18℃时，湿度范围为55％至60％时人体感觉舒适。

温湿度监测仪13能够检测室内湿度及温度并向中控器发送获取到的结果，当室内湿度超过湿度范围的上限值或低于下限值时，中控器控制换热器工作对室内温度进行调整。其中具体调整方式为：若当前湿度超过当前室温对应的湿度上限值，说明室内湿度大，则控制换热器增大散热量，提高室内温度，使室内湿度处于调整后的室温所对应的预设值范围；若当前湿度低于当前室温所对应湿度下限值，则说明室内干燥，需减少换热器的散热量。

更进一步的，换热系统还可以包括与中控器连接的空气加湿器14，中控器能够在室内湿度低于预设值时控制空气加湿器14启动，对房间进行加湿，满足用户的舒适性需求。

具体的，中控器能够获取当前室内的温度和湿度，并结合温度湿度以及焓湿图谱进行计算。当室内湿度低于焓湿舒适点湿度，室内温度对应的相对湿度高于所计算出来的湿度差，则由换热器进行升温降低相对湿度。若室内湿度低于焓湿舒适点湿度，而室内温度对应的相对湿度低于所计算出来的湿度差，此时室内处于高温干燥状态，即使调整室温可能仍无法使湿度和温度处于人体舒适范围，中控器则控制空气加湿器14工作，进行湿度补充，增加室内湿度，提升人体舒适度。

更进一步的，为了使换热系统仅在室内有人的情况下工作，以便节省能源，中控器连接有用于监测室内移动热源的红外线热像仪12，中控器能够在红外线热像仪12检测到室内存在移动热源时启动控制功能。

具体的，红外线热像仪12能够监测室内的移动热源，当存在移动热源时说明室内有用户活动，此时换热系统工作控制空气加湿器14、换热器、温湿度监测仪13、循环水泵8等设备工作；而红外线热像仪12感应到室内无人时则换热系统处于休眠状态，停止对室内温度和湿度的调节，从而节省能源。

可以理解的，该换热系统不仅限于上述结构，其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的换热系统及其换热器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种换热器，其特征在于，包括可流通高温热流体的内层管(6)和套接于所述内层管(6)外周的外层管(1)，所述内层管(6)和所述外层管(1)之间填充有储能物质(2)，还包括可通电发热、且浸设于所述储能物质(2)的金属骨架发热体(5)。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述内层管(6)和所述外层管(1)之间设有用于监测温升状况的温感热电偶(4)。

3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述内层管(6)和/或所述外层管(1)为铜铝合金结构件。

4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述外层管(1)的外侧壁设有用于加快换热的翅肋(3)。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的换热器，其特征在于，所述换热器包括多个并排设置的换热柱，所述换热柱包括嵌套连接的一个所述内层管(6)和一个所述外层管(1)，各所述内层管(6)的一端通过进水管(9)连通、另一端通过出水管(11)连通。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的换热器，其特征在于，所述金属骨架发热体(5)为泡沫状的电阻丝。

7.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，所述金属骨架发热体(5)外表面涂设有无机陶瓷釉层。

8.一种换热系统，其特征在于，包括权利要求1至7任意一项所述的换热器，还包括：

温湿度监测仪(13)，用于监测室内温度和湿度、并将监测结果发送至中控器，所述温湿度监测仪(13)与所述中控器连接；

中控器，用于控制所述换热器，当室内湿度高于预设值时控制所述换热器增大散热量，达到焓湿舒适点；当室内湿度低于预设值时控制所述换热器减少散热量，达到焓湿舒适点，所述中控器与所述换热器连接。

9.根据权利要求8所述的换热系统，其特征在于，还包括与所述中控器连接的空气加湿器(14)，所述中控器能够在室内湿度低于预设值时控制所述空气加湿器(14)启动。

10.根据权利要求8所述的换热系统，其特征在于，所述中控器连接用于监测室内移动热源的红外线热像仪(12)，所述中控器能够在所述红外线热像仪(12)检测到室内存在移动热源时启动控制功能。