CN109654930A - 一种基于异型翅片的立式分层相变蓄热装置 - Google Patents

Abstract

本发明的基于异型翅片的立式分层相变蓄热器装置，它由直管换热单元与壳层蓄热单元组成；直管换热单元包括异型翅片与换热直管，异型翅片包括环向异型翅片和纵向异型翅片。根据换热直管外侧设置翅片的不同，蓄热器分为两种结构：当换热直管外侧设置环向异型翅片时，壳层蓄热单元的内部蓄热区域由筒体与换热直管之间的区域构成，内部蓄热区域自上而下分为上层高温区，中层中温区以及下层低温区，这三个区域分别填充不同相变温度的蓄热材料，且这三个区域所对应的换热直管外侧分别按不同的间距设置有环向异型翅片；当换热直管外侧设置纵向异型翅片时，换热直管外侧设置多组纵向异型翅片，内部蓄热区域不进行分区。本发明蓄热能力强、蓄热速度快。

Description

一种基于异型翅片的立式分层相变蓄热装置

技术领域

本发明属于相变储能技术领域，具体涉及一种基于异型翅片的立式分层相变蓄热器。

背景技术

随着全球能源紧缺的局势逐步加剧，新能源产业的发展势在必行，为了降低对日益匮乏的不可再生能源的依赖，世界各国日益重视发展清洁能源和提高能源的利用效率。光伏太阳能发电是目前技术成熟、应用广泛的新型清洁可再生能源，但是这些分布式电源接入电网后将给配电网乃至输电网的电压、电能质量、系统保护和调度运行等带来一系列的影响。而储能技术由于其有效的解决大规模可再生能源发电接入电网的难题而备受关注。

当前，我国能源利用仍然存在着利用效率低、经济效益差，生态环境压力大的主要问题，尤其是在传统工业领域，余热回收效率低，如何有效的将工业生产过程中的余热有效的储存起来，是当今节能减排的一个热点话题。

发明目的

相变储能便是在储能技术领域的一项重大突破。而相变储能的最重要的一个环节就是能量的有效储存。基于此，本发明提出了一种基于异型翅片的立式分层相变蓄热器，旨在提高蓄热装置蓄热能力。

一方面，蓄热器采用这种按温度分层蓄热的结构，将蓄热器的蓄热区域按温度由高到底依次分为：上层高温蓄热区，中层中温蓄热区，下层低温蓄热区，分区域填充相变温度不同的相变蓄热材料，使得蓄热温度利用更加合理化。另一方面，设计了两种异型的翅片：一种是，阶梯突起定距环形翅片，该翅片上的传热面积为普通圆环形翅片面积2-3倍；另一种是，分级渐变三角纵向翅片，该翅片能有效的强化远离管壁端处的传热效率。且环形翅片在换热直管上的排布方式是根据换热直管中热流体的温度变化而定，分别采用三种不等间距的排布方式，分别按照间距由大到小排布于上层高温蓄热区、中层中温蓄热区、下层低温蓄热区。这样可以使得在有效强化蓄热器蓄热能力的同时节约材料。

发明内容

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于异型翅片的立式分层相变蓄热器装置，入口(1)、出口(13)和蓄热器主体，其特征在于：所述蓄热器主体由直管换热单元与壳层蓄热单元组成；所述直管换热单元包括异型翅片与换热直管，所述异型翅片是一种环向异型翅片或者是一种纵向异型翅片。在本发明中，当换热直管外侧设置环向异型翅片时，换热器的壳层蓄热单元内部蓄热区域按照高度的高低分为：上层高温区，中层中温区，下层低温区。蓄热器中的高温换热流体从蓄热器的上端入口流入蓄热器，从蓄热器的下端出口流出蓄热器。所以在蓄热器上层换热管中的高温换热流体温度较高，因此，在其对应的“上层高温区”中填充相变温度较高的相变蓄热材料；当高温换热流体流到蓄热器中层时，由于其在上层传热消耗了热量，温度下降。因此，在其对应的“中层高温区”中填充相变温度适中的相变蓄热材料；当高温换热流体流到蓄热器下层时，由于其在上层、中层传热消耗了热量，温度进一步下降。因此，在其对应的“下层高温区”中填充相变温度较低的相变蓄热材料。蓄热器采用这种按温度分层蓄热的结构，可以使得蓄热储能利用更加合理化。

在本发明中，当换热直管外侧设置环向异型翅片时，换热直管上的环向异型翅片按区域分别采用三种不同的间距安置在换热直管上。这是因为高温换热流体是从换热直管的上端流向下端的，高温换热流体在换热直管上层时温度较高，因此，在换热直管上层设置的翅片间距较大；当高温换热流体流到换热直管的中层时，由于其在上层传热消耗了热量，温度下降，因此，在换热直管中层设置的翅片间距较小，翅片分布较上层的密集。当高温换热流体流到换热直管的下层时候，高温换热流体的温度进一步下降。因此，在换热直管下层设置的翅片间距进一步减小，翅片分布最为密集。翅片通过胀接的方式与换热直管相连接，且不同区域翅片之间的间距大小主要是通过翅片上自带的定距突起来实现的，换热直管上翅片的这种变间距的排布方式，可以在确保有效传热强化的基础上节省材料。

在本发明中，换热直管上的翅片分别设计了环向异型翅片和纵向异型翅片两种，且根据直管外侧设置翅片的不同，蓄热器分为两种结构方式：环向异型翅片采用阶梯突起定距环形翅片，由环形阶梯薄板一上一下交错排布组成，环形阶梯薄板和定距凸起由模具加工成型，环向异型翅片之间的装配关系为两两相互错开45度角度；纵向异型翅片采用分级渐变三角纵向翅片，每个翅片由一个纵向直肋和三组长短不等的分级三角翅片组成，且这三组分级三角翅片在纵向直肋上由内而外以渐变的方式排布该翅片能有效的强化远离管壁端处的传热效率。

在本发明中，当换热直管外侧设置环向异型翅片时，蓄热器中的上层高温区，中层中温区，下层低温区，通过分层隔板隔开的，分层隔板等间距的介于蓄热器上下两侧的管板之间。分层隔板上有开孔，换热直管直接穿过分层隔板。换热直管与分层隔板之间通过胀接的方式连接。

有益效果：本发明的基于异型翅片的立式分层相变蓄热器，蓄热能力强、蓄热效率高，可以实现渐变翅片的三层相变蓄热介质的立式蓄热。

附图说明

图1是本发明实施例1的换热直管外侧设置环向异型翅片时的局部剖视图。

图2是本发明实施例2的换热直管外侧设置纵向异型翅片时的局部剖视图。

图3是本发明位于蓄热器中层的较小间距阶梯突起定距环形翅片的立体示意图(正面)。

图4是本发明位于蓄热器中层的较小间距阶梯突起定距环形翅片的立体示意图(背面)。

图5是本发明中环向异型翅片在换热直管外侧的装配关系示意图。

图6是本发明位于蓄热器下层的小间距阶梯突起定距环形翅片的立体示意图。

图7是本发明位于蓄热器上层的大间距阶梯突起定距环形翅片的立体示意图。

图8是本发明实施例2的分级渐变三角纵向翅片二维示意图。

图9是本发明实施例2的分级渐变三角纵向翅片三维示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明基于相变储能，发明了一种基于异型翅片的立式分层相变蓄热器。此蓄热器由直管换热单元与壳层蓄热单元组成；所述的直管换热单元包括异型翅片与换热直管。所述的异型翅片包括环向异型翅片和纵向异型翅片。根据直管外侧设置翅片的不同，蓄热器分为两种结构：当换热直管外侧设置环向异型翅片时，所述的壳层蓄热单元，包括管板、分层隔板、筒体及内部蓄热区域。所述的内部蓄热区域由筒体与换热直管之间的区域构成，内部蓄热区域自上而下分为：上层高温区，中层中温区以及下层低温区，这三个区域分别填充不同相变温度的蓄热材料，且这三个区域所对应的换热直管外侧分别按不同的间距设置有环向异型翅片；当换热直管外侧设置纵向异型翅片时，所述的换热直管外侧设置多组纵向异型翅片，内部蓄热区域不进行分区，且所述的壳层蓄热单元，包括管板、筒体及内部蓄热区域。本发明蓄热器蓄热能力强、蓄热速度快。

实施例一：

如图1、图3、图4、图5、图6和图7所示，本实施例的基于异型翅片的立式分层相变蓄热器。在换热直管外侧设置环向异型翅片，在实际使用过程中，壳层蓄热单元上层高温区，中层中温区，下层低温区内分别填充相变温度由高到低的三种相变蓄热材料。

高温换热流体从蓄热器上端的入口1进入蓄热器上封头2，高温换热流体通过与上封头2相连接的上管板3流入换热直管4上层，通过换热管外壁和换热直管4外的大间距阶梯突起定距环形翅片5将热量传递给上层高温蓄热区14内的相变蓄热材料；

当高温换热流体流经换热直管4中层时，由于其在上层传热消耗了热量，温度下降，因此在此处设置较小间距阶梯突起定距环形翅片7，用以强化传热。高温换热流体的热量通过换热直管外壁与较小间距阶梯突起定距环形翅片7，将热量传递给中层中温蓄热区15内的相变蓄热材料；

当高温换热流体流经换热直管4下层时，由于其在上层和中层传热消耗了热量，温度进一步下降，因此在此处设置小间距阶梯突起定距环形翅片9，用以强化传热。高温换热流体的热量通过换热直管外壁与小间距阶梯突起定距环形翅片9，将热量传递给下层低温蓄热区16内的相变蓄热材料；

最后，高温换热流体通过下管板10汇聚到蓄热器底端的下封头11内，最后经出口13流出蓄热器。蓄热器由支座12支撑。上层高温蓄热区与中层中温蓄热区通过上分层隔板6分开，中层中温蓄热区与下层低温蓄热区通过下分层隔板8分开。

换热直管4外侧阶梯突起定距环形翅片5，由环形阶梯薄板17一上一下交错排布组成。且上设置有定距突起(18、20、21)，翅片上的定距突起由三种不同大小的椭球体冲成三种不同定距尺寸的定距突起，在翅片的背面形成凹坑19。环形阶梯薄板17使得翅片的换热面积增大，从而达到强化传热的目的。位于换热直管上层的大间距阶梯突起定距环形翅片5之间的间距通过大定距突起21来实现；位于换热直管中层的较小间距阶梯突起定距环形翅片7之间的间距通过较小定距突起18来实现；位于换热直管上层的小间距阶梯突起定距环形翅片9之间的间距通过小定距突起20来实现。阶梯突起定距环形翅片5之间的装配关系如图5所示，采用两两相互错开45度角度的排布方式排布。

实施例二：

如图2、图8、图9所示，换热直管外侧设置纵向异型翅片与实施例一不同之处是：所述的换热直管4外侧设置的是分级渐变三角纵向翅片22，内部蓄热区域不进行分区，且纵向翅片等间距的设置在换热直管外侧，且每根换热管外侧设置多个纵向翅片。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何非本质修改或等同变化，均仍属于本发明权利要求书的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于异型翅片的立式分层相变蓄热器装置，包括入口(1)、出口(13)和蓄热器主体，其特征在于：所述蓄热器主体由直管换热单元与壳层蓄热单元组成；所述直管换热单元包括异型翅片与换热直管，所述异型翅片是一种环向异型翅片或者是一种纵向异型翅片。

2.根据权利要求1所述的基于异型翅片的立式分层相变蓄热器，其特征在于：当所述换热直管外侧设置所述环向异型翅片时，所述壳层蓄热单元，包括管板、分层隔板、筒体及内部蓄热区域。

3.根据权利要求2所述的基于异型翅片的立式分层相变蓄热器，其特征在于：所述环向异型翅片为阶梯突起定距环形翅片，由环形阶梯薄板一上一下交错排布组成，环形阶梯薄板和定距凸起由模具加工成型，环向异型翅片之间的装配关系为两两相互错开45度角度。

4.根据权利要求2所述的基于异型翅片的立式分层相变蓄热器，其特征在于：所述壳层蓄热单元设有多个分层隔板，等间距的介于蓄热器上下两管板之间；所述内部蓄热区域由筒体与换热直管之间的区域构成，且内部蓄热区域由自上而下分为：上层高温区，中层中温区以及下层低温区，所述上层高温区、中层中温区以及下层低温区，这三个区域分别填充不同相变温度的蓄热材料。

5.根据权利要求4所述的基于异型翅片的立式分层相变蓄热器，其特征在于：所述上层高温区，中层中温区以及下层低温区，这三个区域所对应的换热直管外侧分别按照间距由大到小的排布方式设置有环向异型翅片，且换热直管两端分别与蓄热器两端的管板连接。

6.根据权利要求1所述的基于异型翅片的立式分层相变蓄热器，其特征在于：当所述换热直管外侧设置所述纵向异型翅片时，所述纵向异型翅片等间距的设置在换热直管外侧，且每根换热直管外侧设置多组纵向异型翅片。

7.根据权利要求6所述的基于异型翅片的立式分层相变蓄热器，其特征在于：所述纵向异型翅片为分级渐变三角纵向翅片，每个翅片由一个纵向直肋和三组长短不等的分级三角翅片组成，且这三组分级三角翅片在纵向直肋上由内而外以渐变的方式排布。

8.根据权利要求6或7所述的基于异型翅片的立式分层相变蓄热器，其特征在于：当所述换热直管外侧设置所述纵向异型翅片时，所述壳层蓄热单元，包括管板、筒体及内部蓄热区域。