CN110360751A - 垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置，属于蓄热技术领域。包括垂直通道、水平进风通道、水平出风通道、布风器、导风器、进风室、出风室等。将电热丝安装在垂直通道中，解决了长期高温运行在重力作用下发生形变可能引起的隐患，尤其在高电压供电时，提高了系统的安全性。水平进风通道和水平出风通道交错排列构成主风路、与垂直通道正交且相通，构成了空间立体的并联风路系统，可平衡进风温差、增大换热面积、降低温度梯度、促进换热流动、均衡风道压力等，从而均衡蓄热体内部的换热，显著降低不同蓄热砖之间以及同一蓄热砖不同空间部位的温差，提高蓄热容量、吸热放热效率和动态响应性能，提高电热丝的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体蓄热装置，特别是采用垂直加热方式、内部具有水平的空间多支路并联风路换热系统的固体蓄热装置。属于蓄热技术领域。
背景技术
目前的固体蓄热装置中，缺乏对蓄热体内部的通风换热系统的整体设计和考虑。现有技术中，蓄热体内部形成的风道结构本质上是二维结构，比较典型和普遍应用的是在水平面上交替正交的风道结构，其特点是每条风道均独立贯穿整个蓄热体、且相互之间完全隔离，电热丝一般位于其中的多组平行通道中。显然，这样的结构会导致每条换热风道的首尾温差较大、也会导致位于不同通道中的电热丝温差过高等问题。
蓄热体一般由多块蓄热砖堆砌而成，现有技术中的蓄热砖结构使得一般每块蓄热砖的一个面的局部与电热丝换热、相对面的局部与换热风道中的气体换热，水平相邻的两个电热丝通道或换热风道之间为较厚的蓄热砖实体，换热面积小、蓄热砖内部的温度梯度大，导致了蓄热体内部温差过大。
不同蓄热砖之间，以及同一蓄热砖不同空间部位的温差过大，会降低整体的蓄热温度，从而降低蓄热容量、影响吸热和放热特性，降低蓄热系统效率和动态响应性能；电热丝的封闭空间温度过高还会显著减少电热丝的使用寿命等。
电热丝安装在水平通道中，长期高温运行在重力作用下可能会发生形变，与蓄热砖内壁面接触后，造成各部分散热效果差异过大而影响寿命。而且尤其是采用高电压供电时，还会影响绝缘性能，造成安全隐患；为此采用高绝缘性能的蓄热砖，或是不易形变的电热丝，又会导致制造成本的大幅上升。
中国专利“大型环水直接换热固体蓄热电炉（申请号：201621056258.4）”，在蓄热体内部中心位置设置有加热元件，在加热元件两侧有贯穿蓄热体的热气流上升通道。显然，加热元件采用垂直布置，热气流上升通道也是垂直布置，没有水平方向的换热通道。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置。将电热丝安装在垂直通道中，解决了长期高温运行在重力作用下发生形变可能引起的隐患；垂直通道与水平进风通道和水平出风通道正交且相通，构成了空间立体的并联风路系统，平衡进风温差、增大换热面积、降低温度梯度、促进换热流动、均衡风道压力等，从而均衡蓄热体内部的换热，显著降低不同蓄热砖之间以及同一蓄热砖不同空间部位的温差，提高蓄热容量、吸热放热效率和动态响应性能，提高电热丝的使用寿命。同时，还具有结构简单、成本较低、运行可靠、维护方便等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置，包括蓄热体（1）、垂直通道（2）、水平进风通道（3）、水平出风通道（4）、布风器（5）、布风孔（6）、导风器（7）、导风孔（8）、进风室（9）、出风室（10）、电热丝（11）。
蓄热体（1）内部有垂直通道（2），以及与其正交且连通的水平进风通道（3）和水平出风通道（4），多条垂直通道（2）、水平进风通道（3）和水平出风通道（4）构成蓄热体（1）内部的空间立体多支路并联的风路结构。
布风器（5）上有多个布风孔（6），与多条水平进风通道（3）截面的结构尺寸对应，导风器（7）上有多个导风孔（8），与多条水平出风通道（4）截面的结构尺寸对应。
气体从进风室（9）经布风器（5）上的布风孔（6）进入水平进风通道（3），经过垂直通道（2），再由水平出风通道（4）经导风孔（8）进入出风室（10），完成换热过程。
电热丝（11）从蓄热体（1）上部插入垂直通道（2）内部，从固体蓄热装置的顶部供电。
进一步地，所述的多条水平进风通道（3）和水平出风通道（4）数量相同。
进一步地，所述的多条水平进风通道（3）和水平出风通道（4）空间上交错排列。
进一步地，所述的水平进风通道（3）、水平出风通道（4）与垂直通道（2）的交界处为斜面或弧形面结构。
进一步地，所述的进风室（9）和出风室（10）分别位于蓄热体（1）的两侧。
进一步地，所述的电热丝（11）进线端和出线端位于同一侧。
进一步地，所述的水平进风通道（3）、水平出风通道（4）和垂直通道（2）的内壁上有高温导热涂料（12）；电热丝（11）表面有高温导热防腐涂料（13）。
进一步地，包括绝热层（14），将蓄热体（1）、进风室（9）、出风室（10）完全包裹。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1、将电热丝安装在垂直通道中，解决了长期高温运行在重力作用下发生形变可能导致的绝缘隐患和对电热丝寿命的不利影响；同时电热丝采用了顶部供电方式，尤其在高电压供电时，也便于进行主接线的布线，提高了系统的安全性。
2、垂直通道与水平进风通道和水平出风通道正交且相通，构成了空间立体的并联风路系统，能够平衡进风温差、促进换热流动、均衡风道压力等，从而均衡蓄热体内部的换热，显著降低不同蓄热砖之间以及同一蓄热砖不同空间部位的温差，提高蓄热容量、吸热放热效率和动态响应性能，提高电热丝的使用寿命。同时，还具有结构简单、成本较低、运行可靠、维护方便等优点。
3、将进风室和出风室安装在蓄热体的两侧，可有效平衡水平主风道内部的气体压力，结合布风孔和导风孔的设置，使风路均为水平进风通道、垂直通道和水平出风通道，使得通过多条水平进风通道和水平出风通道的气体流量及流速尽量均衡，有效降低温度梯度，避免由于流速差异过大导致的蓄热体内温差过大的情况。
4、换热过程由垂直通道、水平进风通道和水平出风通道共同完成，有效增大了换热面积；且垂直通道还可充分利用烟囱效应，自动促进垂直风道内的气体流动。
5、数量相同的水平进风通道和水平出风通道空间上交错排列，与垂直通道的交界处采用斜面或弧形面结构，尽可能均衡风道压力、消除蓄热装置的内部温差，从而实现均衡换热。
附图说明
图1：垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置正视图。
图2：垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置左视图。
图中：1-蓄热体、2-垂直通道、3-水平进风通道、4-水平出风通道、5-布风器、6-布风孔、7-导风器、8-导风孔、9-进风室、10-出风室、11-电热丝、12-高温导热涂料、13-高温导热防腐涂料、14-绝热层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
如图1所示为垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置正视图，图2所示为垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置左视图。由图1和图2可以看出，所述的垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置，包括蓄热体（1）、垂直通道（2）、水平进风通道（3）、水平出风通道（4）、布风器（5）、布风孔（6）、导风器（7）、导风孔（8）、进风室（9）、出风室（10）、电热丝（11）、高温导热涂料（12）、高温导热防腐涂料（13）、绝热层（14）。
图1中，蓄热体（1）内部有垂直通道（2），以及与其正交且连通的水平进风通道（3）和水平出风通道（4），多条垂直通道（2）、水平进风通道（3）和水平出风通道（4）构成蓄热体（1）内部的空间立体多支路并联的风路结构。
图1中，所述的进风室（9）和出风室（10）分别位于蓄热体（1）的两侧，可有效平衡垂直主风道内部的气体压力。布风器（5）上有多个布风孔（6），与多条水平进风通道（3）截面的结构尺寸对应，导风器（7）上有多个导风孔（8），与多条水平出风通道（4）截面的结构尺寸对应。使得通过多条水平进风通道（3）和水平出风通道（4）的气体流量及流速尽量均衡，有效降低温度梯度，实现温度相对均衡的进风，避免各换热面由不同进风温度导致的大温差情况出现，从而将通过蓄热体（1）内部的进风温度温差、出风温度温差都能控制在较小的水平。
图1中，风路系统分为多路，每一路气体从进风室（9）经布风器（5）上的布风孔（6）进入水平进风通道（3），经过一小段垂直通道（2），再由水平出风通道（4）经导风孔（8）进入出风室（10），完成换热过程。与传统的单一换热风路结构相比，显然有效增大了换热面积；而且蓄热体（1）由多块蓄热砖堆砌而成，垂直通道（2）的设计使得蓄热砖的侧面也参与换热，从而均衡蓄热体内部的换热，避免出现蓄热砖与换热面之间距离过厚的情况出现。结合水平进风通道（3）和水平出风通道（4）的设计，显著降低不同蓄热砖之间以及同一蓄热砖不同空间部位的温差；提高蓄热容量、吸热放热效率和动态响应性能，提高电热丝的使用寿命。此外，垂直通道（2）还可充分利用烟囱效应，自动促进气体流动。
图1中，电热丝（11）从蓄热体（1）上部插入垂直通道（2）内部，从固体蓄热装置的顶部供电，且电热丝（11）进线端和出线端位于同一侧。解决了长期高温运行在重力作用下发生形变可能导致的绝缘隐患和对电热丝寿命的不利影响；同时电热丝采用了顶部供电方式，尤其在高电压供电时，也便于进行主接线的布线，提高了系统的安全性。
图2中，从底部计算，每个奇数行为4条水平进风通道（3），共12条，每个偶数行为4条水平出风通道（4），共12条；多条水平进风通道（3）和水平出风通道（4）空间上交错排列，且数量相同。尽可能均衡风道压力、消除蓄热装置的内部温差，从而实现均衡换热。
图2中，所述的水平进风通道（3）、水平出风通道（4）和垂直通道（2）的内壁上有高温导热涂料（12），电热丝（11）表面有高温导热防腐涂料（13）。高温导热涂料（12）可有效增强风路壁面吸收红外辐射和与气体的对流换热能力，高温导热防腐涂料（13）则能够在不影响电热丝（11）向外辐射热量的前提下，提高电热丝（11）的防腐能力，延长使用寿命。
图1和图2中，绝热层（14）将蓄热体（1）、进风室（9）、出风室（10）完全包裹，实现整个蓄热体（1）的保温蓄热。
以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置，其特征在于：包括蓄热体（1）、垂直通道（2）、水平进风通道（3）、水平出风通道（4）、布风器（5）、布风孔（6）、导风器（7）、导风孔（8）、进风室（9）、出风室（10）、电热丝（11）；
蓄热体（1）内部有垂直通道（2），以及与其正交且连通的水平进风通道（3）和水平出风通道（4），多条垂直通道（2）、水平进风通道（3）和水平出风通道（4）构成蓄热体（1）内部的空间立体多支路并联的风路结构；
布风器（5）上有多个布风孔（6），与多条水平进风通道（3）截面的结构尺寸对应，导风器（7）上有多个导风孔（8），与多条水平出风通道（4）截面的结构尺寸对应；
气体从进风室（9）经布风器（5）上的布风孔（6）进入水平进风通道（3），经过垂直通道（2），再由水平出风通道（4）经导风孔（8）进入出风室（10），完成换热过程；
电热丝（11）从蓄热体（1）上部插入垂直通道（2）内部，从固体蓄热装置的顶部供电。
2.根据权利要求1所述的垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置，其特征在于：所述的多条水平进风通道（3）和水平出风通道（4）数量相同。
3.根据权利要求1所述的垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置，其特征在于：所述的多条水平进风通道（3）和水平出风通道（4）空间上交错排列。
4.根据权利要求1所述的垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置，其特征在于：所述的水平进风通道（3）、水平出风通道（4）与垂直通道（2）的交界处为斜面或弧形面结构。
5.根据权利要求1所述的垂直主风道及多水平支路的固体蓄热立体风路系统，其特征在于：所述的进风室（9）和出风室（10）分别位于蓄热体（1）的两侧。
6.根据权利要求1所述的垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置，其特征在于：所述的电热丝（11）进线端和出线端位于同一侧。
7.根据权利要求1所述的垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置，其特征在于：所述的水平进风通道（3）、水平出风通道（4）和垂直通道（2）的内壁上有高温导热涂料（12）；电热丝（11）表面有高温导热防腐涂料（13）。
8.根据权利要求1所述的垂直加热及水平双通道均衡换热的蓄热装置，其特征在于：包括绝热层（14），将蓄热体（1）、进风室（9）、出风室（10）完全包裹。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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