CN110375570B - 构成空间立体网格换热风路系统的蓄热砖 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种构成空间立体网格换热风路系统的蓄热砖，属于蓄热技术领域。包括水平凹槽、水平凸齿、垂直缺口、锚定缺口等。采用正交且连通的水平凹槽和垂直缺口，构成交叉连接的横向和纵向空间立体网格状风道系统。将垂直风道作为主风道，在空间上平行交错分布，实现温度相对均衡的垂直进风和垂直出风。蓄热砖的上表面、下表面和侧面都并入到换热风道中，有效提高换热面积。从而显著降低了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，并将电热丝通道并入支路风道系统，降低电热丝通道温度，提高电热丝的使用寿命。同时，还具有结构简单、加工方便、安装维护方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄热砖，特别是能够构成三维空间立体网格状换热风路系统的固体蓄热砖。属于蓄热技术领域。
背景技术
蓄热砖作为固体蓄热装置的基本构成单元，有多种成熟应用的结构。但是目前的固体蓄热砖在构成整个蓄热装置后，形成的通风散热的风道本质上是二维结构，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。
也有安装电热丝的通道不做为风道、且两侧封闭，又会导致电热丝的封闭空间与循环风之间通过蓄热体进行换热，显然，这样的结构会导致电热丝的封闭空间与循环风之间的温差较大，电热丝的温度会更高。
此外，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。
也有采用侧面换热通道的蓄热砖，如中国专利“一种固体谷电能蓄能设备（申请号：201710144051.5）”，采用的是加热元件通道与热风通道的上下层十字正交蓄热砖传统通道布局，并在此基础上做了改进，在蓄热砖的四个侧面的竖向分别设有凹槽作为通风孔，构成了两条与加热元件通道相通的竖向通道，以及两条与热风通道相通的竖向通道，在一定程度增加了换热面积，但是该设计中的竖向通道将热风通道分段全部并联，只能起到相邻热风通道的平衡作用，并不能充分参与到热风通道的换热过程中。即无法构成不同的进风通道和出风通道，实际运行中的空气流通路径是无法预知的。中国专利“一种10KV固体谷电能蓄能设备（申请号：201820311486.4）”采用也是类似的结构。
此外，在蓄热砖的锚定上，中国专利“一种自锚定位蓄热砖（申请号：201621233886.5）”，在蓄热砖两侧分别设置了相啮合的自锚固块和自锚缺口，虽然有助于固定，但是仍然是二维风道结构；而且在烟道上设置了波浪形内表面，但是采用的是平行于烟道的结构，难以形成能够促进充分换热的湍流效果。
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构成空间立体网格换热风路系统的蓄热砖，通过蓄热砖的特殊结构设计，建立整个蓄热体的、包括交叉连接的横向和纵向空间立体网格状风道系统，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，并将电热丝通道并入支路风道系统，降低电热丝通道温度，提高电热丝的使用寿命。同时，还具有结构简单、加工方便、安装维护方便等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的构成空间立体网格换热风路系统的蓄热砖，包括水平凹槽（1）、第一水平凸齿（2）、第二水平凸齿（3）、第一垂直缺口（4）、第二垂直缺口（5）。
蓄热砖为矩形，水平凹槽（1）沿水平方向贯通底部，两侧分别为平行的第一水平凸齿（2）和第二水平凸齿（3）。
第一垂直缺口（4）沿垂直方向贯通蓄热砖，与第一水平凸齿（2）正交，且与水平凹槽（1）相通。
第二垂直缺口（5）沿垂直方向贯通蓄热砖，与第二水平凸齿（3）正交，且与水平凹槽（1）相通。
第一垂直缺口（4）和第二垂直缺口（5）对称位于蓄热砖的相同端的水平凹槽（1）的两侧位置。
进一步地，所述的第一垂直缺口（4）和第二垂直缺口（5）为矩形、梯形或半圆弧形。
进一步地，所述的第一垂直缺口（4）和第二垂直缺口（5）与水平凹槽（1）交界处为斜面或弧形面结构。
进一步地，包括水平锚定缺口（6），与第一垂直缺口（4）和第二垂直缺口（5）构成的凸起部分实现啮合锚定关系。
进一步地，包括垂直锚定凸起（7）、垂直锚定缺口（8），垂直锚定凸起（7）分别位于第一水平凸齿（2）和第二水平凸齿（3）的下部，垂直锚定缺口（8）分别位于第一水平凸齿（2）和第二水平凸齿（3）的上部，垂直锚定凸起（7）和垂直锚定缺口（8）构成对应的啮合锚定关系。
进一步地，所述的水平凹槽（1）内表面有不与被加热气体流向平行的折流结构（9）。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1、采用第一垂直缺口和第二垂直缺口，在固体蓄热砖组合叠放时能够构成多条空间平行的垂直风道，且每块固体蓄热砖的水平凹槽与相邻的两条垂直风道相通，构成真正的三维空间立体网格状风道系统。垂直风道充分利用了烟囱效应，自动促进内部气体流动；水平凹槽内部的热量可以及时通过垂直风道排出。从而显著降低了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。同时，还具有结构简单、成本较低、运行可靠、安装维护方便等优点。
2、采用多条垂直风道作为主风道，在空间上平行交错分布，便于灵活地进行进风通道和出风通道的交错分配，实现温度相对均衡的垂直进风和垂直出风，避免各换热面由不同进风温度导致的大温差情况出现。
3、便于灵活实现多种具有垂直风道的组合叠放方式，使得固体蓄热砖的上表面、下表面和侧面都并入到换热风道中，有效提高换热面积，减少同一蓄热砖不同空间部位的温差，提高蓄热容量以及吸热放热效率。
4、垂直缺口与水平凹槽交界处采用斜面或弧形面结构，能够减小水平支路的通风阻力；同时在水平凹槽内表面设计有不与被加热气体流向平行的折流式结构，可有效提高电热丝辐射换热面积，且形成湍流提高空气换热效率。从而进一步降低整体的温差，提高吸热和放热效率。
5、在固体蓄热砖顶部采用与水平凸齿对应的锚定缺口，利用水平凸齿构成水平方向通道的同时又实现了上下两层固体蓄热砖的锚定，便于施工定位，加快施工进度，提高整体稳定性，且简化了固体蓄热砖结构、也简化了加工工艺。
附图说明
图1：固体蓄热砖顶视图。
图2：固体蓄热砖侧视图。
图3：固体蓄热砖右视图。
图4：固体蓄热砖底视图。
图5：固体蓄热砖叠放顶视图。
图6：固体蓄热砖叠放右视图。
图中：1-水平凹槽、2-第一水平凸齿、3-第二水平凸齿、4-第一垂直缺口、5-第二垂直缺口、6-水平锚定缺口、7-垂直锚定凸起、8-垂直锚定缺口、9-折流结构。
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所示为固体蓄热砖顶视图，图2所示为固体蓄热砖侧视图，图3所示为固体蓄热砖右视图，图4所示为固体蓄热砖底视图。所述的构成空间立体网格换热风路系统的蓄热砖包括水平凹槽（1）、第一水平凸齿（2）、第二水平凸齿（3）、第一垂直缺口（4）、第二垂直缺口（5）、水平锚定缺口（6）、垂直锚定凸起（7）、垂直锚定缺口（8）、折流结构（9）。
图1、图2、图3和图4中，蓄热砖为矩形，水平凹槽（1）沿水平方向贯通底部，两侧分别为平行的第一水平凸齿（2）和第二水平凸齿（3）；第一垂直缺口（4）沿垂直方向贯通蓄热砖，与第一水平凸齿（2）正交，且与水平凹槽（1）相通；第二垂直缺口（5）沿垂直方向贯通蓄热砖，与第二水平凸齿（3）正交，且与水平凹槽（1）相通；第一垂直缺口（4）和第二垂直缺口（5）对称位于蓄热砖的相同端的水平凹槽（1）的两侧位置。
图1、图4中，水平锚定缺口（6）与第一垂直缺口（4）和第二垂直缺口（5）构成的凸起部分实现啮合锚定关系。
图2、图3中，垂直锚定凸起（7）分别位于第一水平凸齿（2）和第二水平凸齿（3）的下部，垂直锚定缺口（8）分别位于第一水平凸齿（2）和第二水平凸齿（3）的上部，垂直锚定凸起（7）和垂直锚定缺口（8）构成对应的啮合锚定关系。
图2和图4中，被加热气体一般沿着接近与水平凹槽（1）平行的方向流动，水平凹槽（1）内表面有不与被加热气体流向平行的折流结构（9），可使流过的被加热气体形成湍流，明显提高空气换热效率，且如果在水平凹槽（1）内安放电热丝的话，还可提高电热丝辐射换热面积，从而进一步降低整体的温差，提高吸热和放热效率。
采用所述的构成空间立体网格换热风路系统的蓄热砖组合成蓄热体时，可构成多种组合叠放结构，一种典型的蓄热砖叠放顶视图如图5所示，对应的固体蓄热砖叠放右视图如图6所示。由图5中可以看出，相邻的左右两块蓄热砖排列时，通过右侧蓄热砖的水平锚定缺口（6）与左侧蓄热砖的第一垂直缺口（4）和第二垂直缺口（5）构成的凸起部分构成啮合锚定关系，使相邻的左右两块蓄热砖之间不发生前后的窜动。由图6中可以看出，相邻的上下两块蓄热砖叠放时，通过上层蓄热砖的垂直锚定凸起（7）与下层蓄热砖的垂直锚定缺口，构成对应的啮合锚定关系。显然，所述的蓄热砖结构使得左右和上下蓄热砖之间不会发生平移窜动，有效地加强稳固了蓄热体的整体结构，且方便了现场安装。而且，充分利用了蓄热砖原有结构，以简化加工工艺。
采用所述蓄热砖构成的典型空间立体网格换热风道系统如图5和图6所示。从图5中可以看出，相邻的前后两块蓄热砖排列时，前方蓄热砖的第一垂直缺口（4）和后方蓄热砖的第二垂直缺口（5）一起构成了垂直风道；相邻的左右两块蓄热砖排列时，各自的水平凹槽（1）连接在一起构成了水平风道。由于每块蓄热砖的第一垂直缺口（4）和第二垂直缺口（5）均与其水平凹槽（1）相通，也就是构成的多条垂直风道和多条水平风道均是相通的，通过将多条垂直风道分别设置为进风主通道和出风主通道，相应的水平风道就自动成为并联的分支通道。从而得到了空间立体网格换热风道系统。垂直风道充分利用了烟囱效应，自动促进内部气体流动；水平凹槽内部的热量可以及时通过垂直风道排出。
显然，由第一垂直缺口（4）和第二垂直缺口（5）构成的垂直风道，空间上为垂直方向，在本具体实施方式中，主要是为了利用烟囱效应；在实施过程中，为了解决整体布局问题，所述的垂直风道在空间上采用水平方向，也能实现绝大多数的有益效果。
图5中，多条垂直风道在空间上平行交错分布，可灵活地进行进风通道和出风通道的交错分配，实现温度相对均衡的垂直进风和垂直出风，避免各换热面由不同进风温度导致的大温差情况出现。
电热丝一般位于蓄热砖的水平凹槽（1）内，显然，在所述的空间立体网格换热风道系统中，每块蓄热砖的上表面、下表面、部分侧面，以及电热丝，都并入到所构成的空间立体网格换热风道系统。从而显著降低了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，且降低电热丝的工作温度，提高电热丝的使用寿命。
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 (3)
1.构成空间立体网格换热风路系统的蓄热砖，其特征在于：包括水平凹槽(1)、第一水平凸齿(2)、第二水平凸齿(3)、第一垂直缺口(4)、第二垂直缺口(5)；
蓄热砖为矩形，水平凹槽(1)沿水平方向贯通底部，两侧分别为平行的第一水平凸齿(2)和第二水平凸齿(3)；
第一垂直缺口(4)沿垂直方向贯通蓄热砖，与第一水平凸齿(2)正交，且与水平凹槽(1)相通；
第二垂直缺口(5)沿垂直方向贯通蓄热砖，与第二水平凸齿(3)正交，且与水平凹槽(1)相通；
第一垂直缺口(4)和第二垂直缺口(5)对称位于蓄热砖的相同端的水平凹槽(1)的两侧位置；
相邻的前后两块蓄热砖排列时，前方蓄热砖的第一垂直缺口(4)和后方蓄热砖的第二垂直缺口(5)一起构成了垂直风道；相邻的左右两块蓄热砖排列时，各自的水平凹槽(1)连接在一起构成了水平风道；
所述的第一垂直缺口(4)和第二垂直缺口(5)为矩形、梯形或半圆弧形；
所述的第一垂直缺口(4)和第二垂直缺口(5)与水平凹槽(1)交界处为斜面或弧形面结构；
包括水平锚定缺口(6)，与第一垂直缺口(4)和第二垂直缺口(5)构成的凸起部分实现啮合锚定关系，该凸起部分要长于水平锚定缺口(6)的凹进部分，为第一垂直缺口(4)和第二垂直缺口(5)构成垂直风道留出空间。
2.根据权利要求1所述的构成空间立体网格换热风路系统的蓄热砖，其特征在于：包括垂直锚定凸起(7)、垂直锚定缺口(8)，垂直锚定凸起(7)分别位于第一水平凸齿(2)和第二水平凸齿(3)的下部，垂直锚定缺口(8)分别位于第一水平凸齿(2)和第二水平凸齿(3)的上部，垂直锚定凸起(7)和垂直锚定缺口(8)构成对应的啮合锚定关系。
3.根据权利要求1所述的构成空间立体网格换热风路系统的蓄热砖，其特征在于：所述的水平凹槽(1)内表面有不与被加热气体流向平行的折流结构(9)。
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