CN117570755A - 壳管式液固相变潜热流化床换热系统及换热方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于相变材料换热系统技术领域，具体涉及一种壳管式液固相变潜热流化床换热系统及换热方法。本壳管式液固相变潜热流化床换热系统，包括：若干竖直传热管，其设置在换热系统壳体中；筛网，其设置在竖直传热管的进料端和出料端，以将固体颗粒拦截在竖直传热管中；控制模块，其适于通过输入模块接收物料参数，并根据物料参数通过流速调节泵组使竖直传热管中浆液的流速在初始流态化速度v_mf至终端流态化速度v_t之间往复，以使固体颗粒在竖直传热管中往复冲撞。本壳管式液固相变潜热流化床换热系统将固体颗粒拦截在传热管中，可以使固体颗粒在竖直传热管中上下往复冲撞，打散管道中的凝固物和撞碎竖直传热管的内壁上的结晶。

Description

壳管式液固相变潜热流化床换热系统及换热方法

技术领域

本发明属于相变材料换热系统技术领域，具体涉及一种壳管式液固相变潜热流化床换热系统及换热方法。

背景技术

冰浆、气体水合物浆液和有机相变材料浆液等浆状相变材料作为固液两相流的冷热介质，具备广泛的温度范围、巨大的相变潜能和无气体泄漏污染等优点，因此浆状相变材料在制冷和储能等领域有着广阔的应用前景。通过在用电低谷期制取浆状相变材料，在用电高峰期释放能量，可以实现电能调峰和减少供能系统容量的作用。

目前制取浆状相变材料所用的一类设备是流化床换热系统，申请号为201510664946.2的专利文件中提供的便是这种流化床换热系统。流化床换热系统在制取浆状相变材料时，换热系统自身壁面会逐渐结晶，浆状相变材料自身也会在流动出现固液分层，出现凝固物团聚，二者共同作用容易引起换热系统堵塞。该专利文件提供的解决方案是采用循环流化床换热系统，通过使固体颗粒在流化床换热系统的列管中不断循环，来一遍又一遍地冲刷列管壁面，防止污垢粘附而结聚，该方案的固体颗粒会跟随流体从流化床换热系统的列管中流出，所以必须通过液固分离器从流体中分离出来，液固分离器例如常见的重力沉降式或旋流分离器选型确定后，对特定材质(密度)的固体颗粒就有一定直径要求，否则难以将固体颗粒从流体中很好地分离，因此采用该方案时，固体颗粒在选择上会受到液固分离器的限制，否则便需要准备多种型号的液固分离器，导致成本成倍增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种壳管式液固相变潜热流化床换热系统，以解决现有流化床换热系统因固体颗粒随流体从列管中流出，需要额外分离处理的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种壳管式液固相变潜热流化床换热系统，包括：若干竖直传热管，其设置在换热系统壳体中；筛网，其设置在竖直传热管的进料端和出料端，以将固体颗粒拦截在竖直传热管中；控制模块，其适于通过输入模块接收物料参数，并根据物料参数通过流速调节泵组使竖直传热管中浆液的流速在初始流态化速度v_mf至终端流态化速度v_t之间往复，以使固体颗粒在竖直传热管中往复冲撞；其中，v_mf＝Re_mfμ_l/dρ_l，Re_mf为雷诺数、μ_l为相变材料粘度、d为固体颗粒直径、ρ_l为相变材料密度，v_t＝{[4d(ρ_s-ρ_l)g]/[3C_Dρ_l]}^1/2，ρ_s为固体颗粒密度、g为重力加速度、C_D为曳力系数。

进一步，所述流速调节泵组包括：若干个浆状相变材料泵，其与控制模块电性连接，且并联后与若干所述竖直传热管连通；各浆状相变材料泵的流出端均与流速调整阀的流入端连通，流速调整阀的流出端均与浆状相变材料泵的流入端连通，流速调整阀均与控制模块电性连接。

进一步，所述换热系统壳体包括：直筒段，其上下两端可拆卸地安装有壳罩。

进一步，所述筛网可拆卸地安装在所述直筒段的上下两端；所述竖直传热管的进料端和出料端分别与相应的筛网抵接。

进一步，所述直筒段的上部和下部分别设有载冷剂入口和载冷剂出口；所述载冷剂入口和所述载冷剂出口之间的直筒段上下交错设置有若干折流板。

另一方面，本发明还提供了一种壳管式液固相变潜热换热方法，包括：如上所述的壳管式液固相变潜热流化床换热系统；通过输入模块接收物料参数；通过控制模块接收物料参数，并计算出初始流态化速度v_mf和终端流态化速度v_t：通过流速调节泵组使竖直传热管中浆液的流速在初始流态化速度v_mf至终端流态化速度v_t之间往复，以使固体颗粒在竖直传热管中往复冲撞。

本发明的有益效果是，本发明旨在解决现有流化床换热系统因固体颗粒随流体从列管中流出，需要额外分离处理的技术问题，本壳管式液固相变潜热流化床换热系统在竖直传热管的进料端和出料端设置筛网，将固体颗粒拦截在竖直传热管中后，可以通过输入模块输入物料参数，控制模块可通过接收的物料参数计算出初始流态化速度v_mf和终端流态化速度v_t，通过流速调节泵组使竖直传热管中浆液的流速在初始流态化速度v_mf至终端流态化速度v_t之间往复，可以使固体颗粒在竖直传热管中上下往复冲撞，打散管道中的凝固物和撞碎竖直传热管的内壁上的结晶。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明的壳管式液固相变潜热流化床换热系统的示意图；

图2是本发明的壳管式液固相变潜热流化床换热系统的控制框图；

图中：

竖直传热管100，

换热系统壳体200，直筒段210，壳罩220，载冷剂入口230，载冷剂出口240，折流板250；

筛网300；

固体颗粒400；

流速调节泵组500，浆状相变材料泵510，流速调整阀520。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种壳管式液固相变潜热流化床换热系统，包括：若干竖直传热管100，其设置在换热系统壳体200中；筛网300，其设置在竖直传热管100的进料端和出料端，以将固体颗粒400拦截在竖直传热管100中；控制模块，其适于通过输入模块接收物料参数，并根据物料参数通过流速调节泵组500使竖直传热管100中浆液的流速在初始流态化速度v_mf至终端流态化速度v_t之间往复，以使固体颗粒400在竖直传热管100中往复冲撞；其中，v_mf＝Re_mfμ_l/dρ_l，Re_mf为雷诺数、μ_l为相变材料粘度、d为固体颗粒直径、ρ_l为相变材料密度；v_t＝{[4d(ρ_s-ρ_l)g]/[3C_Dρ_l]}^1/2，ρ_s为固体颗粒密度、g为重力加速度、C_D为曳力系数。

本壳管式液固相变潜热流化床换热系统在竖直传热管100的进料端和出料端设置筛网300，将固体颗粒400拦截在竖直传热管100中后，可以通过输入模块输入物料参数，控制模块可通过接收的物料参数计算出初始流态化速度v_mf和终端流态化速度v_t，通过流速调节泵组500使竖直传热管100中浆液的流速在初始流态化速度v_mf至终端流态化速度v_t之间往复，可以使固体颗粒400在竖直传热管100中上下往复冲撞，打散管道中的凝固物和撞碎竖直传热管100的内壁上的结晶。

所述输入模块可以但不限于采用工控屏，所述控制模块可以但不限于采用PLC模块，所述物料参数包括：固体颗粒直径d，单位为m；固体颗粒密度ρ_s，单位为kg/m³；相变材料密度ρ_l，单位为kg/m³；重力加速度g；相变材料粘度μ_l，单位为Pa·s；所述雷诺数其中C₁＝25.25，C₂＝0.0651，阿基米德数曳力系数C_D＝24/Re(1+0.15Re^0.687)，其中，给定初始雷诺数Re₀＝1，由初始雷诺数求得曳力系数C_D：可以由初始流态化速度v_mf计算新的雷诺数Re₁＝v_tdρ_l/μ_l，不断迭代更新雷诺数，使得Re_n与Re_n-1相差小于1，则得到的v_t即为终端流态化速度。

结合图2，所述流速调节泵组500可以包括：若干个浆状相变材料泵510，其与控制模块电性连接，且并联后与若干所述竖直传热管100连通；各浆状相变材料泵510的流出端均与流速调整阀520的流入端连通，流速调整阀520的流出端均与浆状相变材料泵510的流入端连通，流速调整阀520均与控制模块电性连接。

如图1所示，所述换热系统壳体200可以包括：直筒段210，其上下两端可拆卸地安装有壳罩220。

如图1所示，所述筛网300可拆卸地安装在所述直筒段210的上下两端；所述竖直传热管100的进料端和出料端分别与相应的筛网300抵接。

如图1所示，所述直筒段210的上部和下部分别设有载冷剂入口230和载冷剂出口240；所述载冷剂入口230和所述载冷剂出口240之间的直筒段210上下交错设置有若干折流板250。

本壳管式液固相变潜热流化床换热系统可以根据浆液类型，选择相应材质以及相应直径的固体颗粒400装入竖直传热管100中，换热系统启动后，控制模块通过浆状相变材料泵510及流速调整阀520调整竖直传热管100中浆液的流速，例如对于换热系统中常规尺寸的竖直传热管，可以使浆液的流速在终端流态化速度v_t附近运行50秒左右，然后在初始流态化速度v_mf附近运行10秒左右，实现固体颗粒的上下往复冲撞，来打散管道中的凝固物和撞碎竖直传热管100的内壁上的结晶。

本实施例还提供了一种壳管式液固相变潜热换热方法，包括：如上所述的壳管式液固相变潜热流化床换热系统通过输入模块接收物料参数；通过控制模块接收物料参数，并计算出初始流态化速度v_mf和终端流态化速度v_t：通过流速调节泵组500使竖直传热管100中浆液的流速在初始流态化速度v_mf至终端流态化速度v_t之间往复，以使固体颗粒400在竖直传热管100中往复冲撞。

本壳管式液固相变潜热换热方法的换热过程及技术效果以在上文说明，不再赘述。

综上所述，本壳管式液固相变潜热流化床换热系统在竖直传热管的进料端和出料端设置筛网，将固体颗粒拦截在竖直传热管中后，可以通过输入模块输入物料参数，控制模块可通过接收的物料参数计算出初始流态化速度v_mf和终端流态化速度v_t，通过流速调节泵组使竖直传热管中浆液的流速在初始流态化速度v_mf至终端流态化速度v_t之间往复，可以使固体颗粒在竖直传热管中上下往复冲撞，打散管道中的凝固物和撞碎竖直传热管的内壁上的结晶。

在本申请所提供的实施例中，应理解到，所揭露的系统、装置，可以通过其他方式实现。以上所描述的实施例仅是示意性的，例如，所述机构的划分，仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种壳管式液固相变潜热流化床换热系统，其特征在于，包括：

若干竖直传热管(100)，其设置在换热系统壳体(200)中；

筛网(300)，其设置在竖直传热管(100)的进料端和出料端，以将固体颗粒(400)拦截在竖直传热管(100)中；

控制模块，其适于通过输入模块接收物料参数，并根据物料参数通过流速调节泵组(500)使竖直传热管(100)中浆液的流速在初始流态化速度v_mf至终端流态化速度v_t之间往复，以使固体颗粒(400)在竖直传热管(100)中往复冲撞；

其中，v_mf＝Re_mfμ_l/dρ_l，Re_mf为雷诺数、μ_l为相变材料粘度、d为固体颗粒直径、ρ_l为相变材料密度；以及

v_t＝{[4d(ρ_s-ρ_l)g]/[3C_Dρ_l]}^1/2，ρ_s为固体颗粒密度、g为重力加速度、C_D为曳力系数。

2.根据权利要求1所述的壳管式液固相变潜热流化床换热系统，其特征在于，

所述流速调节泵组(500)包括：

若干个浆状相变材料泵(510)，其与控制模块电性连接，且并联后与若干所述竖直传热管(100)连通；

各浆状相变材料泵(510)的流出端均与流速调整阀(520)的流入端连通，流速调整阀(520)的流出端均与浆状相变材料泵(510)的流入端连通，流速调整阀(520)均与控制模块电性连接。

3.根据权利要求2所述的壳管式液固相变潜热流化床换热系统，其特征在于，

所述换热系统壳体(200)包括：

直筒段(210)，其上下两端可拆卸地安装有壳罩(220)。

4.根据权利要求3所述的壳管式液固相变潜热流化床换热系统，其特征在于，

所述筛网(300)可拆卸地安装在所述直筒段(210)的上下两端；

所述竖直传热管(100)的进料端和出料端分别与相应的筛网(300)抵接。

5.根据权利要求3所述的壳管式液固相变潜热流化床换热系统，其特征在于，

所述直筒段(210)的上部和下部分别设有载冷剂入口(230)和载冷剂出口(240)；

所述载冷剂入口(230)和所述载冷剂出口(240)之间的直筒段(210)上下交错设置有若干折流板(250)。

6.一种壳管式液固相变潜热换热方法，其特征在于，包括：

如权利要求1至5中任一项所述的壳管式液固相变潜热流化床换热系统；

通过输入模块接收物料参数；

通过控制模块接收物料参数，并计算出初始流态化速度v_mf和终端流态化速度v_t：

通过流速调节泵组(500)使竖直传热管(100)中浆液的流速在初始流态化速度v_mf至终端流态化速度v_t之间往复，以使固体颗粒(400)在竖直传热管(100)中往复冲撞。