CN201110732Y - 整体针翅管式相变蓄热、换热器 - Google Patents

整体针翅管式相变蓄热、换热器 Download PDF

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Abstract

本实用新型是一种整体针翅管式相变蓄热、换热器，在外壳内装有针翅管(1)，其特征在于：在外壳与针翅管(1)之间填充有相变蓄热材料(2)，所述针翅管(1)上的针翅片通过切削整体加工制成，该针翅片(1a)按旋向一致的三维螺旋形分布在基管(1b)表面，所述针翅片(1a)与基管(1b)切线夹角为60°～90°，针翅片(1a)高度为5～10mm。所述外壳可以是圆筒管，也可以是矩形箱。在外壳内可以装一个针翅管(1)，也可以装数个针翅管(1)。该实用新型结构简单，既能解决能源的间断性、获得稳定的供能，又能大大扩大传热面积、获得高强度传热效果。针翅片与基管间不存在任何接触热阻，翅肋效率高。

Description

整体针翅管式相变蓄热、换热器
技术领域：
本实用新型属于蓄热/换热器，具体地讲，是一种适用于太阳能热利用和工业过程中的针翅管类相变蓄热/换热器。
背景技术：
相变蓄热由于蓄能密度高、蓄热温差变化小等优点而得到广泛使用。常用相变蓄热\换热器结构随应用范围的不同而不同。目前，包覆换热管的相变材料容器可采用两种结构形式：(1)同心套管形式。套管的环形空间由径向翅片分隔，每个翅片上开两个孔。制造时先将翅片焊在内管上，再套上外套管，从端部充灌相变蓄热材料(PCM)后密封。翅片既能强化传热，又能改善空穴分布，防止出现热松脱。(2)单个独立的相变材料容器。每个小容器分别套装在工质导管上，容器与导管的交界面用钎焊连接以减少接触热阻。这种蓄热/换热器加工工艺复杂、结构的热稳定性差、蓄热换热效率低，必须改善蓄热介质的热传导性能、提高结构稳定性、降低加工制造成本，才能达到实用的目的。
至今为止，提出了很多相变蓄热材料强化传热的方法。常用的方法有相变蓄热材料内添加金属、翅片管和翅片板、添加铝屑或铝片等，还有一种方法是将相变蓄热材料灌注在金属多孔层中以增大介质中的热传导性能。最近几年，有研究者提出在石墨多孔材料内充灌相变蓄热材料来强化传热。最近也有采用微胶囊相变蓄热材料制备蓄热换热器的技术，其主要目的是增大换热面积。这两种蓄热换热方式虽然都能较大提高蓄热换热性能，但较高的初投资成本限制了其推广应用。
此外，这些现有的换热管在加工或是换热方面都有一定的缺陷：如绕簧有间隙，挤肋有限，叠片有间隙又废料等，上述元件还有间接传热的缺陷。另外，当出现负荷变化或是供应热量变化时，这些设备都无法做出相应的调整，不能起到很好的缓冲调节和保护作用，造成能源的浪费并影响相关设备的寿命。如对于具有间断性特征的太阳能，不能保证连续稳定的供能，对于调峰电站，不能优化能源的使用。
实用新型内容：
本实用新型的目的是提供一种既能解决能源的间断性、获得稳定的供能，又能大大扩大传热面积、获得高强度传热效果的带相变蓄热材料的整体针翅管式的蓄热、换热器。
本实用新型的具体技术方案：设计一种整体针翅管式相变蓄热、换热器，在外壳内装有针翅管，其要点是：在外壳与针翅管之间填充有相变蓄热材料，所述针翅管上的针翅片通过切削整体加工制成，该针翅片按旋向一致的三维螺旋形分布在基管表面，所述针翅片与基管切线夹角为60°～90°，针翅片高度为5～10mm，具有10倍左右的扩展表面比。
所述外壳为圆筒管，在该圆筒管内装有一个针翅管，该圆筒管与所述针翅管的基管同心，并通过过盈配合对相变蓄热材料进行封装。
所述外壳为由盖板、底板、左侧板、右侧板、前端板、后端板组成的矩形箱结构，在该矩形箱内按矩阵形排列有针翅管，所述针翅管的基管两头安装在前、后端板上，该前、后端板与盖板、底板、左侧板、右侧板一并对相变蓄热材料进行封装。
本实用新型所述的相变蓄热材料可以是高密度聚乙烯或RT110石蜡或赤藻糖醇等，具体材料及热物性参数详见表1
表1部分中温相变蓄热材料及热物性参数
  熔点/℃   相变潜热/kJ.k1g-1   导热系数/W.(m.℃)-1   密度/kg.m-3
  高密度聚乙烯   100~150   200
  CaBr2.4H2O   110
  Al2(SO4)2.16H2O   112
  RT110石蜡   112   213
  MgCl2.6H2O   117   158.6   0.57   1450
  赤藻糖醇   118   339.8   0.326   1300
  Mg(NO3)2.2H2O   130
  反式-1，4-聚丁二烯(TPB)   145   144
  68.1％KCl+31.9％ZnCl2   235   198
  NaNO3   307   172   0.5   2260
  KNO3   333   262   0.5   2110
  KOH   380   149.7   0.5   2044
  (38.5％MgCl2+61.5％NaCl   435   328   2480
  11.8％NaF+54.3％NaCl+26.6％LiF+7.3％MgF2   449   2160
  Na2CO3-BaCO3/MgO   500～850   415.4   5   2600
采用上述方案，可根据具体的应用要求设计不同的相变蓄热材料，通过对换热管翅片尺寸的优化，可使整个换热器在各种工况下达到最优状态。本实用新型采用了相变蓄热材料，很好地解决了太阳能或其它工业用能的间断性，保证了供能的连续性要求，避免了相关热力设备的过热，能够起到很好的保护效果。另外，三维整体翅片在管上布置较密，高度可达5～10mm左右，因而大大扩大了传热面积，具有10倍左右的扩展表面比，很好的解决了相变材料的传热问题，起到了很好的强化传热效果。并且由于针翅片是通过对基管切削加工制成，因此不存在任何接触热阻，翅肋效率高。此外，整体针翅管加工制造方便、成本低廉。
附图说明：
图1是本实用新型的第一种实施例的主视图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是本实用新型第二种实施例的主视图；
图4是图3的左视图；
图5是图3内部结构示意图；
图6是图4中针翅管1的截面图。
具体实施方式：
实施例1：请参见图1、图2，该实施例所述整体针翅管式相变蓄热、换热器，由外壳、针翅管和相变蓄热材料2组成，其中在外壳内装有针翅管，在外壳与针翅管之间填充有相变蓄热材料2。所述外壳为圆筒管4，在该圆筒管4内装有一个针翅管，该圆筒管4与所述针翅管的基管1同心，并通过过盈配合对相变蓄热材料2进行封装。所述针翅管上的针翅片3通过切削整体加工制成，该针翅片3按旋向一致的三维螺旋形分布在基管1表面，所述针翅片3与基管1切线夹角为60°～90°，针翅片3高度为5～10mm，针翅片3与基管1表面面积之间具有10倍左右的扩展表面比。
实施例2：请参见图3、图4、图5、图6，该实施例所述整体针翅管式相变蓄热、换热器，由外壳、针翅管和相变蓄热材料2组成，其中在外壳内装有针翅管，在外壳与针翅管之间填充有相变蓄热材料2。所述外壳为由盖板5、底板6、左侧板8、右侧板7、前端板9、后端板10组成的矩形箱结构，在该矩形箱内按矩阵形排列有针翅管，所装针翅管的个数可按热传递需要来定。所述针翅管的基管1两头安装在前、后端板9、10上，该前、后端板9、10与盖板5、底板6、左侧板8、右侧板7一并对相变蓄热材料2进行封装。所述针翅管上的针翅片3通过切削整体加工制成，该针翅片3按旋向一致的三维螺旋形分布在基管1表面，所述针翅片3与基管1切线夹角为60°～90°，针翅片3高度为5～10mm，具有10倍左右的扩展表面比。

Claims (3)

1.一种整体针翅管式相变蓄热、换热器，在外壳内装有针翅管，其特征在于：在外壳与针翅管之间填充有相变蓄热材料(2)，所述针翅管上的针翅片(3)通过切削整体加工制成，该针翅片(3)按旋向一致的三维螺旋形分布在基管(1)表面，所述针翅片(3)与基管(1)切线夹角为60°～90°，针翅片(3)高度为5～10mm。
2.根据权利要求1所述的整体针翅管式相变蓄热、换热器，其特征在于：所述外壳为圆筒管(4)，在该圆筒管(4)内装有一个针翅管，该圆筒管(4)与所述针翅管的基管(1)同心，并通过过盈配合对相变蓄热材料(2)进行封装。
3.根据权利要求1所述的整体针翅管式相变蓄热、换热器，其特征在于：所述外壳为由盖板(5)、底板(6)、左侧板(8)、右侧板(7)、前端板(9)、后端板(10)组成的矩形箱结构，在该矩形箱内按矩阵形排列有针翅管，所述针翅管的基管(1)两头安装在前、后端板(9、10)上，该前、后端板(9、10)与盖板(5)、底板(6)、左侧板(8)、右侧板(7)一并对相变蓄热材料(2)进行封装。
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