CN201191144Y - 相变蓄能换热器 - Google Patents

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Abstract

一种相变蓄能换热器，壳程密闭容腔内有相变蓄能材料、热流体管程和冷流体管程，热流体输入管路和热流体输出管路连通热流体管程并位于密闭容器外，冷流体输入管路和冷流体输出管路连通冷流体管程并位于密闭容器外；壳程密闭容腔内还留有伸缩空间；密闭容器外具有保温隔热层和外壳体。该相变蓄能换热器既能蓄能又能即时换热，蓄能和换热不但可交替进行也可以同时进行。

Description

相变蓄能换热器
技术领域
本实用新型涉及一种蓄热式换热器和/或管壳式换热器。
背景技术
蓄热式换热器简称蓄热器，是内装固体填充物，用以贮蓄热量来进行蓄热式换热的一类换热设备。一般用耐火砖或金属带等制作成火格子。首先，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来；然后，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。
管壳式换热器又称列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。由壳体、传热管束、管板、折流板即挡板和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。最简单的单壳程单管程换热器，简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。
第一类的蓄热式换热器利用固体显热储蓄热量，蓄热和换热交替进行；第二类的管壳式换热器没有蓄热功能，换热时冷热流体通过管程间壁即时换热。
发明内容
针对上述设备的蓄能和换热需交替进行以及仅作热交换而无蓄能功能的应用局限性之缺点，本实用新型提供一种相变蓄能换热器，该相变蓄能换热器既能储蓄热量即蓄能，又能即时换热，蓄能和换热不但可交替进行也可以同时进行。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种相变蓄能换热器，相变蓄能材料置于密闭容器内，并有热流体管程和冷流体管程置于其中，热流体输入管路和热流体输出管路连通热流体管程并位于密闭容器外，冷流体输入管路和冷流体输出管路连通冷流体管程并位于密闭容器外。
密闭容器的壳程和置于其中的相变蓄能材料之间留有伸缩空间。
密闭容器外具有保温隔热层和外壳体。
热流体管程是金属圆管和/或波节管和/或异型管和/或容腔壳体，热流体管程是光管和/或带有肋筋和/或带有翅片，热流体管程的几何中心线是直线和/或螺旋线和/或往复线。
冷流体管程是金属圆管和/或波节管和/或异型管和/或容腔壳体，冷流体管程是光管和/或带有肋筋和/或带有翅片，冷流体管程的几何中心线是直线和/或螺旋线和/或往复线。
热流体管程是独根管和/或单个容腔壳体直接连接热流体输入管路和热流体输出管路。
冷流体管程是独根管和/或单个容腔壳体直接连接冷流体输入管路和冷流体输出管路。
热流体管程是多根管和/或多个容腔壳体汇集到一个容腔后连接热流体输入管路和热流体输出管路。
冷流体管程是多根管和/或多个容腔壳体汇集到一个容腔后连接冷流体输入管路和冷流体输出管路。
在密闭容器上安装有压力检测装置和/或温度检测装置和/或安全附件。
上述的热流体管程系指热流体流经换热器内的通道及与其相贯通的部分，冷流体管程系指被加热的冷流体流经换热器内的通道及与其相贯通的部分，密闭容器的壳程系指热流体管程和冷流体管程之外的密闭容器的容腔空间及与其相贯通的部分。
上述的相变蓄能材料是利用固态显热和固-液相变潜热来储蓄和释放热能的，例如可采用石蜡、晶体化合物等作相变蓄能材料；在加热或冷却或相变时材料的体积会发生膨胀或收缩，故密闭容器的壳程和置于其中的相变蓄能材料之间留有伸缩空间。
本实用新型的有益效果是，热流体首先对相变蓄能材料加热，热能可以储蓄在相变蓄能材料里，冷流体首先吸收相变蓄能材料储蓄的热能，而不依赖是否即时加热。由此特性可以实现冷热流体换热可以通过蓄能材料的蓄能来随时进行，加热功率和吸热功率可以不相等。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的原理结构示意图；
图2是第一个实施例的结构示意图；
图3是第二个实施例的结构示意图；
图4是第三个实施例的结构示意图；
图5是第四个实施例的结构示意图；
图6-1和图6-2分别是第五个实施例的竖直剖面示意图和水平剖面示意图；
图7是第六个实施例的结构示意图；
图8是第七个实施例的结构示意图；
图9是第八个实施例的结构示意图。
图中1.相变蓄能材料，2.密闭容器，3.热流体管程，4.冷流体管程，5.伸缩空间，6.保温隔热层，7.外壳体，8.压力检测装置，9.温度检测装置，10.安全附件；31.热流体输入管路，32.热流体输出管路，41.冷流体输入管路，42.冷流体输出管路。
具体实施方式
在图1中，相变蓄能材料(1)置于密闭容器(2)的壳程内，密闭容器(2)内的热流体管程(3)连通热流体输入管路(31)和热流体输出管路(32)，热流体输入管路(31)和热流体输出管路(32)位于密闭容器(2)外侧，密闭容器(2)内的冷流体管程(4)连通冷流体输入管路(41)和冷流体输出管路(42)，冷流体输入管路(41)和冷流体输出管路(42)位于密闭容器(2)外侧；在密闭容器(2)的壳体和热流体管程(3)及冷流体管程(4)形成的密闭容腔内，还预留了相变蓄能材料(1)热胀冷缩所需要的伸缩空间(5)。
热流体通过热流体输入管路(31)和热流体输出管路(32)而流经热流体管程(3)，同时把热量传递给相变蓄能材料(1)；冷流体通过冷流体输入管路(41)和冷流体输出管路(42)而流经冷流体管程(4)，同时吸收相变蓄能材料(1)的热量；相变蓄能材料(1)利用显热和/或潜热的方式吸收存储或释放热能。
在图2所示的第一个实施例中，在密闭容器(2)外附着隔热保温层(6)，隔热保温层(6)的外侧附有外壳体(7)；冷流体管程(4)采用了金属圆管、中心线呈螺旋线，从而增加了管程，热流体管程(3)内外可增加翅片或螺旋槽等强制换热措施来提高换热系数，也可以采用换热系数较高的波节管。
在图3所示的第二个实施例中，热流体管程(3)采用了左旋螺旋管，冷流体管程(4)采用了右旋螺旋管，左旋螺旋管的螺旋直径小于右旋螺旋管的螺旋直径，螺旋管中心线基本居中于密闭容器(2)内；热流体输入管路(31)和冷流体输出管路(42)同侧居于上方，热流体输出管路(32)和冷流体输入管路(41)同侧居于下方；在冷热流体管程内，热流体上进下出，冷流体下进上出。
在图4所示的第三个实施例中，热流体管程(3)采用了右旋螺旋管，冷流体管程(4)采用了左旋螺旋管，左旋螺旋管的螺旋直径等于右旋螺旋管的螺旋直径，两个螺旋管的中心线平行且基本等距离于密闭容器(2)的中心线；热流体输入管路(31)和热流体输出管路(32)同侧，冷流体输入管路(41)和冷流体输出管路(42)同侧；在冷热流体管程内，热流体上进下出，冷流体下进上出。
在图5所示的第四个实施例中，热流体管程(3)采用了右旋螺旋管，冷流体管程(4)采用了左旋螺旋管，左旋螺旋管的螺旋直径大于右旋螺旋管的螺旋直径，两个螺旋管的中心线基本上和密闭容器(2)的中心线重合；热流体输入管路(31)和热流体输出管路(32)同侧居于上方，冷流体输入管路(41)和冷流体输出管路(42)同侧居于下方；在冷热流体管程内，热流体在大部分热流体管程中是上进下出，冷流体在大部分冷流体管程中是下进上出。
在图6-1即实施例的竖直剖面图及图6-2即实施例的水平剖面图所示的第五个实施例中，热流体管程(3)采用了多管汇集后连通热流体输入管路(31)和热流体输出管路(32)的方式，冷流体管程(4)采用了右旋长圆形螺旋管，密闭容器(2)呈长圆筒状；热流体输入管路(31)和热流体输出管路(32)同侧，若考虑热流体管程(3)阻力均等也可以更改作对侧安装。
在图7所示的第六个实施例中，热流体管程(3)采用了一根管连通热流体输入管路(31)和热流体输出管路(32)并贯通多根管的方式，冷流体管程(4)采用了左旋螺旋管；热流体输入管路(31)和热流体输出管路(32)上下安装，热流体上进下出。
在图8所示的第七个实施例中，热流体管程(3)采用了多列管汇集贯通到上下密闭容腔，然后再从密闭容腔和热流体输入管路(31)和热流体输出管路(32)连通。
在图9所示的第八个实施例中，采用了多个独立的热流体管程(3)和多个独立的冷流体管程(4)的方式，并增加了压力检测装置(8)、温度检测装置(9)、安全附件(10)。

Claims (7)

1.一种相变蓄能换热器，其特征是：相变蓄能材料(1)置于密闭容器(2)内，并有热流体管程(3)和冷流体管程(4)置于其中，热流体输入管路(31)和热流体输出管路(32)连通热流体管程(3)并位于密闭容器(2)外，冷流体输入管路(41)和冷流体输出管路(42)连通冷流体管程(4)并位于密闭容器(2)外。
2.根据权利要求1所述的相变蓄能换热器，其特征是：密闭容器(2)的壳程和置于其中的相变蓄能材料(1)之间留有伸缩空间(5)。
3.根据权利要求1所述的相变蓄能换热器，其特征是：密闭容器(2)外具有保温隔热层(6)和外壳体(7)。
4.根据权利要求1、2或3所述的相变蓄能换热器，其特征是：热流体管程(3)和/或冷流体管程(4)是金属圆管和/或波节管和/或异型管和/或容腔壳体；热流体管程(3)和/或冷流体管程(4)是光管和/或带有肋筋和/或带有翅片；热流体管程(3)和/或冷流体管程(4)的中心线是直线和/或螺旋线和/或往复线。
5.根据权利要求1、2或3所述的相变蓄能换热器，其特征是：热流体管程(3)是独根管和/或单个容腔壳体直接连接热流体输入管路(31)和热流体输出管路(32)；冷流体管程(4)是独根管和/或单个容腔壳体直接连接冷流体输入管路(31)和冷流体输出管路(32)。
6.根据权利要求1、2或3所述的相变蓄能换热器，其特征是：热流体管程(3)是多根管和/或多个容腔壳体汇集到一个容腔后连接热流体输入管路(31)和热流体输出管路(32)；冷流体管程(4)是多根管和/或多个容腔壳体汇集到一个容腔后连接冷流体输入管路(31)和冷流体输出管路(32)。
7.根据权利要求1、2或3所述的相变蓄能换热器，其特征是：在密闭容器(2)上安装有压力检测装置(8)和/或温度检测装置(9)和/或安全附件(10)。
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