CN201540053U - 一种相变蓄热换热器 - Google Patents

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郭丽霞
曹向茹
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Abstract

本实用新型公开了一种相变蓄热换热器，包括换热器壳体、换热管，换热管以并联形式置于换热器壳体内，换热器壳体两端分别设有封头并设有流体的进口管和出口管，壳侧内设有扰流板以提高壳侧流体的扰动，强化该侧流体的换热。在蓄热换热器的换热管内充装相变蓄热材料，相变蓄热材料内添加碳纤维刷，利用碳纤维优良的导热性能，较强的耐腐蚀能力，提高蓄热效率和蓄热密度，使蓄热放热过程稳定高效的进行。本实用新型结构简单、传热效率高，具备蓄热、释热功能，该相变蓄热换热器可充分利用工业余热，进行高效率的废热回收利用。

Description

一种相变蓄热换热器
技术领域
本实用新型涉及一种能源存储与释放装置，尤其涉及一种相变蓄热换热器。
背景技术
随着经济的不断发展以及能源的大量消耗，节能已经成为全球关注的话题，太阳能、风能、地热能等可再生能源和工业余热、废热的利用已经成为各国研究开发的重点，然而这些能源都具有间断性和不稳定性的特点，所以，能量存储技术的研究就显得尤为重要。在现有的能源结构中，热能是最重要的能源形式之一。热能存储主要有显热蓄热、潜热蓄热和化学反应蓄热3种。潜热蓄热因其储能密度大，蓄热和放热过程近似等温过程，易于运行控制而成为主要的蓄热手段。潜热蓄热就是利用相变材料的熔化和凝固来有效地储存和释放大量热量，其设备体积小，热效率高。但是，由于一些相变材料本身存在导热系数低的缺点(如结晶水和盐类、石蜡和脂肪酸类相变材料等)，而且在释放潜热的固化阶段，相变界面会由表及里的移动，随着固化层的增加，热阻也逐渐增加，从而降低了相变材料的导热系数，在一定程度上制约了相变材料的实际应用。为了改善相变材料导热能力差的缺点，通常采取的措施是在相变材料中添加金属填料、石墨、在封装壁面上加肋片以及进行胶囊封装或将不同的相变材料进行组合等，由此来提高蓄热系统储、放热的速率，使相变材料得到更为广泛的应用。
虽然由于金属具有较高的导热系数，强化了蓄热系统的传热，但有的金属和一些相变材料不相容，从而限制了强化方法的实施。此外，金属的密度一般较高，导致蓄热系统的重量增大。所以从实际应用的角度出发，在对相变蓄热材料进行传热强化时，除考虑导热系数的提高外，还必须考虑与相变蓄热材料的相容性问题和蓄热密度的提高。
针对上述强化蓄热材料过程中的缺点和困难，本实用新型提供了一种利用碳纤维来强化蓄热过程的相变蓄热器。利用碳纤维的高导热性能来提高整个蓄热体系的传热效率。碳纤维具有很强的耐腐蚀能力，纤维直径很小，有利于在材料中均匀布置，且能与绝大多数相变材料相容。许多价格便宜的碳纤维具有和铝、铜一样高的导热系数，而且碳纤维的密度一般比那些常用于蓄热强化的金属密度低。由于碳纤维具有优良的物理和化学性能，使它成为优良的强化相变蓄热物质之一。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种相变蓄热换热器，在蓄热换热器的换热管内充装相变蓄热材料，相变蓄热材料内添加碳纤维刷，利用碳纤维优良的导热性能，较强的耐腐蚀能力，提高蓄热效率和蓄热密度，使蓄热放热过程稳定高效的进行。
本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
一种相变蓄热换热器，包括换热器壳体、换热管，所述的换热器壳体设有流体的进口管和出口管，壳侧内设有扰流板。所述换热管以并联形式置于换热器壳体内，换热管内充填相变蓄热材料，相变蓄热材料内置入碳纤维刷。
所述的相变蓄热材料为结晶水和盐类、石蜡、脂肪酸类等相变材料。
所述的碳纤维刷为直径10-20μm的碳纤维制成，碳纤维刷置入换热管内，碳纤维刷直径比换热管直径大5-8％，碳纤维刷的体积分数为5-7％。
所述的换热器外圈置有保温材料。
本发明具有显著的优点和积极的效果。
本实用新型结构简单易行，在相变蓄热材料内添加了碳纤维刷，使混合相变蓄热材料的有效导热系数增加2-4倍，加快了流体与相变蓄热材料间的换热，从而提高了系统的蓄热效率和蓄热密度，使蓄热放热过程稳定高效的进行。
附图说明
图1是本实用新型相变蓄热换热器的结构示意图。
图2是本实用新型相变蓄热换热器中碳纤维刷示意图。
图3是本实用新型相变蓄热换热管内填充有相变蓄热材料和碳纤维刷的示意图。
图中，1.1-流体进口管，2.1-封头，3-碳纤维刷，4-相变蓄热材料，5-换热管，6-扰流板，7-蓄热换热器壳体，1.2-流体出口管，2.2-封头，8-保温材料。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，实例仅为参考和说明之用，并非用来对本实用新型的应用范围加以限制。
如图1所示，一种相变蓄热换热器，包括换热器壳体7、换热管5，换热管5以并联形式置于换热器壳体内，换热器壳体7两端分别有封头2.1和封头2.2并设有流体的进口管1.1和流体出口管2.2，壳侧内设有扰流板6以提高壳侧流体的扰动，强化该侧流体的换热，换热器壳体外侧置有保温材料8。所述换热管5以并联形式置于换热器壳体7内，换热管内充填相变蓄热材料4，相变蓄热材料4内加入一定量的碳纤维刷3。碳纤维刷3的结构示意图如图2所示，换热管5内填充有相变蓄热材料4和碳纤维刷3的结构示意图如图3所示。
当高温热源流体(来自于太阳能、工业废热、余热等暂时不用的热，而且该流体的温度高于相变蓄热材料的相变温度)通过流体进口管1.1进入换热器壳侧内，热流体将热量传递给相变蓄热材料4，相变蓄热材料4由固态逐渐变为液态，使热能不断转化为潜热储存在相变蓄热材料内，释放了热量的流体经扰流板6从流体出口管2.2流出，经过一定时间后，固态相变蓄热材料完全转化为液态实现热量存储的最大化，停止热流体的进出。当用户需要热能时，使冷流体沿着与热流体同样的路线流动，此时冷流体通过相变蓄热换热器的壳侧时，相变蓄热材料由液态逐渐转变为固态释放存储的热量，对冷流体逐渐进行加热，当蓄热材料放出部分热量后，换热管内壁面的液体逐渐凝固，随着放热量的增加，相变蓄热材料由液态渐变为固态，待全部转变为固态后，不再释放热量，此时冷流体的温度升高到最高值，蓄热释热过程可循环重复使用，实现冷、热流体与固液相变蓄热材料之间的高效换热。
本实用新型未涉及部分及换热器的具体结构等均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种相变蓄热换热器，其特征在于，包括蓄热换热器壳体(7)、换热管(5)，所述蓄热换热器壳体(7)设有流体进口管(1.1)和流体出口管(1.2)，壳侧内设有扰流板(6)。所述换热管(5)以并联形式置于蓄热换热器壳体(7)内，换热管(5)内充填蓄热相变材料(4)，蓄热相变材料(4)内加入碳纤维刷(3)。
2.根据权利要求1所述的一种相变蓄热换热器，其特征在于，所述的蓄热相变材料(4)为结晶水和盐类、石蜡、脂肪酸类相变材料。
3.根据权利要求1所述的一种相变蓄热换热器，其特征在于，所述的碳纤维刷(3)为直径10-20μm的碳纤维制成，碳纤维刷直径比换热管(5)直径大5-8％，碳纤维刷的体积分数为5-7％。
4.根据权利要求1所述的一种相变蓄热换热器，其特征在于，所述的相变蓄热换热器外圈置有保温材料(8)。
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