CN206944789U - 一种利用微通道强化直接接触换热的移动储热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用微通道强化直接接触换热的移动储热装置。该装置包括：储热器箱体、换热工质进口管和出口管以及微通道发生装置。所述微通道发生装置包括了树形进口管装置、多孔进口管装置和电加热丝装置。通过上述三种微通道发生装置的作用，在储热器内部不同位置形成了微通道，可解决固态相变材料阻碍换热工质在储热器内部正常流动的问题，强化储热器内部换热工质与相变材料间的对流换热，大幅提高储热器的储热效率，推动移动储能技术的大规模应用。

Description

一种利用微通道强化直接接触换热的移动储热装置

技术领域

本发明涉及一种利用微通道强化直接接触换热的移动储热装置，通过在现有的移动储热装置内部设置树形进口管、多孔进口管和电加热丝，在储热器内部不同位置形成了微通道，解决了现有移动储热装置内部固态储热材料对换热工质的流动阻碍问题，强化了储热器内部的对流换热，缩短了储热时间，提高了储热效率。

背景技术

目前，工业能耗在我国能源消费构成中占据着主导地位。这其中，有大量的工业余热、废热被浪费掉，未得到及时回收和再利用，降低了工业部门的能源利用效率。另一方面，由于供热管网敷设的建设周期较长、投资较大，新型城镇化区域的供热滞后现象和无供热管网连接情况已经成为制约其发展的一个重要问题。

移动储热技术将装载储热材料的移动储热器运输到余热源处储存热量，由汽车等交通工具将储热器运输到用户处，再将储热器内的热量释放到用户处的用热系统中，既实现了余热、废热的二次利用又可以满足用户的用热需求。

基于直接接触换热的移动储热器通过储热材料和换热工质间的直接接触式对流换热，强化了储热器内部的换热强度，可实现热量的快速存储与释放。目前，现有直接接触储热器将换热工质进口管设计在储热器内底部的储热材料装载区域。虽然，该设计更方便实现储热器内的换热流动过程，但是储热材料凝固放热后会以固态形式沉积在储热器底部，堵塞了位于储热器底部的换热工质进口，使得换热工质不能在储热器内部正常流动，减弱了对流换热程度，增加了储热时间，降低了储热效率，制约了直接接触换热移动储热技术的高效应用。

发明内容

基于上述现有移动储热器所存在的问题，本发明提出一种利用微通道强化直接接触换热的移动储热装置。

为了有效地解决上述技术问题，本发明一种利用微通道强化直接接触换热的移动储热装置，包括：

储热器箱体、换热工质进口管和出口管以及微通道发生装置。

本发明所述储热器箱体为金属材质，封闭内腔可实现储热材料和换热工质的装载。箱体外表面安装有岩棉等保温材料。

本发明所述换热工质进口管和出口管为金属材质，沿管长方向等间距设置孔口，使得换热工质可以通过孔口流入和流出储热器。换热工质进口管水平安装在储热器箱体内的下部，进口管上的孔口向下设置。换热工质出口管水平安装在储热器箱体内的上部，出口管上的孔口向上设置。

本发明所述的微通道发生装置包括：树形进口管装置、多孔进口管装置和电加热丝装置。

所述树形进口管装置，含有安装在储热器底部的水平进口管、垂直管段和倾斜支管段。所述水平进口管安装在储热器箱体内的底部，连接储热器外侧的换热工质循环管路。换热工质经由水平进口管流入储热器；所述垂直管段等间距连接在水平进口管的上部，水平进口管内的换热工质流入垂直管段内；所述倾斜支管段与垂直管段呈30°或60°角度连接在垂直管段上，每根倾斜支管段上设置向外开设的孔口。

所述多孔进口管装置，含有安装在储热器箱体底部的多根水平多孔进口管。在每根多孔进口管底部等间距开设孔口。

所述电加热丝装置垂直安装在储热器箱体内部，与储热器箱体底部密封连接，并将控制电缆设置在储热器外。多根电加热丝分别沿换热工质进口管的长度方向排列。每根电加热丝均在垂直方向穿过换热工质进口管的孔口。电加热丝与换热工质进口管孔口不做密封处理，与换热工质进口管上部连接处做密封处理。

上述的微通道发生装置，其特征在于：在储热器长度方向等间距排列微通道发生装置，可以在发生装置的设定位置产生直径范围为1-10mm左右的微通道，有利于解决现有储热器内的流动堵塞问题，在储热器内实现均匀的储放热效果。树形进口管装置在储热器水平和高度方向的不同位置都设有换热工质的流动孔口，可实现多位置微通道的同时发生，形成了多个对流换热过程；多孔进口管装置在储热器内的底部设有水平方向多组孔口，可实现垂直方向上的多组微通道发生，并且对储热器内部结构影响较小，适合多类型的储热器应用；电加热丝装置安装在换热工质进口孔的垂直方向，可在进口孔正上方形成多组微通道，并且可以控制微通道的尺寸，实现储放热的快速进行。

与现有移动储热器相比，本发明的有益效果是：

(1)解决了现有直接接触换热移动储热器在储热过程中的换热工质堵塞问题，进一步强化了储热器内的对流换热，缩短了储热时间，提高了储热效率。

(2)该微通道发热装置具有三种具体措施，可以根据不同类型和结构的移动储热器进行灵活设计，最大限度地实现微通道技术的应用。

附图说明

图1为本发明安装有树形进口管装置的储热器内部结构示意图1。

图2为本发明安装有树形进口管装置的储热器内部结构示意图2。

图3为本发明安装有树形进口管装置的储热器内部结构示意图3。

图4为本发明安装有树形进口管装置的储热器剖面图1。

图5为本发明安装有树形进口管装置的储热器剖面图2。

图6为本发明安装有多孔进口管装置的储热器结构示意图。

图7为本发明安装有多孔进口管装置的储热器剖面图1。

图8为本发明安装有多孔进口管装置的储热器剖面图2。

图9为本发明安装有电加热丝装置的储热器结构示意图。

图10为本发明安装有电加热丝装置结构剖面图1。

图11为本发明安装有电加热丝装置结构剖面图2。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1～11所示，本发明由储热器箱体H、换热工质进口管A1、出口管A2、和微通道发生装置(树形进口管装置(包括垂直管段B1-B10和倾斜支管段C1-C40)和多孔进口管装置F1-F4以及电加热丝装置G1-G20)组成。

如图1～5所示，所述安装有树形进口管微通道发生装置的储热器，其实施方式为：

储热器H

底部设置两排换热工质的树形进口管。在水平进口管A1和A2上沿管长方向等间距连接垂直管段B1-B10，每根垂直管段上以一定角度(与垂直管段呈30°或60°角度)安装四根倾斜支管段，

倾斜支管段C1-C40上设置换热工质流动孔口D。储热过程中，换热工质由树形进口管进入储热器H，流经树形进口管时加热管壁，并将热量由管壁传递到管壁附近的相变材料，使得管壁附近的相变材料融化，在树形管附近形成微通道。换热工质进入储热器H底部后，通过微通道向储热器顶部的出口管E流动，在此过程中与相变材料发生对流换热，存储及释放热量。

如图6～8所示，所述安装有多孔进口管微通道发生装置的储热器，其实施方式为：

储热器H底部设置换热工质的水平进口管F1-F4。在每根进口管上沿管长方向布置有多个换热工质流动孔口D。放热过程中，换热工质由进口管F1-F4流入储热器H，在水平方向上沿着进口管上的不同孔口D流进储热器H内。由于同一水平面上的进口孔数较多，在相变材料凝固过程中会形成较多缝隙，形成了较多的微通道。储热过程中，换热工质自水平进口管上的孔口D流入储热器H底部，并通过之前形成的微通道与相变材料发生对流换热，实现热量的快速存储及释放，之后经储热器H顶部的出口管E流出。

如图9～11所示，所述安装有电加热丝微通道发生装置的储热器，其实施方式为：

在穿过换热工质进口管每个孔口D的垂直方向上安装电加热丝装置G1-G20。储热过程中，首先进行电加热丝装置G1-G20的运行操作，待电加热丝周围的相变材料融化并形成微通道后打开换热工质循环泵，关闭电加热丝装置G1-G20。换热工质由进口管孔口D流入储热器H底部，沿着形成的微通道向储热器H顶部的出口管E流动，并在此过程中与相变材料发生对流换热，实现热量的存储与释放。

综上，利用树形进口管装置、多孔进口管装置和电加热丝装置可以在移动储热器内部不同位置形成微通道，解决了现有直接接触换热储热器内固态相变材料对换热工质的流动阻碍问题，强化了储热器内部的对流换热，可大幅提高储热效率。

本发明所述移动储热器与现有移动储热器相比，分别设置了树形进口管、增加了水平进口管及孔口、在进口管孔口上设计了电加热丝装置。通过上述措施，在储热过程初期为换热工质的流动创造了微通道，同时不影响储热器内正常的运行操作。

本发明所述换热工质一般采用高温导热油。另外，也可以使用熔融盐或是水作为换热工质。

本发明所述相变材料主要是在储放热过程中发生相变凝固和融化的材料，既可以是有机类的相变材料，也可以是无机类的相变材料。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形和组合，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种利用微通道强化直接接触换热的移动储热装置，其特征在于，包括：

具有封闭内腔的金属储热器箱体、换热工质进口管和出口管以及分别安装有树形进口管、多孔进口管和电加热丝的微通道发生装置；

所述安装有树形进口管的微通道发生装置由多根沿储热器箱体长度方向排列的树形进口管等间距并列组成，每根树形进口管由垂直管段和连接在垂直管段上的倾斜支管段组成，树形进口管底部连接在储热器内底部的换热工质进口管上；

所述安装有多孔进口管的微通道发生装置由多根沿储热器箱体长度方向布置的多孔进口管组成，多根多孔进口管沿储热器箱体宽度方向等间距排列，每根多孔进口管竖直方向下部开设多个孔口；

所述安装有电加热丝的微通道发生装置由多根沿储热器箱体长度方向排列的电加热丝等间距并列组成，每根电加热丝垂直安装在储热器箱体底部，穿过储热器箱体底部壁面时做密封处理，位于储热器箱体外侧一端连接电源，位于储热器箱体内侧的电加热丝沿垂直方向穿过换热工质进口管上的孔口。

2.根据权利要求1所述的一种利用微通道强化直接接触换热的移动储热装置，其特征在于，所述的储热器箱体内部采用换热工质与相变材料直接接触的对流换热方式。

3.根据权利要求1所述的一种利用微通道强化直接接触换热的移动储热装置，其特征在于，所述的换热工质进口管和出口管沿管长方向等间距设置孔口，换热工质进口管上的孔口设置在管底部，开口向下，换热工质出口管上的孔口设置在管顶部，开口向上。

4.根据权利要求1所述的一种利用微通道强化直接接触换热的移动储热装置，其特征在于，所述的安装有树形进口管的微通道发生装置由两根水平进口管、连接在水平进口管上的十根垂直管段和连接在垂直管段上的四十根倾斜支管段组成，垂直管段等间距连接在两根水平进口管上，倾斜支管段与垂直管段呈30°或60°角连接在垂直管段上，倾斜支管段上等间距设置了换热工质流动孔口。

5.根据权利要求1所述的一种利用微通道强化直接接触换热的移动储热装置，其特征在于，所述的安装有多孔进口管的微通道发生装置由四根水平进口管组成，每根进口管的底部开设有向下的换热工质流动孔口。

6.根据权利要求1所述的一种利用微通道强化直接接触换热的移动储热装置，其特征在于，所述的安装有电加热丝的微通道发生装置由二十根安装在储热器箱体底部的电加热丝组成，每根电加热丝在垂直方向上穿过水平进口管上的孔口，电加热丝与换热工质进口管孔口不做密封处理，与换热工质进口管上部连接处做密封处理，电加热丝的安装高度为储热器内相变材料的装载高度。

7.根据权利要求1所述的一种利用微通道强化直接接触换热的移动储热装置，其特征在于，所述的换热工质选择导热油、熔融盐、水以及纳米流体中的一种。