CN208296658U - 一种温度梯度储能换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种温度梯度储能换热器，包括前夹板、后夹板、依次密封地叠加在所述前夹板、后夹板之间形成流体通道的至少两组板块，所述的前夹板、后夹板和板块四角均对应设置有圆形流体通孔，每组所述板块内填充设置有相同的相变材料，不同组的板块内的相变材料的相变温度沿热流体流动方向依次递减。本实用新型充分发挥板式换热器传热系数高、占地面积小、重量轻、制作方便等优势，结合相变材料储热量大、绿色环保、选择多样等特点，实现提高能源利用效率的目的。冷热流体独立流道的设计提高了操作适用性，具有储能密度大，操作方便，适应性强等优点，可应用于太阳能集热器、热泵集热器、工业余热回收等领域。

Description

一种温度梯度储能换热器

技术领域

本实用新型涉及一种温度梯度储能换热器，用于热能的储存及利用，属于节能环保领域。

背景技术

工业革命以来随着经济社会的高速发展，人类面临着的能源挑战日益严峻。相变材料是指随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质，是一种行之有效的提高能量利用效率的方法。板式换热器作为一种常见换热装置普遍应用于各种场合，将二者有机结合将对能源的高效利用起到至关重要的作用。

目前市面上尚无温度梯度的储能换热器，查阅相关资料，如专利号CN206755314《储能式蒸汽及热水系统》提供了一种方式，设计了螺旋管盘式储能蒸发器用于供暖，优点是螺旋管盘式换热器换热面积大，热效率相对较高，同时利用了相变材料的储热特性，起到了移峰填谷的作用，具有一定的应用前景；缺点是结构相对简单，相变材料填充量小，储热密度低。专利号CN206113738《一种储热板和储热器》提供了一种方式，用两个金属板将相变材料封装形成储热板，多个储热板堆叠形成储热器，优点是结构简单储热量大，缺点是光滑金属板换热效率低，而且也没有考虑到相变材料在相转变时所产生的体积变化，具有一定的生产安全隐患。

因此如何克服现有技术中换热效率低、储热量小的技术缺陷，成为一个亟待解决的问题。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种储能密度大，操作方便，适应性强的温度梯度储能换热器。

本实用新型通过如下技术方案实现：

一种温度梯度储能换热器，包括前夹板、后夹板、依次密封地叠加在所述前夹板、后夹板之间形成流体通道的至少两组板块，所述的前夹板、后夹板和板块四角均对应设置有圆形流体通孔，每组所述板块内填充设置有相同的相变材料，不同组的板块内的相变材料的相变温度沿热流体流动方向依次递减。

进一步地，所述的板块主要有两板片与框架合围而成，内部形成空腔用于储存相变材料，所述框架顶部设置有用于加注相变材料的带盖注料口，所述带盖注料口的盖子上预留有气体接口，所述气体接口通过接管将相变材料体积变化时排出或吸入的气体连接至缓冲装置。

进一步地，所述的相变材料为有机相变材料、无机相变材料或复合相变材料。

进一步地，所述板片上预装有当板块被夹紧时贴附于两板块之间起密封作用的垫圈。

进一步地，所述垫圈的材料为橡胶、纤维或石墨。

进一步地，所述板片采用沟道板、凹凸版或波纹板，相邻两板块的板片的表面条纹及垫圈形状相反，以隔离出不同流体流道。

进一步地，所述板块的材料采用不锈钢、铜合金、石墨或铝合金。

进一步地，所述板块四角的流体通孔内预装有控制流体方向的阀门。

进一步地，所述前夹板、后夹板、板块的外壁设置有保温棉或保温纤维。

进一步地，所述前夹板、后夹板上下端之间分别固定设置有上导杆和下导杆，所述前夹板、后夹板和板块之间通过多根紧固螺栓夹紧连接。

相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1)设计了一种新型温度梯度除能换热器，形成集储能与换热功能于一体的储能换热器，在充分发挥板式换热器换热效率高、结构紧凑、占地面积小等优势的基础上结合相变储能材料焓值高、选择多样等特质极大的提高了系统储热能力，可以有效解决能源分布时间和空间上不均匀的问题，可以广泛应用于各种领域，如工业废热回收等。

2)板块的外波纹根据使用条件可以选择沟道板、凹凸版、波纹板等类型，换热速度快、热损失小、热效率高，可以应用于绝大部分工况，且生产工艺成熟，经济合理。

3)相变储能材料填充于板块结构内部，空间利用率高结构紧凑，板块外部的波纹保证了较大的比表面积，换热效果好。由于板块较薄，也克服了相变材料普遍存在的热导率低的缺点。

4)相变材料的选择以温度区分呈梯度变化关系，提高了能源回收利用率。

5)板块上预留有开口，相变材料更换难度小，操作便捷易于维护。

6)在板块内部预留了相变材料体积改变所需的空间，同时开口上预留了与缓冲装置连接的管口，保障了装置的运行安全性和稳定性。

7)双流道设计似的系统可以同时进行蓄热放热操作，不仅可以应用于间断式热源的储存也可以直接应用于连续性热源的回收，如工业废热回收等，操作弹性大。

8)可以根据应用情况选择冷热流体的流动方式，如串连、并联或混联等。

附图说明

图1为本实用新型实施例的爆炸示意图。

图2为本实用新型换热流程的并联流动方式示意图。

图3为本实用新型换热流程的串联流动方式示意图。

图4为本实用新型换热流程的混联流动方式示意图。

图5为本实用新型换热流程的另一混联流动方式示意图。

图6为本实用新型实施例的后夹板结构示意图。

图7为本实用新型实施例的板块结构示意图。

图中：1-前夹板；2-热流体入口；3-冷流体出口；4-板块；5-上导杆；6-下导杆；7-后夹板；8-紧固螺栓；9-冷流体入口；10-热流体出口；11-带盖注料口；12-垫圈；13-板片；14-框架；15-流体流道；16-第一排气孔、17-第一排污口、18-第二排气孔；19-第二排污口。

具体实施方式

下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

实施例

如图1和图6所示，一种温度梯度储能换热器，包括前夹板1、后夹板7、依次密封地叠加在所述前夹板1、后夹板7之间形成流体通道的至少两组板块4，所述前夹板1、后夹板7上下端之间分别固定设置有上导杆5和下导杆6，所述前夹板1、后夹板7和板块4之间通过多根紧固螺栓8夹紧连接。所述的前夹板1的四角设置有圆形热流体入口2、冷流体出口3、第一排气孔16、第一排污口17，所述后夹板7四角设置有圆形冷流体入口9、热流体出口10、第二排气孔18、第一排污口19，所述板块4四角对应设置有圆形流体流道15，每组所述板块4内填充设置有相同的相变材料作为储热介质，不同组的板块4内的相变材料的相变温度沿热流体流动方向依次递减，板块4两侧均与流体接触，有效增加了储热密度和换热效率。

作为一种优先地选择方案，如图7所示，所述的板块4主要有两板片13与框架14合围而成，内部形成空腔用于储存相变材料，所述框架14顶部设置有用于加注相变材料的带盖注料口11，加注时应先将相变材料加热至熔化状态，后加压注入。所述带盖注料口11的盖子上预留有气体接口，所述气体接口通过接管将相变材料体积变化时排出或吸入的气体连接至缓冲装置。通过相变材料和板片13的结合提高了板块4的储热密度和换热性能。

作为一种优先地选择方案所述的相变材料可以是有机物如石蜡等、无机物如水合盐等、相变乳液如石蜡/水乳液等、相变材料/基体如石蜡/膨胀石墨复合相变材料等。

作为一种优先地选择方案，所述板片13上预装有当板块被夹紧时贴附于两板块之间起密封作用垫圈12，板片13上的垫圈12与相邻板块4、前夹板1、后夹板7紧密接触，固定出流体流道。

作为一种优先地选择方案，所述垫圈12的材料为橡胶、纤维或石墨。

作为一种优先地选择方案，所述板片13采用沟道板、凹凸版或波纹板，以提高板块的传热性能。相邻两板块4的板片13的表面条纹及垫圈12形状相反，以隔离出不同流体流道。

作为一种优先地选择方案，所述板块4的材料采用不锈钢、铜合金、石墨或铝合金。

作为一种优先地选择方案，所述板块4四角的流体通孔即流体流道15内预装有控制流体方向的阀门，流体在流道内的流动方式可以通过调节预装在流体流道15内的阀门进行控制，流动方式可以是如图2所示的并联模式、或如图3所示的串联模式。当换热效果不理想时可以通过控制预置于流体流道15内的阀门改变流体流动方式，如图4和图5所示的串联并联结合后的混联模式，以增加流程，延长流体在换热器内的停留时间，强化换热效果，不过相应的也会增大压降。

每一组板块4形成一个换热单元，流体在同一换热单元内的各板块间流动时使用并联的方式，在不同换热单元间使用串连的流动方式，以强化传热效果。

作为一种优先地选择方案，所述前夹板1、后夹板7、板块4的外壁设置有保温棉或保温纤维，防止温度向外扩散。

如图1所示，流体流动方式并联模式，图中深色箭头表示热流体流动方向，浅色箭头表示冷流体流动方向，热流体从热流体入口2进入换热器，分配于各相应流道，经过与相邻的两板块4换热后汇聚于对角的流道中，最后从后夹板7的热流体出口10流出，完成热流体流动。冷流体的流动方式与热流体相似，从冷流体入口9进入换热器，分配于各相应流道，经过与相邻的两板块4换热后汇聚于对角的流道中，最后从冷流体出口3流出，完成冷流体流动。

上述实施例的每组板块4内填充一种相变材料，板块4的数量可以根据需求进行调整。各种相变材料的区别主要在于相变温度，填充了相同相变材料的一组板块4为一组换热单元，照热流体流动方向换热单元的相变温度逐渐降低，如第一换热单元为90℃、第二换热单元为80℃、第三换热单元为70℃，或第一换热单元为80℃、第二换热单元为70℃、第三换热单元为60℃等。板块（4）两侧分别为冷流体和热流体，即板块同时与冷热流体接触，因此根据使用情况可以进行蓄热、放热或直接换热，使蓄热、换热有机结合为一体。

上述实施例的工作原理是：

当热流体流经流道时将热量传递至相变材料中，相变材料吸热，吸收的热量由显热和潜热两种方式进行储存，相变材料发生的变化主要包括三部分，首先是升温至相变温度附近，即显热储热；然后发生相转变，由固相转变为液相，即潜热储热；最后继续升温，直至与热流体温度相同，即显热储热。当冷流体流经流道时，热量从相变材料传递至冷流体中，相变材料放热，过程与吸热类似，也包括显热和潜热两种方式。上述过程可以同时进行也可以单独进行。

上述实施例提供的温度梯度储能换热器在板式换热器的基础上进行设计，充分发挥板式换热器传热系数高、占地面积小、重量轻、制作方便等优势，克服了目前储热换热器换热效率低、储热量小的技术缺陷，结合相变材料储热量大、绿色环保、选择多样等特点，可同时与冷热流体进行换热，形成集储热与换热于一体的稳定储热换热系统，实现提高能源利用效率的目的。通过大量高焓值的具有不同相变温度的相变材料提高了能量利用效率，可以应用于太阳能集热器、热泵集热器、工业余热回收等领域。冷热流体独立流道的设计提高了操作适用性。系统具有储能密度大，操作方便，适应性强等优点。

本实用新型在板式换热器的基础上进行设计，充分发挥板式换热器传热系数高、占地面积小、重量轻、制作方便等优势，结合相变材料储热量大、绿色环保、选择多样等特点，实现提高能源利用效率的目的。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温度梯度储能换热器，其特征在于：包括前夹板(1)、后夹板(7)、依次密封地叠加在所述前夹板(1)、后夹板(7)之间形成流体通道的至少两组板块(4)，所述的前夹板(1)、后夹板(7)和板块(4)四角均对应设置有圆形流体通孔，每组所述板块(4)内填充设置有相同的相变材料，不同组的板块(4)内的相变材料的相变温度沿热流体流动方向依次递减。

2.根据权利要求1所述的温度梯度储能换热器，其特征在于：所述的板块(4)主要有两板片(13)与框架(14)合围而成，内部形成空腔用于储存相变材料，所述框架(14)顶部设置有用于加注相变材料的带盖注料口(11)，所述带盖注料口(11)的盖子上预留有气体接口，所述气体接口通过接管将相变材料体积变化时排出或吸入的气体连接至缓冲装置。

3.根据权利要求1所述的温度梯度储能换热器，其特征在于：所述的相变材料为有机相变材料、无机相变材料或复合相变材料。

4.根据权利要求2所述的温度梯度储能换热器，其特征在于：所述板片(13)上预装有当板块被夹紧时贴附于两板块之间起密封作用的垫圈(12)。

5.根据权利要求4所述的温度梯度储能换热器，其特征在于：所述垫圈(12)的材料为橡胶、纤维或石墨。

6.根据权利要求4所述的温度梯度储能换热器，其特征在于：所述板片(13)采用沟道板、凹凸版或波纹板，相邻两板块(4)的板片(13)的表面条纹及垫圈(12)形状相反。

7.根据权利要求1所述的温度梯度储能换热器，其特征在于：所述板块(4)的材料采用不锈钢、铜合金、石墨或铝合金。

8.根据权利要求1所述的温度梯度储能换热器，其特征在于：所述板块(4)四角的流体通孔内预装有控制流体方向的阀门。

9.根据权利要求1所述的温度梯度储能换热器，其特征在于：所述前夹板(1)、后夹板(7)、板块(4)的外壁设置有保温棉或保温纤维。

10.根据权利要求1所述的温度梯度储能换热器，其特征在于：所述前夹板(1)、后夹板(7)上下端之间分别固定设置有上导杆(5)和下导杆(6)，所述前夹板(1)、后夹板(7)和板块(4)之间通过多根紧固螺栓(8)夹紧连接。