CN210425216U - 一种电热型相变蓄热换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电热型相变蓄热换热器，包括壳体、蓄热材料棒管排和电热管；壳体内部充满循环水，顶面一端设有进水管，顶面另一端设有出水管；蓄热材料棒管排主要由水平间隔布置在壳体内的多个蓄热材料棒构成；蓄热材料棒内填充有相变材料；电热管从壳体底部插入壳体内，对循环水直接加热；循环水通过蓄热材料棒与相变材料进行热交换。本实用新型可利用弃风电量为风电场周边区域供暖，实现降低弃风率、提高新能源利用率的目的，具有传热性能好、电热转化率高、不增加额外耗电、且可实现同时蓄放热的优点。

Description

一种电热型相变蓄热换热器

技术领域

本实用新型涉及一种电热型相变蓄热换热器，利用电作为加热能源，水为传热介质，并采用相变蓄热材料进行蓄热的蓄热换热器。该装置可利用弃风电、太阳能光伏发电、低谷电等廉价电为发电场周边区域供暖，实现提高电能利用率，降低供热成本的目的。

背景技术

虽然我国是世界能源消费大国，但能源利用效率水平较低。其中风力发电弃风率高，超过合理区间，造成巨大的资源浪费，反映了行业管理效率和风电利用技术水平有待提高。风电清洁供暖对提高北方风能资源丰富地区消纳风电能力、缓解北方地区冬季供暖期电力负荷低谷时段风电并网运行困难、促进城镇能源利用清洁化、减少化石能源低效燃烧带来的环境污染、改善北方地区冬季大气环境质量意义重大。

目前风电供热的技术途径按是否可蓄热可以分为非蓄热供热和蓄热供热两大类。前者主要是依靠电锅炉和热泵来加热水，热水直接对外供热。后者主要是依靠电热元件加热蓄热材料，由蓄热材料对外供热。电蓄热系统中最重要的是电蓄热换热器，目前电蓄热换热器主要有直接加热式和间接加热式两种。

如图6所示，直接加热式电蓄热换热器是将电加热片插入蓄热材料中，直接加热蓄热材料，蓄热材料再将热量传导给加热水管中的水。这种蓄热器的优点是结构简单，无额外功，缺点是由于蓄热材料导热性差，导致传热效率低，电热片的电热转换率低。

如图7所示，间接加热式电蓄热换热器分为蓄热工况和供热工况。蓄热时，电加热片加热循环水槽中的水，然后由水泵将热水送入加热水管，将热量传导给蓄热材料。供热时，蓄热材料通过加热水管将热量传递水。蓄热工况和供热工况由三通阀来控制。这种蓄热器的优点是电热片将热量传递水，因为水的导热系数大，散热良好，电热片的电热转化效率很高。而且加热水管的换热表面积可以增加很多，不受电热片自身结构限制，大大增加整体换热效率。缺点是由于使用循环水泵，增加额外电功功耗，而且蓄热和供热不能同时进行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种传热性能好、电热转化率高、不增加额外耗电、且可实现同时蓄放热的电热型相变蓄热换热器。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种电热型相变蓄热换热器，包括壳体、蓄热材料棒管排和电热管；壳体内部充满循环水，顶面一端设有进水管，顶面另一端设有出水管；蓄热材料棒管排主要由水平间隔布置在壳体内的多个蓄热材料棒构成；蓄热材料棒内填充有相变材料；电热管从壳体底部插入壳体内，对循环水直接加热；循环水通过蓄热材料棒与相变材料进行热交换。

作为本实用新型的一种改进，所述的壳体内部还间隔设置有多个折流管板，各折流管板上均设有供蓄热材料棒穿过的管孔。折流管板的设计，可加大循环水的流程和扰动，提高整体换热效率。

作为本实用新型的一种改进，所述的蓄热材料棒上间隔设置有多个供循环水流动的通孔，通孔轴线与蓄热材料棒轴线垂直相交。通孔的设计，可增加蓄热材料棒的换热表面积，循环水自下而上流过通孔时，可加对快蓄热材料棒内相变材料的传热，增大传热系数。

作为本实用新型的一种改进，所述的电热管采用PTC热敏电阻。PTC热敏电阻的表面发热温度可以在电压波动时保证一定的稳定性，从而可以适应风电不稳定发电的特性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、电热管从壳体底部插入壳体内，直接与水换热，不与蓄热材料换热，这样做有两个好处：①因为水的导热系数高，可以将电热管的电热转换率提高到99％，远大于电热管直接与相变材料换热时的电热转换率；②水在壳体内自然对流换热，不需要外加驱动力，省去水泵，同时对流换热系数也大于相变蓄热材料内部的导热系数。

2、借鉴管壳式换热器的设计，在壳体内部增加折流板，加大循环水的流程和扰动，提高整体换热效率。

3、蓄热材料棒上开有通孔，蓄热材料棒固定后，通孔轴线竖直，通过热水向上流动的自然循环，使热水自下而上流过圆孔内部，加快蓄热材料内部的传热，增大传热系数。

附图说明

图1为本实用新型的电热型相变蓄热换热器的正面剖视图；

图2为图1去掉蓄热材料棒管排的示意图，以清楚显示折流管板的布置；

图3为图1中A-A向剖视图；

图4为本实用新型的蓄热材料棒的俯视图；

图5为图4中B-B向剖视图；

图6为现有技术的直接加热式电蓄热换热器的工作原理图；

图7为现有技术的间接加热式电蓄热换热器的工作原理图；

附图标记说明：1-出水管；2-壳体；3-折流管板；4-进水管；5-法兰板；6-封板；7-管板；8-蓄热材料棒；9-电热管；10-通孔。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1至图3所示，本实施例的一种电热型相变蓄热换热器，包括出水管1、壳体2、折流管板3、进水管4、法兰板5、封板6、管板7、蓄热材料棒8和电热管9。

壳体2呈圆柱形，管板7焊接在壳体2的两个端面，构成一封闭的空腔。出水管1和进水管4分别布置在壳体2顶部，并与壳体2内部相通，使得循环水始终充满壳体2内部。折流管板3按一定距离间隔焊接在壳体2内，用以加大循环水的流程和扰动，提高整体换热效率。蓄热材料棒8为两端封闭的圆柱管，采用具有良好导热性能的材质制成，例如圆钢管制成，内部填充有相变材料。相变材料与循环水通过蓄热材料棒8进行热交换。管板7和折流管板3上均设有供蓄热材料棒8穿过的管孔，蓄热材料棒8为多个，分别插入在两端的管板7及折流管板3的管孔中，组成蓄热材料棒管排，成为本申请的蓄热换热器的主要蓄放热部件。蓄热材料棒8之间留有一定的空隙，供循环水流通，同时，蓄热材料棒8与管板7需密封连接，防止循环水漏出。法兰板5焊接在壳体2的两个端面，封板6通过紧固螺钉固定在法兰板5上。当需要安装或拆卸蓄热材料棒8时，可以拧开紧固螺钉，拆掉封板6，便可从两端管板7插入或抽出蓄热材料棒8。电热管9间隔设置，从壳体2底部竖直插入壳体2内直接与循环水接触，并靠外螺纹拧紧，用橡胶垫片保证不漏水。电源线在壳体2外，并连接在电源上。优选的，电热管9采用PTC热敏电阻，其表面发热温度可以在电压波动时保证一定的稳定性，从而可以适应风电不稳定发电的特性。

为了加快相变材料与循环水的换热速度，如图4和图5所示，在蓄热材料棒8上沿长度方向间隔设置有多个供循环水流动的通孔10，通孔10的轴线与蓄热材料棒8的轴线垂直相交，当蓄热材料棒8固定后，通孔10轴线竖直，通过热水向上流动的自然循环，使热水自下而上流过圆孔内部，加快蓄热材料内部的传热，增大传热系数。

本实施例的电热型相变蓄热换热器的工作过程如下：

蓄热时，连接在进出水管管口的阀门关闭。电热管9通电，电热管9表面发热，产生热量并传递给壳体2内的水。水受热后向上流动，产生自然循环。水在循环时将热量传递给蓄热材料棒8。蓄热材料棒8内的相变材料受热升温，达到相变温度后发生固-液相变，并吸收大量相变潜热，直到相变结束，材料全部变为液态，蓄热过程结束。

放热时，打开连接在进出水管管口的阀门。壳体2内的热水在外部水泵驱动下流出，成为供热热源，与供暖水在供热换热器中完成换热。降温后的热水循环流入壳体2内，并与蓄热材料棒8对流换热，吸热升温后流出壳体2，再次成为供热热源。相变材料放热时发生液-固相变，释放潜热，直到相变结束，材料全部变为固态，放热过程结束。

由此可以看出，本申请的电热型相变蓄热换热器，电热管直接与水换热，电热管的电热转换率高；水在壳体内自然对流换热，不需要外加驱动力；蓄热和供热可同时进行。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电热型相变蓄热换热器，其特征在于：包括壳体、蓄热材料棒管排和电热管；壳体内部充满循环水，顶面一端设有进水管，顶面另一端设有出水管；蓄热材料棒管排主要由水平间隔布置在壳体内的多个蓄热材料棒构成；蓄热材料棒内填充有相变材料；电热管从壳体底部插入壳体内，对循环水直接加热；循环水通过蓄热材料棒与相变材料进行热交换。

2.根据权利要求1所述的一种电热型相变蓄热换热器，其特征在于：所述的壳体内部还间隔设置有多个折流管板，各折流管板上均设有供蓄热材料棒穿过的管孔。

3.根据权利要求1所述的一种电热型相变蓄热换热器，其特征在于：所述的蓄热材料棒上间隔设置有多个供循环水流动的通孔，通孔轴线与蓄热材料棒轴线垂直相交。

4.根据权利要求1所述的一种电热型相变蓄热换热器，其特征在于：所述的电热管采用PTC热敏电阻。

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