CN210426217U - 内套管换热相变储能波纹管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种内套管换热相变储能波纹管，包括密封的外套管，外套管内填充有相变材料，外套管内间隙的套接有内套管；内套管两端暴露在外套管的两端外；外套管内套接有内套管外侧固定件；内套管外侧固定件的长度沿外套管轴向延伸，截面形状为若干翅片连接构成的树枝状或蜂窝状，最外侧的翅片的端部与外套管的内侧壁搭接或固定，截面中部设有固定结构，内套管适配的固定在内套管外侧固定件中。本实用新型的有益效果是：可充分利用热流体介质携带的能量，并将其转换为相变能储存起来，从而显著提高可再生自然能源的利用率。
Description
技术领域
本实用新型涉及储能领域，具体是一种内套管换热相变储能波纹管。
背景技术
中国专利CN2019103558440于2019年4月29日申请了“内电热相变储能波纹管”，包括密封的外套管，外套管内填充有相变材料，外套管内轴向的连通有电热导线，电热导线的两端可与电源实现电连接。该方案具备结构紧凑的优势，可以简捷地将电热能量储存于一个结构紧凑，能量转换与传热过程极大压缩，便于生产、包装、运输与组装的内电热谷电相变储能波纹管之中，并通过波纹管外表面的辐射与对流，将储存的热能释放出去。
但对载有热量的流体介质，也需要有专用流道来完成其热量的传递，因而在内电热相变储能波纹管基础上，需要在上述波纹管中设置一个内套管来完成这一过程。此内套与波纹管外表面共同去进行对载能流体的热量的储存与释放。
发明内容
基于以上问题，本实用新型提供一种内套管换热相变储能波纹管，可充分利用热流体介质携带的能量，并将其转换为相变能储存起来，从而显著提高可再生自然能源的利用率。
为了实现发明目的，本实用新型采用如下技术方案：一种内套管换热相变储能波纹管，包括密封的外套管，外套管内填充有相变材料，外套管内间隙的套接有内套管；内套管两端暴露在外套管的两端外；外套管内套接有内套管外侧固定件；内套管外侧固定件的长度沿外套管轴向延伸，截面形状为若干翅片连接构成的树枝状或蜂窝状，最外侧的翅片的端部与外套管的内侧壁搭接或固定，截面中部设有固定结构，内套管适配的固定在内套管外侧固定件中。
本方案设计的内套管换热相变储能波纹管，主体部分为一个双层套管，外套管和内套管之间密封有相变材料。内套管用来导通热流体介质，通过内套管管壁，将热流体介质携带的热量传递给相变材料，诱发相变进行储热。通常情况下，为了提供更大的表面积以利于换热，也为了便于加工和装配，内套管和外套管均为圆管。外套管两端可以端盖密封。相变材料的选择有多种，由本领域技术人员根据设计要求、成本、效果等因素综合考虑选择。在应用中，一般可以将本装置作为储能元件，以若干个本装置配合其它必要的零部件和控制装置组成大型的储能设备使用，可以大规模的存储热流体介质携带的热量。外套管和内套管的相对固定结构有多种，本方案使用到了内套管外侧固定件。内套管外侧固定件在长度上沿外套管的轴向延伸，一般可采用型材，内侧通过合适的固定结构将内套管固定其中，截面形状的外侧是若干翅片，翅片可彼此连接成树枝状或蜂窝状，最外侧的翅片的端部与外套管的内侧壁搭接或固定，以保证外套管与内套管的固定结构有足够的强度，更重要的是将内套管始终保持在外套管的中央，使内套管对整个外套管内的相变材料能均衡加热，避免局部温度差异较大、相变不均匀的现象出现。
作为优选，所述固定结构为：内套管外侧固定件的截面中部设有若干卡接条，卡接条沿外套管截面形状圆形的射线方向延伸；内套管的外侧壁上对应的设有若干内套管卡接槽，内套管卡接槽的长度方向沿内套管的轴向延伸；卡接条与内套管卡接槽适配卡接。本方案提供的固定结构为，在套管外侧固定件的截面上设计有若干卡接条，卡接条的伸出方向是沿外套管截面的圆形的射线方向延伸的，而卡接条的长度方向是沿外套管的轴向延伸。内套管的外侧壁上设有若干内套管卡接槽，内套管卡接槽的长度方向沿内套管的轴向延伸。内套管卡接槽一般为3个或更多，在内套管外侧壁的周向上等距设置。每个卡接条插入一个内套管卡接槽中，使内套管被固定在外套管中，两者实现同轴。
作为优选，内套管内套接有内套管内侧固定件；内套管内侧固定件的截面形状为若干翅片连接构成的树枝状或蜂窝状，最外侧的翅片的端部与内套管的内侧壁搭接或固定，截面中部设有固定结构，电热型线材适配的固定在内套管内侧固定件中。该方案可视为一种变形方案，其导通至内套管内的不是热流体介质，而是硅胶碳纤维发热线，两端伸出在内套管外。硅胶碳纤维发热线不但发热效率高，可以加热周边环境，还能发散远红外电磁波，加热远处环境，例如内外套管之间的相变材料。如果使用本方案，则内套管建议使用可透过远红外辐射的石英玻璃管或聚碳酸酯管。当热流体介质已经被转化为热能时，该方案可以在电能的储能需求上应用，也可使用在峰谷电转化上，实现用电的削峰填谷。
作为优选，所述固定结构为：内套管内侧固定件的中部设有截面形状为C型的线材固定槽，线材固定槽的长度方向沿内套管轴向延伸；线材固定槽的截面形状内部大开口小，硅胶碳纤维发热线过盈配合的卡接在线材固定槽内。本方案进一步在内套管内侧设计了一个固定件，用来将硅胶碳纤维发热线固定在内套管中部，以利均匀热交换。
作为优选，内套管内侧固定件为若干个，形状为片状，厚度方向为内套管轴向；各内套管内侧固定件在内套管轴向上间隔设置。内套管内侧固定件被设计为片状，在保持固定硅胶碳纤维发热线的同时，其与硅胶碳纤维发热线的接触点很小，对硅胶碳纤维发热线发出红外线的阻挡面积因此也很小，可以让红外线最大程度的发射出去，以利于热辐射。
作为优选，外套管内设呼吸胶囊；呼吸胶囊为中空的密封结构，外侧壁为弹性件；呼吸胶囊与呼吸管的内侧端开口连接，呼吸管的外侧端开口于外套管外。由于相变材料在温度升降的时候会产生体积上的膨胀收缩，导致外套管被破坏，因此本方案在外套管内预设了一个呼吸胶囊，呼吸胶囊是一个可膨胀收缩的弹性的中空囊体，囊体通过呼吸管连通至外套管的外侧，使呼吸胶囊内的气压与外界相同。也可在呼吸管的外侧开口与另一个气压可变空间连接，例如弹性气囊，以平衡外套管内外压差。当外套管内的相变材料因升温而膨胀时，内部压力变大，就会将呼吸胶囊内的部分气体通过呼吸管挤压至外套管外，反之则会将部分气体吸入外套管内，这样一来就可以很好的适应相变材料的体积变化的问题。呼吸胶囊的大小由本领域技术人员按照相变材料体积变化的需要设置。
作为优选，所述内套管外侧固定件的材质为良好导热材质。内套管外侧固定件是浸没在相变材料中的，可以利用其良好的导热性质将内套管的热量传导至外套管的径向外侧，从而提高热传导效率，加速相变发生。
作为优选，所述内套管贯穿在可透过远红外辐射的石英玻璃管或聚碳酸酯管之中，该石英玻璃管或聚碳酸酯管则密封地固定于外套管两端的密封端盖之中。本方案具体选择选择石英玻璃管或聚碳酸酯管其中之一作为内套管，在组装时，以端盖封闭外套管的两端，而将内套管相应固定在端上，实现内套管与外套管在轴向和径向上的双重定位。
综上所述，本实用新型的有益效果是：可充分利用热流体介质携带的能量，并将其转换为相变能储存起来，从而显著提高可再生自然能源的利用率。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是图2的B部放大图。
图4是本实用新型实施例2的结构示意图。
图5是图4的C-C剖视图。
图6是图5的D部放大图。
其中：1外套管，2相变材料，3内套管，4内套管外侧固定件，5内套管内侧固定件，6硅胶碳纤维发热线，7设呼吸胶囊，8呼吸管，31内套管卡接槽，41卡接条，51线材固定槽。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。
实施例1
实施例1为一种内套管换热相变储能波纹管，主要应用在对热空气的储能上。如图1、图2、图3所示，本内套管换热相变储能波纹管设有一个外套管1，本例的外套管为塑料的波纹管。波纹管两端以端盖封闭。波纹管内套同轴接有内套管3，本例的内套管为聚碳酸酯管，两端伸出在外套管的端盖外，端盖将外套管、内套管定位固定。外套管内套接有内套管外侧固定件4，内套管外侧固定件为具有良好导热效果的铝型材。内套管外侧固定件的长度沿外套管轴向延伸，其截面形状为三个人字形，每个人字形都有两条翅片与外套管内侧壁搭接，一条翅片为卡接条，卡接条沿外套管截面形状圆形的射线方向延伸。对应的，在内套管的外侧壁上沿周向间隔120°均布有三条内套管卡接槽31，内套管卡接槽的长度方向沿内套管的轴向延伸。每条卡接条与一条内套管卡接槽适配卡接，将内套管稳固的固定在外套管的中部。
在外套管内还设有一个呼吸胶囊7，呼吸胶囊是长条形的密封体，外侧壁为具弹性的塑胶材质。呼吸胶囊与呼吸管8的内侧端开口连接，呼吸管通过宝塔接头穿过端盖，外侧端开口于外套管外。外套管与内套管之间充盈的灌注相变材料，本例的相变材料在85℃时会产生相变。灌注完毕后，端盖与波纹管之间以过盈配合加粘合密封。
本例的内套管换热相变储能波纹管，通常被当作储热原件，安装在大型的储热设备中。在向内套管导通热空气时，内套管的管壁将热量尽量均匀的传导至外套管内各处的相变材料，使相变材料升温。直至到达相变温度，并发生相变。在升温过程中，相变材料体积膨胀，外套管内压力增加，呼吸胶囊内的部分气体被挤压出外套管，始终保持外套管内总体积不变。当处于相变放热状态时，相变材料相应的降温而体积变小，外套管内压力降低，呼吸胶囊又会通过呼吸管将外界的空气吸入，以保持外套管内总体积不变。
实施例2
实施例2为另一种内套管换热相变储能波纹管，主要应用在对电能进行储能。如图4、图5、图6所示，本内套管换热相变储能波纹管的内套管中套接固定有若干个内套管内侧固定件5。内套管内侧固定件形状为片状，厚度方向为内套管轴向；各内套管内侧固定件在内套管轴向上间隔设置。本例中，内套管内侧固定件的截面形状为Y字形，设有沿射线延伸的三个支脚，支脚外侧端与内套管搭接固定。内套管内侧壁在对应外侧设置内套管卡接槽的位置设计有V形凸棱，支脚末端对应设有V形凹槽，两者对应插接配合实现固定。内套管内侧固定件中部设有截面形状为C型的线材固定槽51，线材固定槽的长度方向沿内套管轴向延伸；线材固定槽的截面形状内部大开口小，硅胶碳纤维发热线6过盈配合的卡接在线材固定槽内。硅胶碳纤维发热线的两端伸出在内套管的两端，可通过快插接头快速连接电源，在电路接通后，硅胶碳纤维发热线不但自身会发热，还会向周围发射远红外电磁波。自身发热可以加热内套管内的空气，通过内套管内侧固定件快速传递至内套管管壁上，然后内套管的管壁将热量尽量均匀的传导至外套管内各处的相变材料；高效的红外线辐射可对内外套管间的相变材料直接进行热辐射加热。这些热量最终都形成了相变材料的升温。由于要考虑利用红外线辐射的加热功能，本例的内套管使用的是石英玻璃管。
余同实施例1。
Claims (8)
1.一种内套管换热相变储能波纹管，包括密封的外套管（1），外套管内填充有相变材料（2），外套管内间隙的套接有内套管（3）；内套管两端暴露在外套管的两端外，其特征是，外套管内套接有内套管外侧固定件（4）；内套管外侧固定件的长度沿外套管轴向延伸，截面形状为若干翅片连接构成的树枝状或蜂窝状，最外侧的翅片的端部与外套管的内侧壁搭接或固定，截面中部设有固定结构，内套管适配的固定在内套管外侧固定件中。
2.根据权利要求1所述的一种内套管换热相变储能波纹管，其特征是，所述固定结构为：内套管外侧固定件的截面中部设有若干卡接条（41），卡接条沿外套管截面形状圆形的射线方向延伸；内套管的外侧壁上对应的设有若干内套管卡接槽（31），内套管卡接槽的长度方向沿内套管的轴向延伸；卡接条与内套管卡接槽适配卡接。
3.根据权利要求2所述的一种内套管换热相变储能波纹管，其特征是，内套管内套接有内套管内侧固定件（5）；内套管内侧固定件的截面形状为若干翅片连接构成的树枝状或蜂窝状，最外侧的翅片的端部与内套管的内侧壁搭接或固定，截面中部设有固定结构，硅胶碳纤维发热线（6）适配的固定在内套管内侧固定件中。
4.根据权利要求3所述的一种内套管换热相变储能波纹管，其特征是，所述固定结构为：内套管内侧固定件的中部设有截面形状为C型的线材固定槽（51），线材固定槽的长度方向沿内套管轴向延伸；线材固定槽的截面形状内部大开口小，硅胶碳纤维发热线过盈配合的卡接在线材固定槽内。
5.根据权利要求2或3所述的一种内套管换热相变储能波纹管，其特征是，内套管内侧固定件为若干个，形状为片状，厚度方向为内套管轴向；各内套管内侧固定件在内套管轴向上间隔设置。
6.根据权利要求1至4任一所述的一种内套管换热相变储能波纹管，其特征是，外套管内设呼吸胶囊（7）；呼吸胶囊为中空的密封结构，外侧壁为弹性件；呼吸胶囊与呼吸管（8）的内侧端开口连接，呼吸管的外侧端开口于外套管外。
7.根据权利要求1至4任一所述的一种内套管换热相变储能波纹管，其特征是，所述内套管外侧固定件的材质为良好导热材质。
8.根据权利要求1至4任一所述的一种内套管换热相变储能波纹管，其特征是，所述内套管贯穿在可透过远红外辐射的石英玻璃管或聚碳酸酯管之中，该石英玻璃管或聚碳酸酯管则密封地固定于外套管两端的密封端盖之中。
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