CN211651338U - 一种内置活动式换热器的固-液相变储热装置 - Google Patents
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Abstract
一种内置活动式换热器的固‑液相变储热装置,涉及固‑液相变储热,所述装置包括储热箱体、吸热换热器、放热换热器、电动机、控制器、温度传感器及电加热器。储热箱体左右两侧上端设轨道,内部设有吸热换热器和放热换热器。所述的吸热换热器和放热换热器进出口处分别安装滚动轴承,置于轨道上,在电动机的驱动下可沿轨道移动。结合控制器、温度传感器及电加热器,可根据需要自动完成储放热过程。所述装置在不增加换热面积、影响储热密度的前提下,降低了换热温差、提高储热放效率,并有效的降低了相变储热材料的过冷及相分离、延长了储热材料的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及固-液相变储热技术,具体涉及内置活动式换热器的固-液相变储热装置。
背景技术
相变储热是提高能源利用效率和保护环境的重要技术,也是常用于缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式,在太阳能的利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用、工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景,已成为世界范围内的研究热点。
目前,固-液相变储热装置主要分两大类。一类是主要包括储热箱体和相变储热单元,相变储热单元即将相变储热材料封装于相应的容器内、排布在储热箱体里面,换热介质直接流过相变储热单元表面完成储放热的过程。如申请号为201811154458 .7的专利“微胶囊复合相变储热装置”、申请号为201910218599 .9的专利“一种常压相变储热装置”、申请号为201710212113 .1的专利“一种基于空气换热的固-液相变储热装置”专利,这类装置不需要专门的换热器,但储热材料的封装工作量大、工艺复杂、成本高。
另一类与本实用新型较为类似,主要包括储热箱体和换热管路,储热箱体中填充相变材料,换热管路固定安装在储热箱体内、均匀分布在相变材料中,换热介质在管路中流动完成储放热的过程,如申请号为201220547210.9的专利“一种相变储热装置以及太阳能加热系统”、申请号为201320120050.4的专利“用于太阳能的单罐相变储热装置”、申请号为201520570336.1的专利“一种新型相变式储热装置”、申请号为201621370801 .8的专利“一种新型相变式储热装置固定隔板及储热装置” 、申请号为201720350909 .9的专利“一种相变储热装置”。上述装置主要存在以下问题,换热管路固定安装在储热箱体内,只能通过增大换热面积实现低温差换热、提高储放热效率,增加了储热成本、降低了储能密度;固-液相变储热材料在吸放热循环过程中,存在过冷、相分离和材料混合不均等现象,降低了材料的储放热性能、缩短了其使用寿命。
发明内容
本实用新型的目的是利用活动式换热器实现低温差换热、提高储放热效率、提高储能密度、降低储热成本、一定程度解决相变储热材料的过冷和相分离问题、延长储热材料使用寿命。
本实用新型是一种内置活动式换热器的固-液相变储热装置,储热箱体1由外壳11、保温材料12及内胆13组成,所述储热箱体1上端设轨道2,储热箱体1内设有吸热换热器3和放热换热器4;所述的吸热换热器3和放热换热器4进出口端分别安装第一滚动轴承51、第二滚动轴承52、第三滚动轴承53、第四滚动轴承54,置于上述轨道2上;第一电动机61安装在吸热换热器3入口处、与第一滚动轴承51的外圈啮合,或者第一电动机61安装在吸热换热器3出口处、与第二滚动轴承52外圈啮合;第一电动机61的控制输入端与控制器8的输出端相连,实现对电动机启动、停机的控制;电动机与上述滚动轴承外圈啮合,在控制器8的控制下,分别由第一电动机61和第二电动机62驱动所述吸热换热器3和放热换热器4在轨道2上左右移动。
本实用新型的有益效果是:本实用新型采用内置活动式换热器的固-液相变储热装置,换热器在储放热的过程中可往复移动,时刻能与储热材料紧密接触,可达到在不增加换热面积、影响储热密度的前提下,降低了换热温差、提高储热放效率;同时,活动式的换热器使相变储热材料发生扰动,可有效的降低其过冷及相分离、延长了储热材料的使用寿命。采用电动机驱动换热器在轨道上移动,结构简单、可靠、成本低。本实用新型中配备了温度传感器、控制器,可实现设备的自动控制功能,根据需要自动完成储放热过程。
附图说明
图1 是本实用新型所述的内置活动式换热器固-液相变储热装置的结构示意图,图2 是图1中A-A的剖视图,图3 是图1中B-B的剖视图,附图标记及对应名称为:1、储热箱体;11、储热箱体外壳;12、储热箱体保温材料;13、储热箱体内胆;2、轨道;3、吸热换热器;31、吸热换热器的第一排管;32、吸热换热器的第一下集管;33、吸热换热器的第一上集管;34、吸热换热器的带孔传热平板;4、放热换热器;41、放热换热器的第二排管;42、放热换热器的第二下集管;43、放热换热器的第二上集管;44、放热换热器的传热平板;51、吸热换热器进口端的第一滚动轴承;52、吸热换热器出口端的第二滚动轴承;53、放热换热器进口端的第三滚动轴承;54、放热换热器出口端的第四滚动轴承;61、吸热换热器的第一电动机;62、放热换热器的第二电动机;7、电加热器;8、控制器; 91、吸热换热器进口端的第一温度传感器;92、吸热换热器出口端的第二温度传感器;93、放热换热器进口端的第三温度传感器;94、放热换热器出口端的第四温度传感器。
具体实施方式
如图1~图3所示,本实用新型是内置活动式换热器的固-液相变储热装置,储热箱体1由外壳11、保温材料12及内胆13组成,所述储热箱体1上端设轨道2,储热箱体1内设有吸热换热器3和放热换热器4;所述的吸热换热器3和放热换热器4进出口端分别安装第一滚动轴承51、第二滚动轴承52、第三滚动轴承53、第四滚动轴承54,置于上述轨道2上;第一电动机61安装在吸热换热器3入口处、与第一滚动轴承51的外圈啮合,或者第一电动机61安装在吸热换热器3出口处、与第二滚动轴承52外圈啮合;第一电动机61的控制输入端与控制器8的输出端相连,实现对电动机启动、停机的控制;电动机与上述滚动轴承外圈啮合,在控制器8的控制下,分别由第一电动机61和第二电动机62驱动所述吸热换热器3和放热换热器4在轨道2上左右移动。
如图1~图3所示,所述轨道2形状与第一滚动轴承51、第二滚动轴承52、第三滚动轴承53、第四滚动轴承54相匹配,即轨道2为倒V型、则第一滚动轴承51、第二滚动轴承52、第三滚动轴承53、第四滚动轴承54的外圈应为V型凹槽。
如图1、图2所示,吸热换热器3由第一排管31、第一下集管32、第一上集管33和带孔传热平板34组成;数根铜管平铺成第一排管31,两端分别与第一下集管32、第一上集管33焊接,在第一排管31间焊有带孔传热平板34;第一下集管32一端伸出储热箱体1外为入口,一端封闭;第一上集管33一端伸出储热箱体1外为出口,一端封闭。
如图1、图3所示,放热换热器4由第二排管41、第二下集管42、第二上集管43和传热平板44组成;数根铜管平铺成第二排管41,两端分别与第二上集管43、第二下集管42焊接,传热平板44焊接在第二排管41上其方向与集排管平面垂直;第二下集管42一端伸出储热箱体1外为入口,一端封闭;第二上集管43一端伸出储热箱体1外为出口,一端封闭。
如图1、图3所示,第二电动机62安装在放热换热器4入口处、与第三滚动轴承53的外圈啮合,或者第二电动机62安装在放热换热器4出口处、与第四滚动轴承54的外圈啮合;第二电动机62的控制输入端与控制器8的输出端相连,能够实现对电动机启动、停机的控制。
如图1、图3所示,所述的吸热换热器3和放热换热器4进出口端分别安装第一温度传感器91、第二温度传感器92、第三温度传感器93、第四温度传感器94,监测进出口处工质的温度;第一温度传感器91、第二温度传感器92、第三温度传感器93、第四温度传感器94的信号输送至控制器8。
如图1、图3所示,电加热器7固定在放热换热器4进口端,加热管内工质、熔化放热换热器4表层固相储热材料,电加热器7的控制端与控制器8的输出端相连,实现对电加热器启动、停机的控制。
如图1~图3所示,本实用新型的内置活动式换热器的固-液相变储热装置的使用方法,其步骤为:
(1)储热时,储热箱体1内部储热材料全部为固态,吸热换热器3和放热换热器4分别紧挨着储热箱体1左右两侧的内胆13;
(2)传热介质从吸热换热器3入口流进,利用吸热换热器3进出口端的第一温度传感器91、第二温度传感器92监测两端的温度,当两者温差小于程序设定值3-8℃时,控制器8启动第一电动机61驱动吸热换热器3向前移动直至固-液交界面,第一电动机61关机,当吸热换热器3进出口端温差再次小于程序设定值3-8℃时,再次启动电动机,如此往复,直至吸热换热器3移动到放热换热器4处,储热箱内固相储热材料全部熔化,完成储热过程;
(3)吸热换热器3、放热换热器4需全部归位,控制器8启动第一电动机61、第二电动机62驱动吸热换热器3及放热换热器4反向移动至储热箱体1的另外一侧,吸热换热器3靠近箱体内胆、放热换热器4紧挨着吸热换热器;
(4)放热时,储热箱体1内部储热材料全部为液态,吸热换热器3靠近箱体左侧内胆13、放热换热器4紧挨着吸热换热器3;从放热换热器4进口流入传热介质,利用放热换热器进出口端的第三温度传感器93、第四温度传感器94监测两端的温度;当两者温差小于程序设定值3-8℃时,控制器8输出启动电加热器7的信号、计算传热工质向固相储热材料释放的热量Q,当热量Q达到程序设定值Q0时,将放热换热器表层约1mm厚的固相储热材料融化,控制器8关闭电加热器7、启动第二电动机62,由第二电动机62驱动放热换热器4向前移动一个传热平板44的宽度,第二电动机62关机;再次监测进出口端的温差,如此往复直至储热箱内液态储热材料全部凝固,完成放热过程。
实施例一:如图1~图3所示,本实用新型的具体实施方式是:由外壳11、保温材料12及内胆13组成的储热箱体1,储热箱体1左右两侧上端安装倒V型轨道2;放热换热器4由第二排管41、第二上集管43、第二下集管42和传热平板44组成;数根铜管平铺成第二排管41,两端分别与第二上集管43、第二下集管42焊接,面积为0.05m2的传热平板44焊接在第二排管41上其方向与集排管平面垂直;第二下集管42一端伸出储热箱体1外为入口,一端封死;第二上集管43一端伸出储热箱体1外为出口,一端封闭;吸热换热器3由第一排管31、第一下集管32、第一上集管33和带孔传热平板34组成;数根铜管平铺成第一排管31,两端分别与第一下集管32、第一上集管33焊接,在第一排管31间焊有带孔传热平板34;第一下集管32一端伸出储热箱体1外为入口,一端封闭;第一上集管33一端伸出储热箱体1外为出口,一端封闭;吸热换热器3和放热换热器4进出口端分别安装第一~第四滚动轴承51、52、53、54,安置于上述倒V型轨道2上,吸热换热器3靠近内胆左侧面、放热换热器4靠近内胆右侧面;第一、第二电动机61、62分别安装在吸热换热器3和放热换热器4进口端,与第一、第三滚动轴承51、53啮合;吸热换热器3进出口端分别安装第一、第二温度传感器91、92,第一、第二温度传感器91、92的信号输送至控制器8,控制器8一个输出端与电动机控制端相连、控制电动机启停,使吸热换热器3在轨道2上左右移动;放热换热器4进出口端分别安装第三、第四温度传感器93、94,第三、第四温度传感器93、94的信号输送至控制器8,放热换热器4进口端处安装电加热器,控制器另外两个输出端分别与电动机和电加热器相连、控制电动机和电加热器的启停,使放热换热器4在轨道2上左右移动。
本实用新型的使用方法,其实施步骤是:将吸热换热器3移动至储热箱体1的内胆左侧旁、放热换热器4移动至内胆右侧旁,然后向储热箱体1内部填充固态颗粒状储热材料三水醋酸钠,其相变潜热为265J/g、密度为0.00145g/mm3。
(1)储热时,储热箱体1内部储热材料均为固态,吸热换热器3和放热换热器4分别紧挨着储热箱体1左右两侧的内胆13,传热介质从吸热换热器3入口流进,利用吸热换热器3进出口端的第一、第二温度传感器91、92监测两端的温度,当两者温差小于程序设定值3-8℃时,说明传热介质热量释放功率降低,控制器8启动第一电动机61驱动吸热换热器3向右移动直至固-液交界面,第一电动机61关机,当吸热换热器3进出口端温差再次小于程序设定值3-8℃时,再次启动电动机,如此往复,直至吸热换热器3移动到放热换热器4处,储热箱内储热材料全部熔化,完成储热过程。为进入放热循环过程,此时,吸热换热器3、放热换热器4需全部归位,控制器8启动第一、第二电动机61、62驱动吸热换热器3及放热换热器4反向移动至储热箱体1的另外一侧,吸热换热器3靠近箱体内胆、放热换热器4紧挨着吸热换热器。
(2)放热时,储热箱体1内部储热材料均为液态,吸热换热器3靠近箱体内胆13、放热换热器4紧挨着吸热换热器3。从放热换热器4进口流入传热介质,利用放热换热器进出口端的第三、第四温度传感器93、94监测两端的温度;当两者温差小于程序设定值3-8℃时,控制器8输出启动电加热器7的信号、计算传热工质向固相储热材料释放的热量Q,当热量Q达到程序设定值-=23KJ热换热器表层约1mm厚的固相储热材料融化,控制器8关闭电加热器7、启动第二份电动机62,由第二电动机62驱动放热换热器4向前移动一个传热平板44的宽度,第二电动机62关机;再次监测进出口端的温差,如此往复直至储热箱内液态储热材料全部凝固,完成放热过程。
实施例2:基于上述实施例的基础上,本实施例中第、第二电动机61、62分别安装在吸热换热器3和放热换热器4出口端,与第二、第四滚动轴承52、54啮合。
Claims (7)
1.一种内置活动式换热器的固-液相变储热装置,储热箱体(1)由外壳(11)、保温材料(12)及内胆(13)组成,其特征是:所述储热箱体(1)上端设轨道(2),储热箱体(1)内设有吸热换热器(3)和放热换热器(4);所述的吸热换热器(3)和放热换热器(4)进出口端分别安装第一滚动轴承(51)、第二滚动轴承(52)、第三滚动轴承(53)、第四滚动轴承(54),置于上述轨道(2)上;第一电动机(61)安装在吸热换热器(3)入口处、与第一滚动轴承(51)的外圈啮合,或者第一电动机(61)安装在吸热换热器(3)出口处、与第二滚动轴承(52)外圈啮合;第一电动机(61)的控制输入端与控制器(8)的输出端相连,实现对电动机启动、停机的控制;第一电动机(61)与上述第一滚动轴承(51)外圈啮合,第二电动机(62)与上述第三滚动轴承(53)外圈啮合;在控制器(8)的控制下,分别由第一电动机(61)和第二电动机(62)驱动所述吸热换热器(3)和放热换热器(4)在轨道(2)上左右移动。
2.根据权利要求1所述的内置活动式换热器的固-液相变储热装置,其特征在于:如权利要求1所述的内置活动式换热器的固-液相变储热装置,其特征在于:所述轨道(2)形状与第一滚动轴承(51)、第二滚动轴承(52)、第三滚动轴承(53)、第四滚动轴承(54)相匹配,即轨道(2)为倒V型、则第一滚动轴承(51)、第二滚动轴承(52)、第三滚动轴承(53)、第四滚动轴承(54)的外圈应为V型凹槽。
3.根据权利要求1所述的内置活动式换热器的固-液相变储热装置,其特征在于:吸热换热器(3)由第一排管(31)、第一下集管(32)、第一上集管(33)和带孔传热平板(34)组成;数根铜管平铺成第一排管(31),两端分别与第一下集管(32)、第一上集管(33)焊接,在第一排管(31)间焊有带孔传热平板(34);第一下集管(32)一端伸出储热箱体(1)外为入口,一端封闭;第一上集管(33)一端伸出储热箱体(1)外为出口,一端封闭。
4.根据权利要求1所述的内置活动式换热器的固-液相变储热装置,其特征在于:放热换热器(4)由第二排管(41)、第二下集管(42)、第二上集管(43)和传热平板(44)组成;数根铜管平铺成第二排管(41),两端分别与第二上集管(43)、第二下集管(42)焊接,传热平板(44)焊接在第二排管(41)上其方向与集排管平面垂直;第二下集管(42)一端伸出储热箱体(1)外为入口,一端封闭;第二上集管(43)一端伸出储热箱体(1)外为出口,一端封闭。
5.根据权利要求1所述的内置活动式换热器的固-液相变储热装置,其特征在于:第二电动机(62)安装在放热换热器(4)入口处、与第三滚动轴承(53)的外圈啮合,或者第二电动机(62)安装在放热换热器(4)出口处、与第四滚动轴承(54)的外圈啮合;第二电动机(62)的控制输入端与控制器(8)的输出端相连,能够实现对电动机启动、停机的控制。
6.根据权利要求1所述的内置活动式换热器的固-液相变储热装置,其特征在于:所述的吸热换热器(3)和放热换热器(4)进出口端分别安装第一温度传感器(91)、第二温度传感器(92)、第三温度传感器(93)、第四温度传感器(94),监测进出口处工质的温度;第一温度传感器(91)、第二温度传感器(92)、第三温度传感器(93)、第四温度传感器(94)的信号输送至控制器(8)。
7.根据权利要求1所述的内置活动式换热器的固-液相变储热装置,其特征在于:电加热器(7)固定在放热换热器(4)进口端,加热管内工质、熔化放热换热器(4)表层固相储热材料,电加热器(7)的控制端与控制器(8)的输出端相连,实现对电加热器启动、停机的控制。
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