CN211651340U - 一种移动式相变储热储冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式相变储热储冷装置，包含传热板，支架，套管，总管，储罐，相变工质等，其中传热板是热量交换的主要元件，热量存储和释放通过相变工质，总管和套管提供储热储冷装置与外界接口。储热过程中，蒸汽通过总管流经传热板，热量通过传热板传递至相变工质，使其吸热液化储热，于箱体内运输至指定位置，冷水通过套管流经传热板，热量通过传热板从相变工质传递至冷水得到热水，相变工质放热凝固释热，储冷过程与之类似。本发明所设计的移动式相变储热储冷装置能够以预期的温度稳定输出热量或冷量，且利用相变材料储热密度高、相变过程近似等温等特点，使储热储冷装置具有更高的储热储冷效率和广泛的应用前景。

Description

一种移动式相变储热储冷装置

技术领域

本发明涉及一种移动式相变储热储冷装置，属于相变储能技术领域。

背景技术

能源是人类生存和发展的基础，化石能源的大量消耗，使得能源短缺和环境污染问题日益突出。我国是能源消耗大国，但在能源利用过程中存在着转化效率低，利用不充分等现象，提高能源的利用率具有重要的现实意义。

能量储存在节约能源和提高能源利用率上扮演着十分重要的角色，工业生产中产生的废气废热直接排放，造成大量能源浪费，而移动式相变储热储冷装置，具有打破供热地或供冷地与用户之间存在的时间和地域界限的特点，能够以预期的温度稳定输出热量或冷量，可有效解决余热或余冷资源在利用中的不连续性问题。本发明兼顾装置移动性和储能量，以标准集装箱为储热储冷装置，解决了其输运问题，并降低了成本，利用相变材料储能密度高、相变过程近似等温等优点，保证了热能或冷能输出的稳定性，其结构简单紧凑，运行可靠，成本适宜，还具有传热面积大，热能转化速度快，效率高等优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种移动式相变储热储冷装置，该装备整体储能密度高，运输方便，热能转化速度快，效率高，能解决现有移动供热供冷装置存在的储热储冷能力低、冷热回收效率不高、充放热时间长等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种移动式相变储热储冷装置，包括储罐、总管、传热板、相变工质、支架、套管、保温层和箱体，所述储罐、总管、传热板、相变工质、支架、套管和保温层设置在所述箱体内部，所述储罐包括罐体和底座，所述罐体外表面包覆所述保温层，所述传热板、相变工质和支架设置在所述罐体内部，所述传热板布置在所述支架上，所述支架焊接在储罐底板上，所述总管和套管分别与所述传热板相连，所述罐体和保温层一侧面的左上方开设有供所述总管穿过的U型槽，右下方开设有供所述套管穿过的通孔，所述装置利用相变工质相变储能释能近似等温且储能密度高的特性实现热能冷能的快速存储和异地利用。

其中各传热板之间通过总管和套管相互连通，传热板两隔板之间存在翅片。储热时，蒸汽接入总管流经传热板，热量通过传热板传递至相变工质，使其吸热液化储能，蒸汽放热冷凝从下部套管流出；放热时，冷水接入套管流经传热板，热量通过传热板从相变工质传递至冷水得到热水，相变工质放热凝固释能，热水从上部总管流出。储冷过程与储热过程相似，冷量主要是由冷冻水而非蒸汽传递至相变工质，放冷时，相变工质再将冷量传递至工作流体。

所述底座为槽形底座，所述罐体包括底板、前板、后板、侧板和顶板，所述前板在右下方切割出供所述套管穿过的通孔，在左上方切割出供所述总管穿过的U型槽，所述U型槽的直径略大于所述总管的直径，所述前板与两侧板和后板焊接在所述底板上，所述套管穿过前板通孔并焊接，所述顶板为多块板材折弯加工成，可抬起滑动，所述槽形底座为网格设置，并焊接在所述底板下表面，网格中间有通孔用于起重绳索穿过。

传热板包括盖板、隔板、封条、翅片、接管和肋片，其中所述隔板、翅片、与盖板和封条钎焊成传热板芯体，所述传热板芯体斜对角有两个缺口，所述封条布置于所述传热板芯体两侧及缺口端部，上下两端无封条，所述翅片长度与所述隔板齐平。

传热板由传热板芯体、两根接管和若干肋片氩弧焊组装，接管一端密封，另一端开口，并分别在两根接管上铣出一条槽道，传热板芯体两端分别插入两根接管槽道内，接管开口一端朝向传热板芯体缺口方向，将传热板芯体与两根接管焊接在一起，之后将若干肋片等间距纵向焊接在传热板芯体两侧，长度在传热板芯体缺口高度范围内。

所述支架为槽形支架，表面切割若干孔洞，所述支架上表面与所述传热板的接管固定连接，两侧焊接在所述储罐底板上。

套管为一根直径较大的外管和一根直径较小的内管及叉形支架，外管一侧切割与传热板等数量等间距的通孔，通孔直径等于接管外径，一端密封，内管两端均为开口，一端焊接叉形支架，叉形支架对角线长等于外管内径，将内管带有叉形支架的一端伸入外管内，此端开口介于最后一个和倒数第二个通孔之间，再用一块外径等于外管外径，内径等于内管外径的圆板焊接密封外管另一端，内管伸出圆板一定距离，将排列好的传热板下部接管伸入套管通孔，焊接密封，内管外端开口处连接第二快速接头。

总管一端密封，一端开口，在所述储罐内部的部分，端口密封，一侧切割与所述传热板等数量等间距的通孔，所述通孔直径等于所述接管外径，长度等于所述套管总长度，所述传热板上部接管伸入总管通孔，焊接密封，所述储罐外部的部分，端口开口，开口处连接第一快速接头。

相变工质可以为水、三水合醋酸钠、十水合硫酸钠、六水合氯化钙、石蜡(十六烷、十五烷)、聚乙二醇、脂肪酸、高密度聚乙烯等相变材料，相变工质从移除盖板的储罐上部加入储罐内，在加入的同时传热板内通过蒸汽，直至融化的相变工质液位低于储罐前板U型槽最底面一定距离时停止充装，充装完成后盖上储罐盖板。

储罐四周外表面及上下外表面包裹保温层，起重绳索穿过槽形底座通孔，将全部设备吊装入顶开式箱体内，箱体前部也加工成开关式，安装仪表设备等，组成一种移动式相变储热储冷装置。

传热板，支架，套管，总管，储罐的材料根据储热储冷要求，可以为铝合金、碳钢、不锈钢等材料。

作为一种优选，接管和传热板可以根据实际工况选择沿宽度方向或沿长度方向布置，以上说明为接管和传热板沿宽度方向布置，当接管和传热板沿长度方向布置时，可以根据具体长度在同一根接管上布置若干传热板，此时下接管为内管和外管同轴线的套管结构，两根总管为相同沿宽度方向的T型结构，传热板两侧带有翅片，接管和下接管后端焊接定距板，定距板与后板焊接在一起。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、相变工质储能密度高、相变温度适合，充放热速度快，成本较低，提高了移动式相变储热装置的蓄热蓄冷能力，缩短了充放热时间，时间成本更低；

2、液固两相转换，避免了相变过程中容积的巨大变化，装备结构更为紧凑，单位体积储能得到强化，相变过程近似等温，输出稳定；

3、储罐前板以U型槽与总管连接，总管可自由膨胀，热应力对设备结构产生的影响被削弱，设备更加可靠，造价和后期使用维修费用大幅度降低；

4、移动式相变储热储冷装置传热板容易实现标准化，加工速度快，储热储冷装置为标准化的集装箱，多个储热储冷设备可以并联使用，增加装置储热储冷量，总管和套管采用快速接头连接，进一步缩短了连接时间，提高了使用效率，储热储冷装置配备有智能检测仪表，可实时监测设备运行状态，安全性更好。

附图说明

图1为本发明的移动式相变储热储冷装置外形图。

图2为本发明的移动式相变储热储冷装置a-a剖面图。

图3为本发明的移动式相变储热储冷装置箱体内部外形图。

图4为本发明的移动式相变储热储冷装置箱体内部分解图。

图5为本发明的移动式相变储热储冷装置箱体内部b-b剖面图。

图6为本发明的传热板外形图及分解图。

图7为本发明相变储热储冷装置的支架结构示意图。

图8为本发明相变储热储冷装置的套管分解图及剖视图。

图9为本发明相变储热储冷装置的总管结构示意图。

图10为本发明相变储热储冷装置的储罐结构示意图。

图11为本发明的接管和传热板沿长度方向布置的示意图。

其中，储罐1，总管2，传热板3，相变工质4，支架5，套管6，保温层7，箱体8；

储罐底板1.1，前板1.2，侧板1.3，后板1.4，顶板1.5，底座1.6；第一快速接头2.1；

肋片3.1，盖板3.2，隔板3.3，封条3.4，翅片3.5，接管3.6；

外管6.1，叉形支架6.2，内管6.3，圆板6.4，第二快速接头6.5。

具体实施方式

为进一步说明本实用的发明内容、特点及功能，现结合说明书附图和具体的实施例，对其作详细描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-4所示，一种移动式相变储热储冷装置，包括储罐1，总管2，传热板3，相变工质4，支架5，套管6，保温层7和箱体8，所述储罐1、总管2、传热板3、相变工质4、支架5、套管6和保温层7设置在所述箱体8内部，所述储罐1包括罐体和底座1.6，所述罐体外表面包覆所述保温层7，所述传热板3、相变工质4和支架5设置在所述罐体内部，所述传热板3布置在所述支架5上，所述支架5焊接在储罐底板1.1上，所述总管2和套管6分别与所述传热板3相连，所述罐体和保温层7一侧面的左上方开设有供所述总管2穿过的U型槽，右下方开设有供所述套管6穿过的通孔，所述装置利用相变工质4相变储能释能近似等温且储能密度高的特性实现热能冷能的快速存储和异地利用。

如图5所示，其中各传热板3之间通过总管2和套管6相互连通，传热板3两隔板3.3之间存在多孔翅片3.5。储热时，蒸汽接入总管2流经传热板3，热量通过传热板3传递至相变工质4，使其吸热液化储能，蒸汽放热冷凝从下部套管6流出；放热时，冷水接入套管6流经传热板3，热量通过传热板3从相变工质4传递至冷水得到热水，相变工质4放热凝固释能，热水从上部总管2流出。采用上部通入蒸汽和下部通入水的方式，可以保证两种工质充满传热板3内部空间，使得换热面积被充分利用，强化换热。储冷过程与储热过程相似，冷量主要是由冷冻水而非蒸汽传递至相变工质4，放冷时，相变工质4再将冷量传递至工作流体，其储冷放冷时进出口位置视情况适当调整。

如图6所示，传热板3由传热板芯体、两根接管3.6和若干肋片3.1组成，其中隔板3.3、翅片3.5、与盖板3.2和封条3.4钎焊成传热板芯体，传热板芯体斜对角有两个缺口，封条3.4布置于传热板芯体两侧及缺口端部，上下两端无封条3.4，翅片3.5长度与隔板3.3齐平。接管3.6一端密封，另一端开口，并分别在两根接管3.6上铣出一条槽道，传热板芯体两端分别插入两根接管3.6槽道内，接管3.6开口一端朝向传热板芯体缺口方向，将传热板芯体与两根接管3.6焊接在一起，之后将若干肋片3.1等间距纵向焊接在传热板芯体两侧，长度在传热板芯体缺口高度范围内。传热板3内翅片3.5使得高温蒸汽或冷水湍动程度增加，内部传热加强，传热板3与相变工质4接触侧通过肋片3.1拓展导热表面，外部导热进一步被强化。

如图7所示，两根槽形支架5两侧板切割若干孔洞，两侧板焊接在储罐底板上，顶板上均匀布置若干传热板3，在套管6和总管2焊接好后调整均布的传热板3位置，将接管3.6固定在支架顶板上。支架切割若干孔洞，保证支架槽道内充满相变工质，避免凝固膨胀造成支架应力变形和破坏，使其空间得到充分利用，同时保证传热板3在装置移动过程中保持位置恒定，保证设备的稳定性。

如图8所示，套管6为一根直径较大的外管6.1和一根直径较小的内管6.3及叉形支架6.2，外管6.1一侧切割与传热板3等数量等间距的通孔，通孔直径等于接管3.6外径，一端密封，内管6.3两端均为开口，一端焊接叉形支架6.2，叉形支架6.2对角线长等于外管6.1内径，将内管6.3带有叉形支架6.2的一端伸入外管6.1内，此端开口介于最后一个和倒数第二个通孔之间，保证总管2中来流的蒸汽或者套管6中来流的冷水，通过各传热板3的流体具有相同的流动路程，使得流体的出口温度稳定在一小范围内，整个设备各部件之间近似为等强度，各部位均得到有效利用。再用一块外径等于外管6.1外径，内径等于内管6.3外径的圆板6.4焊接密封外管6.1另一端，内管6.3伸出圆板6.4一定距离，将排列好的传热板3下部接管3.6伸入套管6通孔，焊接密封，内管6.3外端开口处连接第二快速接头6.5，方便装置与外部工况连接，时间成本降低，设备运行效率提高。

如图9所示，总管2一侧切割与传热板3等数量等间距的通孔，通孔直径等于接管3.6外径，一端密封，一端开口，长度等于套管6总长度，将排列好的传热板3上部接管3.6伸入总管2通孔，焊接密封，开口处连接第一快速接头2.1。方便装置与外部工况连接，降低设备时间成本，提高其运行效率。

如图10所示，储罐1为罐体和槽形底座1.6焊接组成，所述罐体包括底板1.1、前板1.2、后板1.4、侧板1.3和顶板1.5，前板1.2在下部套管6位置切割出通孔，在上部总管2位置切割出直径较大的U型槽，此时总管2受热可自由膨胀，热应力对设备结构产生的影响被削弱，设备更加可靠，造价和后期使用维修费用大幅度降低。将套管6和总管2插入前板1.2通孔和U型槽内，与两侧板1.3和后板1.4焊接在储罐底板1.1上，再密封焊接套管6和前板1.2，上部为多块板材折弯加工成的顶板1.5，可抬起滑动，便于相变储能材料相变工质4的快速充装。储罐底板1.1下部为网格布置焊接的槽形底座1.6，网格中间有通孔用于起重绳索穿过，将储罐底板1.1焊接在槽形网格底座1.6上，槽形网格底座1.6载荷分布均匀，承载能力较好，且便于移动和设备维修。

相变工质4可以为水、三水合醋酸钠、十水合硫酸钠、六水合氯化钙、石蜡(十六烷、十五烷)、聚乙二醇、脂肪酸、高密度聚乙烯等相变材料，相变工质4从移除盖板1.5的储罐1上部加入储罐1内，在加入的同时传热板3内通过蒸汽，使得相变工质4融化为液态，充斥于储罐1内部空间，整个设备具有最大的充装量。融化的相变工质4液位低于储罐1前板1.2U型槽最底面一定距离时停止充装，充装完成后盖上储罐1顶板1.5。

如图4所示，储罐1四周外表面及上下外表面包裹保温层7，起重绳索穿过槽形底座1.6通孔，将全部设备吊装入顶开式箱体8内，箱体8前部也加工成开关式，安装仪表设备等，组成一种移动式相变储热储冷装置。

储罐1，总管2，传热板3，支架5，套管6的材料根据储热储冷要求，可以为铝合金、碳钢、不锈钢等材料。选定不同的材料，在满足储热储冷要求的同时，又可以减轻设备的重量，降低制造成本。

如图11所示，作为本发明的另一个实施例，接管11和传热板10可以根据实际工况选择沿宽度方向或沿长度方向布置，以上说明为接管11和传热板10沿宽度方向布置，当接管11和传热板10沿长度方向布置时，可以根据具体长度在同一根接管11上布置若干传热板10，此时下接管12为内管和外管同轴线的套管结构，两根总管9为相同沿宽度方向的T型结构，传热板10两侧带有翅片，接管11和下接管12后端焊接定距板，定距板13与后板焊接在一起。当沿长度方向布置时，接管11和下接管12与总管9的焊接数量更少，技术上更易实现，密封性能亦得到提高，下接管12为套管结构的作用与沿宽度方向布置时的套管作用相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种移动式相变储热储冷装置，其特征在于：包括储罐、总管、传热板、相变工质、支架、套管、保温层和箱体，所述储罐、总管、传热板、相变工质、支架、套管和保温层设置在所述箱体内部，所述储罐包括罐体和底座，所述罐体外表面包覆所述保温层，所述传热板、相变工质和支架设置在所述罐体内部，所述传热板布置在所述支架上，所述支架焊接在储罐底板上，所述总管和套管分别与所述传热板相连，所述罐体和保温层一侧面的左上方开设有供所述总管穿过的U型槽，右下方开设有供所述套管穿过的通孔，所述装置利用所述相变工质相变过程储能释能的特性实现热能的快速存储和异地利用。

2.根据权利要求1所述的移动式相变储热储冷装置，其特征在于：所述底座为槽形底座，所述罐体包括底板、前板、后板、侧板和顶板，所述前板在右下方切割出供所述套管穿过的通孔，在左上方切割出供所述总管穿过的U型槽，所述U型槽的直径略大于所述总管的直径，所述前板与两侧板和后板焊接在所述底板上，所述套管穿过前板通孔并焊接，所述顶板为多块板材折弯加工而成，可抬起滑动，所述槽形底座为网格设置，并焊接在所述底板下表面，网格中间有通孔用于起重绳索穿过。

3.根据权利要求2所述的移动式相变储热储冷装置，其特征在于：所述传热板包括盖板、隔板、封条、翅片、接管和肋片，其中所述隔板、翅片、与盖板和封条钎焊成传热板芯体，所述传热板芯体斜对角有两个缺口，所述封条布置于所述传热板芯体两侧及缺口端部，上下两端无封条，所述翅片长度与所述隔板齐平。

4.根据权利要求3所述的移动式相变储热储冷装置，其特征在于：所述传热板由传热板芯体、接管和肋片氩弧焊组装，所述接管一端密封，另一端开口，所述接管上铣有一条槽道，所述传热板芯体两端分别插入所述接管槽道内，所述接管开口一端朝向所述传热板芯体缺口方向，所述传热板芯体与所述接管焊接在一起，所述肋片等间距纵向焊接在所述传热板芯体两侧，长度在所述传热板芯体缺口高度范围内。

5.根据权利要求2所述的移动式相变储热储冷装置，其特征在于：所述传热板包括盖板、隔板、封条、翅片、接管、肋片和定距板，其中所述隔板、翅片、盖板和封条钎焊成传热板芯体，所述接管上铣有一条槽道，所述传热板芯体两端分别插入所述接管槽道内，所述肋片等间距横向焊接在所述传热板芯体两侧，所述接管包括上接管和下接管，所述下接管为内管和外管同轴线的套管结构，所述上接管和下接管一端密封，另一端开口，所述密封端焊接定距板，所述开口端连接所述总管，所述总管为相同沿宽度方向的T型结构，所述定距板与所述储罐后板焊接在一起。

6.根据权利要求1所述的移动式相变储热储冷装置，其特征在于：所述支架为槽形支架，表面切割若干孔洞，所述支架上表面与所述传热板的接管固定连接，两侧焊接在所述储罐底板上。

7.根据权利要求4所述的移动式相变储热储冷装置，其特征在于：所述套管包括一根直径较大的外管和一根直径较小的内管及叉形支架，所述外管一端密封，一侧切割与所述传热板等数量等间距的通孔，通孔直径等于所述接管外径，所述内管两端均为开口，一端焊接叉形支架，所述叉形支架对角线长度等于所述外管内径，所述内管带有叉形支架的一端设置于所述外管密封端的第一个和第二个通孔之间，所述外管另一端密封焊接一块外径等于外管外径，内径等于内管外径的圆板，所述内管伸出所述圆板一定距离，所述传热板下部接管伸入所述套管通孔，焊接密封，所述内管外端开口处连接第二快速接头。

8.根据权利要求4所述的移动式相变储热储冷装置，其特征在于：所述总管一端密封，一端开口，在所述储罐内部的部分，端口密封，一侧切割与所述传热板等数量等间距的通孔，所述通孔直径等于所述接管外径，长度等于所述套管总长度，所述传热板上部接管伸入总管通孔，焊接密封，所述储罐外部的部分，端口开口，开口处连接第一快速接头。

9.根据权利要求1所述的移动式相变储热储冷装置，其特征在于：所述相变工质为水、三水合醋酸钠、十水合硫酸钠、六水合氯化钙、十六烷、十五烷、聚乙二醇、脂肪酸或高密度聚乙烯。

10.根据权利要求1所述的移动式相变储热储冷装置，其特征在于：所述箱体的顶部或前部为开关式设置。

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