CN212030299U - 相变蓄热器换热管路并联结构 - Google Patents

相变蓄热器换热管路并联结构 Download PDF

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王峰
张世广
李进
马瑞
徐婷睿
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Abstract

本实用新型公开相变蓄热器换热管路并联结构,包括第一阀门、第二阀门、第一逆止阀和第二逆止阀,热端依次通过所述第一阀门和所述第二阀门与冷端连通,所述第一阀门和所述第二阀门之间的连通管路为直通管路,邻近所述第一阀门的所述直通管路与流入管路的第一端连通,所述流入管路的第二端与相变蓄热器的换热工质入口端连通,邻近所述第二阀门的所述直通管路与流出管路的第一端连通,所述流出管路的第二端与所述相变蓄热器的换热工质出口端连通;所述第一逆止阀安装在所述流入管路上,所述第二逆止阀安装在所述流出管路上。采用热端与冷端相连通的方式,与相变蓄热器内并联,热端热量使用的方式更加灵活且利用率高。

Description

相变蓄热器换热管路并联结构
技术领域
本实用新型涉及相变蓄热器技术领域。具体地说是相变蓄热器换热管路并联结构。
背景技术
在现有技术中,相变蓄热器吸收来自热端的热量,并向冷端供给热量,也就是说,热端和冷端之间通过相变蓄热器进行热量传递。实际使用中,在冷端需要热量的时候,热端往往同时产生热量,经过相变蓄热器进行热量转化及传递会造成热量损失,因而降低了热端热量的利用率。此外,现有储盐罐大多通过搅拌器造成强制对流来促进相变材料跟换热盘管的换热,然而搅拌器的投资成本,运行成本,还有占用部分储盐罐的体积等问题不仅增大了资源投入还减少了相变材料在相变材料罐内的储量,在一定程度上影响了蓄热器蓄热量。
实用新型内容
为此,本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种能够提高热端热量利用率的相变蓄热器换热管路并联结构。
为解决上述技术问题,本实用新型提供如下技术方案:
相变蓄热器换热管路并联结构,包括第一阀门、第二阀门、第一逆止阀和第二逆止阀,热端依次通过所述第一阀门和所述第二阀门与冷端连通,所述第一阀门和所述第二阀门之间的连通管路为直通管路,邻近所述第一阀门的所述直通管路与流入管路的第一端连通,所述流入管路的第二端与相变蓄热器的换热工质入口端连通,邻近所述第二阀门的所述直通管路与流出管路的第一端连通,所述流出管路的第二端与所述相变蓄热器的换热工质出口端连通;所述第一逆止阀安装在所述流入管路上,所述第二逆止阀安装在所述流出管路上。
上述相变蓄热器换热管路并联结构,所述相变蓄热器包括储盐罐以及分别位于所述储盐罐内的相变材料、圆筒形换热盘管和电加热装置,所述圆筒形换热盘管与所述储盐罐同轴,所述圆筒形换热盘管的筒壁由螺旋形换热盘管构成,并且所述圆筒形换热盘管的轴向中孔与竖直方向平行,所述电加热装置位于所述圆筒形换热盘管的下方且正对所述圆筒形换热盘管的轴向中孔,所述相变材料充满所述储盐罐内壁与所述圆筒形换热盘管之间的空腔以及所述圆筒形换热盘管的轴向中孔。
上述相变蓄热器换热管路并联结构,所述储盐罐的罐壁包括内壁、外壁以及位于所述内壁和所述外壁之间的保温层;所述圆筒形换热盘管靠近所述电加热装置的一端设有换热盘管入口,所述圆筒形换热盘管远离所述电加热装置的一端设有换热盘管出口;所述流入管路的第二端与所述换热盘管入口连通,所述流出管路的第二端与所述换热盘管出口连通。
上述相变蓄热器换热管路并联结构,所述储盐罐的顶盖上分别安装设置有进盐口、安全阀、压力表和温度表;所述进盐口与所述储盐罐内部空腔导通。
上述相变蓄热器换热管路并联结构,所述储盐罐的底部侧壁上设置有出盐口,所述出盐口与所述储盐罐内部空腔导通。
上述相变蓄热器换热管路并联结构,所述保温层为硅酸镁铝保温层。
上述相变蓄热器换热管路并联结构,所述储盐罐为圆柱形。
上述相变蓄热器换热管路并联结构,所述电加热装置的底部及四周包覆有绝热材料层。
上述相变蓄热器换热管路并联结构,所述圆筒形换热盘管的管体上安装有肋片。
上述相变蓄热器换热管路并联结构,所述电加热装置与所述圆筒形换热盘管的轴向中孔之间的距离为15cm,所述电加热装置为浸没式电加热器。
本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果:
1.设计:此设计采用热端与冷端相连通的方式,与相变蓄热器内并联,热端热量使用的方式更加灵活。在冷端需要热量时热端可以直接给冷端供热,避免了由热端到相变蓄热器再由相变蓄热器到冷端的转化损失;当冷端不需要热量的时候,热端的热量会在相变储热器内进行储存。
2.各部件作用:第一阀门的作用在于当相变蓄热器给冷端供热的时候可以防止工质向热端逆流。第二阀门的作用是冷端饱和的情况下,控制富裕的热量流向相变蓄热器。第一逆止阀的作用是防止第一阀门出现事故时相变蓄热器的热量倒流进入热端,第二逆止阀的作用是可以起到在冷端需要热量的时候热端的热量不会从第一逆止阀所在的管路进入相变蓄热器的作用,而避免相变蓄热器在冷端需要热量的时候参与循环而造成热量转化损失,两个逆止阀都有保证相变蓄热器中换热管内工质正常循环的作用。
3.优势:优势在于热端会优先保证冷端的热负荷,在冷端正常工作后热端的热量会在相变蓄热器内进行储存,从而使热量不会流失浪费,此设计提高了能源的利用率,也使得热端热量的使用更加灵活。
4.通过对换热盘管的结构进行思考,设计出新式的换热盘管,此设计增大了工质与相变材料的换热面积,并且增加了同体积蓄热器的相变材料储量,同时此蓄热器可借由电加热装置产生的动力,使得相变材料可在相变材料罐内循环流动,省去了相变材料泵的投入和运行成本,同时也增加了相变材料的储量。
5.利用新式圆柱形换热盘管的设计,来取代了相变材料泵,增加了相变材料得储量,提高了蓄热量。且可利用相变材料的相变潜热和相变材料显热储存热量,通过电加热装置和圆柱形换热盘管,使得蓄放热速度快,储能密度高,体积小,经济性好,整个储能装置结构简单,使用方便,节能环保,绿色低碳,可广泛用于工业余热/废热,谷电加热储能,太阳能集热储存等领域。
附图说明
图1本实用新型相变蓄热器换热管路并联结构的结构示意图;
图2本实用新型中相变蓄热器的结构示意图;图中箭头表示了相变材料在罐内的流动方向;
图3本实用新型中相变蓄热器的俯视结构示意图。
图中附图标记表示为:0-1-第一阀门;0-2-第二阀门;0-3-第一逆止阀; 0-4-第二逆止阀;0-5-直通管路;0-6-流入管路;0-7-流出管路;100-热端; 200-冷端;300-相变蓄热器。
1-储盐罐;1-1-内壁;1-2-外壁;1-3-保温层;1-4-进盐口;1-5-安全阀;1-6-压力表;1-7-温度表;1-8-顶盖;1-9-出盐口;2-圆筒形换热盘管; 2-1-换热盘管入口;2-2-换热盘管出口;3-电加热装置;4-相变材料;5- 绝热材料层。
具体实施方式
如图1所示,相变蓄热器换热管路并联结构包括第一阀门0-1、第二阀门0-2、第一逆止阀0-3和第二逆止阀0-4,热端100依次通过所述第一阀门0-1和所述第二阀门0-2与冷端200连通,所述第一阀门0-1和所述第二阀门0-2之间的连通管路为直通管路0-5,邻近所述第一阀门0-1的所述直通管路0-5与流入管路0-6的第一端连通,所述流入管路0-6的第二端与相变蓄热器300的换热工质入口端连通,邻近所述第二阀门0-2的所述直通管路0-5与流出管路0-7的第一端连通,所述流出管路0-7的第二端与所述相变蓄热器300的换热工质出口端连通;所述第一逆止阀0-3安装在所述流入管路0-6上,所述第二逆止阀0-4安装在所述流出管路0-7上。
如图2所示,相变蓄热器包括储盐罐1以及分别位于所述储盐罐1内的相变材料4、圆筒形换热盘管2和电加热装置3,所述圆筒形换热盘管2与所述储盐罐1同轴,所述圆筒形换热盘管2的筒壁由螺旋形换热盘管构成,并且所述圆筒形换热盘管2的轴向中孔与竖直方向平行,所述电加热装置3 位于所述圆筒形换热盘管2的下方且正对所述圆筒形换热盘管2的轴向中孔,所述相变材料4充满所述储盐罐1内壁与所述圆筒形换热盘管2之间的空腔以及所述圆筒形换热盘管2的轴向中孔。所述电加热装置3的底部及四周包覆有绝热材料层5。所述储盐罐1为圆柱形。所述电加热装置3的底部及四周包覆有绝热材料层5。所述电加热装置3与所述圆筒形换热盘管2的轴向中孔之间的距离为15cm。所述圆筒形换热盘管2的管体上安装有肋片。所述电加热装置3为浸没式电加热器。
由换热盘管构成的圆柱形隔板,且隔板内外都布置有肋片,此隔板的作用在于导流和换热,凭借热源造成的相变材料的温度差进而造成密度差,从而产生自然对流,来取代搅拌器既节约了搅拌器成本,还增大了相变材料储量,并且采用自然对流的方式来增加换热速率。电加热装置3通过加热圆筒形换热盘管2和储盐罐1内部的相变材料4,相变材料4液化之后随着温差的增大,而产生浮升力,使相变材料4在储盐罐1内循环流动。
所述储盐罐1的罐壁包括内壁1-1、外壁1-2以及位于所述内壁1-1和所述外壁1-2之间的保温层1-3。所述保温层1-3为硅酸镁铝保温层。硅酸镁铝材料能耐1000℃以上的高温,具有低热导率和优良的化学稳定性和热稳定性,被广泛应用于工业炉、高温管道和设备的壁衬等场合,是一种理想的高温绝热材料。
所述圆筒形换热盘管2靠近所述电加热装置3的一端设有换热盘管入口 2-1,所述圆筒形换热盘管2远离所述电加热装置3的一端设有换热盘管出口2-2。圆筒形换热盘管2内的传热工质通过储盐罐1侧面的换热盘管入口 2-1注入或补充,换热盘管入口2-1有密封盖密封。所述流入管路0-6的第二端与所述换热盘管入口2-1连通,所述流出管路0-7的第二端与所述换热盘管出口2-2连通。
所述储盐罐1的顶盖1-8上分别安装设置有进盐口1-4、安全阀1-5、压力表1-6和温度表1-7;所述进盐口1-4与所述储盐罐1内部空腔导通。所述储盐罐1的底部侧壁上设置有出盐口1-9,所述出盐口1-9与所述储盐罐1内部空腔导通。
在储盐罐1的顶盖1-8上安装安全阀1-5、压力表1-6和温度表1-7,以得到其中相变材料4的数据,并保证储盐罐1的安全运行。安全阀1-5的作用:当相变材料4上升到储盐罐1顶部,触发限位装置失效或通过联动装置关闭底部电加热装置3上的阀门失效时,随着内部压力的增大,浮力安全阀1-5开启,通过释放部分管内气体减压,保证储盐罐1的运行安全。进盐口1-4为了安全高效的放入相变材料4。
本实施例的无搅拌器的单罐相变蓄热器在实际应用中,能实现以下功能:
蓄热过程:开始前在储盐罐1内通过进盐口1-4充注相变材料4,开启底部电加热装置3对相变材料4进行电加热至液态,将压力表1-6和温度表 1-7从储盐罐1的顶盖1-8开孔处插入。在此过程中虽然没有搅拌器的强制对流换热,但是凭借热源产生的自然对流换热和圆筒形换热盘管2产生的导流区也可以有不错的效果。
放热过程:换热工质通过换热盘管入口2-1进入圆筒形换热盘管2内,控制换热工质流体在圆筒形换热盘管2内流动,吸收相变材料4所储存的能量,肋片可对换热进行强化,换热后的工质流体自换热盘管出口2-2流出,实现放热。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.相变蓄热器换热管路并联结构,其特征在于,包括第一阀门(0-1)、第二阀门(0-2)、第一逆止阀(0-3)和第二逆止阀(0-4),热端(100)依次通过所述第一阀门(0-1)和所述第二阀门(0-2)与冷端(200)连通,所述第一阀门(0-1)和所述第二阀门(0-2)之间的连通管路为直通管路(0-5),邻近所述第一阀门(0-1)的所述直通管路(0-5)与流入管路(0-6)的第一端连通,所述流入管路(0-6)的第二端与相变蓄热器(300)的换热工质入口端连通,邻近所述第二阀门(0-2)的所述直通管路(0-5)与流出管路(0-7)的第一端连通,所述流出管路(0-7)的第二端与所述相变蓄热器(300)的换热工质出口端连通;所述第一逆止阀(0-3)安装在所述流入管路(0-6)上,所述第二逆止阀(0-4)安装在所述流出管路(0-7)上。
2.根据权利要求1所述的相变蓄热器换热管路并联结构,其特征在于,所述相变蓄热器(300)包括储盐罐(1)以及分别位于所述储盐罐(1)内的相变材料(4)、圆筒形换热盘管(2)和电加热装置(3),所述圆筒形换热盘管(2)与所述储盐罐(1)同轴,所述圆筒形换热盘管(2)的筒壁由螺旋形换热盘管构成,并且所述圆筒形换热盘管(2)的轴向中孔与竖直方向平行,所述电加热装置(3)位于所述圆筒形换热盘管(2)的下方且正对所述圆筒形换热盘管(2)的轴向中孔,所述相变材料(4)充满所述储盐罐(1)内壁与所述圆筒形换热盘管(2)之间的空腔以及所述圆筒形换热盘管(2)的轴向中孔。
3.根据权利要求2所述的相变蓄热器换热管路并联结构,其特征在于,所述储盐罐(1)的罐壁包括内壁(1-1)、外壁(1-2)以及位于所述内壁(1-1)和所述外壁(1-2)之间的保温层(1-3);所述圆筒形换热盘管(2)靠近所述电加热装置(3)的一端设有换热盘管入口(2-1),所述圆筒形换热盘管(2)远离所述电加热装置(3)的一端设有换热盘管出口(2-2);所述流入管路(0-6) 的第二端与所述换热盘管入口(2-1)连通,所述流出管路(0-7)的第二端与所述换热盘管出口(2-2)连通。
4.根据权利要求2所述的相变蓄热器换热管路并联结构,其特征在于,所述储盐罐(1)的顶盖(1-8)上分别安装设置有进盐口(1-4)、安全阀(1-5)、压力表(1-6)和温度表(1-7);所述进盐口(1-4)与所述储盐罐(1)内部空腔导通。
5.根据权利要求2所述的相变蓄热器换热管路并联结构,其特征在于,所述储盐罐(1)的底部侧壁上设置有出盐口(1-9),所述出盐口(1-9)与所述储盐罐(1)内部空腔导通。
6.根据权利要求3所述的相变蓄热器换热管路并联结构,其特征在于,所述保温层(1-3)为硅酸镁铝保温层。
7.根据权利要求2-6任一所述的相变蓄热器换热管路并联结构,其特征在于,所述储盐罐(1)为圆柱形。
8.根据权利要求2-6任一所述的相变蓄热器换热管路并联结构,其特征在于,所述电加热装置(3)的底部及四周包覆有绝热材料层(5)。
9.根据权利要求2-6任一所述的相变蓄热器换热管路并联结构,其特征在于,所述圆筒形换热盘管(2)的管体上安装有肋片。
10.根据权利要求2-6任一所述的相变蓄热器换热管路并联结构,其特征在于,所述电加热装置(3)与所述圆筒形换热盘管(2)的轴向中孔之间的距离为15cm,所述电加热装置(3)为浸没式电加热器。
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