CN213395925U - 一种螺旋盘管式换热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种螺旋盘管式换热装置，包括：壳体，端盖，至少一个净水盘管，至少一个第一热源盘管以及至少一个第二热源盘管；其中，壳体一端为开口端，另一端为封闭端，其内部腔体中填充有相变材料；端盖盖合于壳体的开口端，端盖上设置有通孔，使得净水盘管、第一热源盘管以及第二热源盘管的进水口和出水口能够引出并贯穿端盖；至少一个净水盘管、至少一个第一热源盘管和至少一个第二热源盘管在壳体的内部腔体中沿着壳体轴向交替层叠排列。本实用新型提供的螺旋盘管式换热装置结构简单，布置紧凑，热量传递效率高，并且不易产生水垢，使用寿命长。

Description

一种螺旋盘管式换热装置

技术领域

本实用新型涉及热能存储技术领域，具体涉及一种螺旋盘管式换热装置。

背景技术

热能是生产和生活中不可或缺的一种能量形式，家用热水器、工业锅炉等都需要通过燃气、燃煤或耗电等形式来获得热能，并且需要不断地消耗能源来保证热能的持续供应，产生极大的生活和生产成本。另一方面，工业生产中会大量的余热，这部分热能除了少部分加以利用以外，多数都被排入环境中浪费掉。

现有的热泵通常使冷媒进入低温腔体存贮，不仅使换热效率降低，也容易产生水垢沉积。并且，即使通过峰谷加热的方式来降低成本，但过多的能源消耗也使其节能环保性能降低。

发明内容

本实用新型针对现有技术的缺陷，提供一种螺旋盘管式换热装置，用于解决废热回收利用率低和现有热泵水垢易沉积、能源消耗大以及换热不均匀的问题。

本实用新型提供了一种螺旋盘管式换热装置，其包括：壳体，端盖，至少一个净水盘管，至少一个第一热源盘管以及至少一个第二热源盘管；其中，

壳体一端为开口端，另一端为封闭端，其内部腔体中填充有相变材料；

至少一个净水盘管具有与其相连的第一进水口和第一出水口，至少一个第一热源盘管具有与其相连的第二进水口和第二出水口，至少一个第二热源盘管具有与其相连的第三进水口和第三出水口；

端盖盖合于所述壳体的开口端，端盖上设置有通孔，使得与净水盘管相连的第一进水口和第一出水口、与第一热源盘管相连的第二进水口和第二出水口以及与第二热源盘管相连的第三进水口和第三出水口能够引出并贯穿端盖；

至少一个净水盘管与至少一个第一热源盘管在壳体的内部腔体中沿着壳体轴向交替层叠排列，和/或，至少一个净水盘管与所述至少一个第二热源盘管在壳体的内部腔体中沿着壳体轴向交替层叠排列。

进一步地，至少一个第一热源盘管和至少一个第二热源盘管间隔设置。

进一步地，净水盘管、第一热源盘管和第二热源盘管的数量均为多个；

多个净水盘管并联连接，多个第一热源盘管串联连接，多个第二热源盘管串联连接。

进一步地，净水盘管的数量为M个，第一热源盘管和第二热源盘管的数量均为N个，其中M>N，且M，N均为大于1的整数。

进一步地，交替层叠排列的每个净水盘管与相邻的第一热源盘管之间距离相等，交替层叠排列的每个净水盘管与相邻的第二热源盘管之间距离相等。

进一步地，净水盘管为中空的螺旋形管状结构，管的两端都是开口结构，液体可以从管的一端流进，从另一端流出；

所述第一热源盘管和所述第二热源盘管均为中空的蛇形结构，管两端都是开口结构，液体可以从管的一端流入，从另一端流出。

进一步地，相变储能材料为固—固相变储能材料，固—固相变储能材料的相变温度为50-55℃。

进一步地，固—固相变储能材料为多元醇类、石蜡、聚乙烯、三水合醋酸钠中的一种。

进一步地，壳体内壁上设置有多个固定部件，用于将净水盘管、第一热源盘管以及第二热源盘管固定于腔体内。

进一步地，固定部件为L型不锈钢弯角件。

进一步地，净水盘管、第一热源盘管和第二热源盘管的材料为导热材料。

进一步地，壳体和端盖外表面设置有保温层，保温层外部设置有保护壳。

本实用新型提供的螺旋盘管式换热装置，在壳体的内部腔体中设置了至少一个净水盘管，至少一个第一热源盘管和至少一组第二热源盘管，在腔体内填充有固—固相变储能材料，当具有一定温度的热源流体流过第一热源盘管和第二热源盘管时与相变材料发生热交换，从而将热能传递到相变材料中进行存储；当需要使用热水时，只需要使冷水从净水盘管流过，冷水即可与相变储能材料发生热交换，使水温升高，获得需要的热水。

本实用新型的优点和取得的技术效果：

1、多个净水盘管、第一热源盘管和第二热源盘管交替层叠设置，结构简单，布置紧凑，热量传递效率高；

2、螺旋盘管式换热装置没有贮水结构，不易产生水垢沉积，使用寿命长。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例提供的螺旋盘管式换热装置结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例提供的螺旋盘管式换热装置的正剖面视图；

图3为根据本实用新型实施例提供的螺旋盘管式换热装置的螺旋盘管图；

图4为根据本实用新型实施例提供的螺旋盘管式换热装置的净水盘管结构示意图；

图5为根据本实用新型实施例提供的螺旋盘管式换热装置的第一热源盘管和第二热源盘管结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种螺旋盘管式换热装置，包括壳体1、端盖2、至少一个净水盘管3、至少一个第一热源盘管4以及至少一个第二热源盘管5。壳体1一端为开口端，另一端为封闭端，在壳体1的内部腔体中填充有相变储能材料。至少一个净水盘管3具有与其相连的第一进水口310和第一出水口320，至少一个第一热源盘管4具有与其相连的第二进水口410和第二出水口420，至少一个第二热源盘管5具有与其相连的第三进水口510和第三出水口520。

端盖2盖合于壳体1的开口端，端盖2上设置有通孔，使得与净水盘管3相连的第一进水口310和第一出水口320、与第一热源盘管4相连的第二进水口410和第二出水口420、以及与第二热源盘管5相连的第三进水口510和第三出水口520能够引出并贯穿端盖2。端盖2可以采用螺纹、法兰等形式盖合于壳体1的开口端，当端盖2处于打开状态时，可通过壳体1的开口端向壳体2内部注入相变储能材料。端盖2上的通孔边缘可设置密封胶圈，以保证壳体1的内部为密闭空间。

至少一个净水盘管3与至少一个第一热源盘管4沿着壳体轴向交替层叠排列，和/或，至少一个净水盘管3与至少一个第二热源盘管5在壳体1的内部腔体中沿着壳体1的轴向交替层叠排列。即包含两种情况，第一种是净水盘管3可以设置于两个相邻的第一热源盘管4之间，并且净水盘管3也位于相邻的两个第二热源盘管之间；第二种是净水盘管3位于两个相邻的第一热源盘管4之间，第二热源盘管5任意布置，或者净水盘管3位于两个相邻的第二热源盘管5之间，第一热源盘管4任意布置。进一步地，至少一个第一热源盘管4与至少一个第二热源盘管5间隔设置，即热源盘管之间由净水盘管3间隔开，净水盘管与热源盘管的间距优选30-50mm，本领域技术人员也可以根据需要设置该间距。

具体地，净水盘管3、第一热源盘管4和第二热源盘管5的数量既可以均为1个，也可以分别为多个。图4所示为净水盘管3的结构示意图，净水盘管3呈螺旋形管状结构，管的两端为开口结构，液体可以从管的一端流入，从另一端流出。图5所示为第一热源盘管4和第二热源盘管5的结构示意图，二者均为中空的蛇形结构，管的两端为开口结构，液体可以从管的一端流入，从另一端流出。

具体地，当第一热源盘管4和第二热源盘管5的数量均为1个时，三者层叠排列，优选净水盘管3位于第一热源盘管4和第二热源盘管5之间，净水盘管3的两端31和32分别与第一进水口310和第一出水口320连接，第一热源盘管4的两端41和42分别与第二进水口410和第二出水口420连接，第二热源盘管5的两端51和52分别与第三进水口510和第三出水口520连接。第一进水口310、第一出水口320、第二进水口410、第二出水口420、第三进水口510和第三出水口520均从端盖2上的通孔引出并贯穿端盖，以便与外部热源管道和净水管道连接。当净水盘管3、第一热源盘管4和第二热源盘管5的数量分别为多个时，多个净水盘管3并联连接，多个第一热源盘管4串联连接，多个第二热源盘管5串联连接。如图2和图3所示，多个净水盘管3并联连接，每个净水盘管3的一端与第一进水口310连接，每个净水盘管3的另一端与第一出水口320连接，第一进水口310和第一出水口320从端盖上的通孔引出并贯穿端盖，以便于外部净水管道连接；多个第一热源盘管4串联连接，即位于水路两个端部的第一热源盘管4的一端分别与第二进水口410和第二出水口420连接，另一端与位于相邻位置的第一热源盘管4的一端连接，中间位置的每个第一热源盘管4的一端与相邻的第一热源盘管4的一端连接，第二进水口410和第二出水口420从端盖上的通孔引出并贯穿端盖，以便于外部净水管道连接；多个第二热源盘管5串联连接，即位于水路两个端部的第二热源盘管5的一端分别与第三进水口510和第三出水口520连接，另一端与位于相邻位置的第二热源盘管5的一端连接，中间位置的每个第二热源盘管5的一端与相邻的第二热源盘管5的一端连接，第三进水口510和第三出水口520从端盖上的通孔引出并贯穿端盖，以便于外部净水管道连接。第一热源盘管4形成的水路与第二热源盘管5形成的水路相互独立，二者可分别单独工作。由此，具有一定温度的热源流体可分别沿着串联连接的多个第一热源盘管4和多个二热源盘管5流动，第一热源盘管4和第二热源盘管5与相变材料的接触面积大，相变材料吸热效率高。

在本实用新型的实施例中，净水盘管4的数量为M个，第一热源盘管4的数量和第二热源盘管5的数量均为N个，其中M>N，且M，N均为大于1的整数。交替层叠排列的每个净水盘管3与相邻的第一热源盘管4之间的距离相等，交替层叠排列的每个净水盘管3与相邻的第二热源盘管5之间的距离相等。优选地，净水盘管3与相邻的第一热源盘管4以及第二热源盘管5之间的距离也相等，以保证相变储能材料的吸放热过程均匀变化。

在本实用新型的实施例中，相变材料为固—固相变材料，其相变温度为50-55℃。固—固相变材料可选自多元醇类、石蜡、聚乙烯、三水合醋酸钠等，优选三水合醋酸钠，使得该螺旋盘管式换热装置具有更高的吸放热效率和储热能力。相变材料填充于壳体1的内部并将净水盘管3、第一热源盘管4和第二热源盘管5完全包覆。

在本实用新型中，壳体2的内壁上设置有多个固定部件(未示出)，用于将净水盘管3、第一热源盘管4和第二热源盘管5固定于腔体内。具体地，固定部件为L型不锈钢弯角固定件，该固定件为L型，不锈钢材质，其具有能够将盘管卡入的凹槽，并且该固定件通过焊接、螺钉等方式与壳体固定连接。本领域技术人员也可以根据需要采用其他固定方式，例如卡扣、开设在壳体内壁上的凹槽等，此处不作具体限定。

净水盘管3、第一热源盘管4和第二热源盘管5采用导热材料制作，导热材料可以为金属材料，如铜、铝等，本领域技术人员可以根据需要进行选择，此处不作具体限定。

可选地，本实用新型的螺旋盘管式换热装置的第一进水口310、第二进水口410和第三进水口510上还可以安装测温元件(如热电偶)以及压力泵，以监测进水温度并保证一定的供水压力；在第一出水口320、第二出水口420和第三出水口520上可以安装流量计、测温元件、压力监测元件等，以便对出水流量、温度和压力进行实时监测。

可选地，本实用新型的螺旋盘管式换热装置的壳体1和端盖2的外表面还可以设置一定厚度的保温层(如5cm)，以降低热量自然耗散的速度，并且在保温层的外部还可以设置保护壳，以防止该装置被外力或物体损坏。

下面通过一个具体实施例对本实用新型的螺旋盘管式换热装置的工作原理进行阐述：

在本实施例中，如图3所示，净水盘管3的数量为10个，第一热源盘管4和第二热源盘管5的数量分别为5个。净水盘管3、第一热源盘管4和第二热源盘管5在壳体1的内部沿着轴向等间距间隔排列，其相互之间的间距为35mm。净水盘管的外沿直径为380mm，管径10mm。

螺旋盘管式换热装置的工作过程包括储热和放热两个阶段。其中，储热阶段是利用壳体1内固-固相变储能材料和第一热源盘管4和第二热源盘管5之间的换热实现。固-固相变储能材料具有较大的潜热，可有效吸收热源盘管内的热量并储存起来。第一热源盘管4和第二热源盘管5埋设于相变储能材料内部，有利于相变储能材料和热源盘管之间的换热。放热阶段是利用固-固相变储能材料向净水盘管3内的低温水传热，实现相变储能材料的放热过程。其中，净水盘管3均匀埋设于相变储能材料中，当低温冷水流过管路时，高温相变储能材料向冷水释放热量，冷水升温从而得到所需温度的热水。

本实施例中，第一热源盘管4和第二热源盘管5的进水温度为80℃，经过与相变储能材料发生热交换后，其出口温度为63℃。低温净水通过第一进水口310分别进入10个净水盘管3并与相变储能材料发生热交换，在入水温度为15℃、流量为5L/min的条件下，实现出水量(≥40℃)大于80L。

本实用新型提供的螺旋盘管式换热装置，采用螺旋盘管式水路结构，没有贮水结构，避免了过多储存水而导致的水垢沉积问题，使得该装置使用寿命长。净水盘管与热源盘管交替层叠设置，螺旋盘管式水路结构最大程度地增加了换热面积，使水和相变储能材料能够充分均匀的进行换热，并且热源盘管也是蛇形结构，其增加了热源流体与相变储能材料的换热时间和换热面积。此外，本实用新型提供的螺旋盘管式换热装置加入了相变储能材料，降低了电力和化石能源的过多消耗，节约了使用成本，其具有快速储热和放热的优点，能够满足人们生产和生活的需求。并且，该装置能够对废热进行有效地回收利用，节约了能源，保护了环境。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种螺旋盘管式换热装置，其特征在于，包括：壳体，端盖，至少一个净水盘管，至少一个第一热源盘管以及至少一个第二热源盘管；其中，

所述壳体一端为开口端，另一端为封闭端，其内部腔体中填充有相变储能材料；

所述至少一个净水盘管具有与其相连的第一进水口和第一出水口，所述至少一个第一热源盘管具有与其相连的第二进水口和第二出水口，所述至少一个第二热源盘管具有与其相连的第三进水口和第三出水口；

所述端盖盖合于所述壳体的开口端，所述端盖上设置有通孔，使得与所述净水盘管相连的第一进水口和第一出水口、与所述第一热源盘管相连的第二进水口和第二出水口以及与所述第二热源盘管相连的第三进水口和第三出水口能够引出并贯穿端盖；

所述至少一个净水盘管与所述至少一个第一热源盘管在壳体的内部腔体中沿着壳体轴向交替层叠排列，和/或，所述至少一个净水盘管与所述至少一个第二热源盘管在壳体的内部腔体中沿着壳体轴向交替层叠排列。

2.根据权利要求1所述的螺旋盘管式换热装置，其特征在于，所述至少一个第一热源盘管和所述至少一个第二热源盘管间隔设置。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋盘管式换热装置，其特征在于，所述净水盘管、第一热源盘管和第二热源盘管的数量均为多个；

所述多个净水盘管并联连接，所述多个第一热源盘管串联连接，所述多个第二热源盘管串联连接。

4.根据权利要求3所述的螺旋盘管式换热装置，其特征在于，所述净水盘管的数量为M个，所述第一热源盘管和第二热源盘管的数量均为N个，其中M>N，且M，N均为大于1的整数。

5.根据权利要求1或2所述的螺旋盘管式换热装置，其特征在于，所述交替层叠排列的每个净水盘管与相邻的第一热源盘管之间距离相等，所述交替层叠排列的每个净水盘管与相邻的第二热源盘管之间距离相等。

6.根据权利要求1所述的螺旋盘管式换热装置，其特征在于，所述净水盘管为中空的螺旋形管状结构，管的两端都是开口结构，液体可以从管的一端流进，从另一端流出；

所述第一热源盘管和所述第二热源盘管均为中空的蛇形结构，管两端都是开口结构，液体可以从管的一端流入，从另一端流出。

7.根据权利要求1所述的螺旋盘管式换热装置，其特征在于，所述相变储能材料为固—固相变储能材料，所述固—固相变储能材料的相变温度为50-55℃。

8.根据权利要求7所述的螺旋盘管式换热装置，其特征在于，所述固—固相变储能材料为多元醇类、石蜡、聚乙烯、三水合醋酸钠中的一种。

9.根据权利要求1所述的螺旋盘管式换热装置，其特征在于，所述壳体内壁上设置有多个固定部件，用于将所述净水盘管、所述第一热源盘管以及所述第二热源盘管固定于腔体内。

10.根据权利要求9所述的螺旋盘管式换热装置，其特征在于，所述固定部件为L型不锈钢弯角件固定件。

11.根据权利要求1所述的螺旋盘管式换热装置，其特征在于，所述净水盘管、所述第一热源盘管和所述第二热源盘管的材料为导热材料。

12.根据权利要求1所述的螺旋盘管式换热装置，其特征在于，所述壳体和端盖外表面设置有保温层，所述保温层外部设置有保护壳。

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