CN221404011U - 一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器，涉及气液换热器领域。它包括上部换热器和下部换热器，上部换热器和下部换热器均包括壳体、第一管侧口、多个第一壳侧口、第二管侧口、多个第二壳侧口多层翅片管束；上部换热器的第一管侧口与下部换热器的第二管侧口连接；上部换热器的第一壳侧口与下部换热器的第二壳侧口连接；壳体内部第一壳侧口处设置有第一气流调节板，壳体内部第二壳侧口处设置有第二气流调节板。本实用新型设置的气侧入口布风板，保证每个气侧通道内气流均布；本实用新型设置的气侧出口导流板，保证换热器出口气流稳定，减少扰流阻力。

Description

一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器

技术领域

本实用新型涉及气液换热器领域，更具体地说它是一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器。

背景技术

近年来，光伏、风电等新能源发电形式装机容量不断上升，由于新能源发电固有的间歇性和波动性，其不稳定的出力给电力系统的稳定性造成巨大影响；为了削峰填谷，储能技术得以大力发展，其中，压缩空气储能技术具有单机容量大、储能时间长、储能效率高、运行平稳的优点，有较大的发展潜力。

压缩空气储能的原理是：当电网的发电功率大于用电负荷时进行储能，空气压缩机消耗部分电能将空气压缩至高压状态并储存在储气库中，使用储热介质(水、导热油或熔盐)回收热能；释能阶段，储气库中的高压空气经储热介质加热后进入膨胀机，推动透平转动从而发电。

压缩空气储能电站的储能和释能阶段都伴随着大量的气液热交换过程，换热器的性能对压缩空气储能效率的影响极大，为减小压缩空气流动阻力，近期在建及规划建设的压缩空气储能电站在低压力区间一般采用翅片管换热器，对于100MW级及以上大容量压缩空气储能电站，换热系统需要的换热面积较大，受限于换热器外形尺寸，通常将两台换热器串联使用，空气从上一级换热器的壳侧出口通过压缩空气管道接至下一级换热器的壳侧入口，这种技术方案通常会存在管道工程量大、换热区域设备占地面积大等问题，同时由于大容量压缩空气储能电站管道管径较大，换热器气侧接口推力和推力矩可能超出允许值，严重影响压缩空气储能电站的安全稳定运行。

因此，为解决现有的大容量压缩空气储能电站两级串联换热器存在的连接管道工程量大、换热区域设备占地面积大以及气侧管道接口推力和推力矩影响换热器设备安全稳定运行的问题，研发一种新型的适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器，其特征在于：包括上部换热器和下部换热器，上部换热器和下部换热器叠置式布置，所述上部换热器和下部换热器均包括壳体、位于壳体左侧底部的第一管侧口、位于壳体底部中间的多个第一壳侧口、位于壳体左侧顶部的第二管侧口、位于壳体顶部中间的多个第二壳侧口、位于壳体内部的多层翅片管束；

所述上部换热器的第一管侧口与下部换热器的第二管侧口连接；所述上部换热器的第一壳侧口与下部换热器的第二壳侧口连接；

所述壳体内部第一壳侧口处设置有第一气流调节板，所述壳体内部第二壳侧口处设置有第二气流调节板。

在上述技术方案中，当上部换热器和下部换热器用于压缩侧系统时，所述上部换热器为第一级换热器，下部换热器为第二级换热器，第一管侧口为管侧入口，第二管侧口为管侧出口，第一壳侧口为壳侧出口，第二壳侧口为壳侧入口，第一气流调节板为壳侧出口导流板，第二气流调节板为壳侧入口布风板；

当上部换热器和下部换热器用于膨胀侧系统时，所述下部换热器为第一级换热器，上部换热器为第二级换热器，第一管侧口为管侧出口，第二管侧口为管侧入口，第一壳侧口为壳侧入口，第二壳侧口为壳侧出口，第一气流调节板为壳侧入口布风板，第二气流调节板为壳侧出口导流板。

在上述技术方案中，所述壳体内沿轴向设置多块支撑导流板。

在上述技术方案中，所述上部换热器的第一壳侧口与下部换热器的第二壳侧口通过金属或非金属补偿器连接；所述上部换热器的第一管侧口与下部换热器的第二管侧口通过金属补偿器连接。

在上述技术方案中，所述下部换热器底部设置有换热器支座。

在上述技术方案中，所述换热器支座向上延伸与上部换热器连接并作为上部换热器的支座。

在上述技术方案中，所述支撑导流板位于相邻第一壳侧口之间。

在上述技术方案中，当上部换热器和下部换热器用于压缩侧系统时，所述下部换热器的壳体底部设置有多个冷凝水出口，所述冷凝水出口位于相邻第一壳侧口之间。

在上述技术方案中，所述多层翅片管束为整体轧制低翅片管或焊接式/挤压式高翅片管。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1)本实用新型将两台换热器叠置，可以替代现有的换热器平铺方案，减少换热器的占地面积，使电站换热区设备更紧凑，有利于提高厂区集成度。

2)本实用新型将一台换热器的壳侧出口与另一台换热器的壳侧入口直接连接，在保证换热效果的同时，显著减少连接两台串联换热器的大管径压缩空气管道的用量，可以降低工程量，节约成本；同时降低了连接两台串联换热器的管道的流动阻力，提高电站电电转换效率。

3)本实用新型中两级换热器的连接形式简单，可以有效降低因管道热膨胀在换热器接口处产生的推力和推力矩，使换热器结构更稳定，保障换热器系统的安全稳定运行。

4)本实用新型在两级换热器之间的管道上设置补偿器，以补偿管道的热膨胀，从而减小换热器接口之间的应力，增强结构的稳定性和换热器运行安全性。

5)本实用新型设置的气侧入口布风板，保证每个气侧通道内气流均布；本实用新型设置的气侧出口导流板，保证换热器出口气流稳定，减少扰流阻力。

6)本实用新型的壳体内设置有支撑导流板，使壳体内压缩空气按照既定路径与管束交叉流动，既可起到支撑管束的作用，还能作为压缩空气流动的流道，减少不同区域空气流动扰动，降低空气流动阻力。

7)本实用新型的多层翅片管束采用整体轧制低翅片管或焊接式/挤压式高翅片(H型或螺旋翅片)管，可以显著提高换热器的有效传热面积，从而使得更多的热量能够在相同体积的空间内进行传递，提高换热器的传热效率。

附图说明

图1为本实用新型的主视图。

图2为本实用新型的侧视图。

其中，11-上部换热器，12-下部换热器，13-壳体，131-支撑导流板，141-第一管侧口，142-第二管侧口，151-第一壳侧口，152-第二壳侧口，16-多层翅片管束，171-第一气流调节板，172-第二气流调节板，181-金属或非金属补偿器，182-金属补偿器，2-换热器支座，3-冷凝水出口。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点将变得更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器，压缩空气走壳侧，换热介质走管侧，包括上部换热器11和下部换热器12，上部换热器11和下部换热器12叠置式布置，所述上部换热器11和下部换热器12均包括壳体13、位于壳体13左侧底部的第一管侧口141、位于壳体13底部中间的多个第一壳侧口151、位于壳体13左侧顶部的第二管侧口142、位于壳体13顶部中间的多个第二壳侧口152、位于壳体13内部的多层翅片管束16；

所述上部换热器11的第一管侧口141与下部换热器12的第二管侧口142连接；所述上部换热器11的第一壳侧口151与下部换热器12的第二壳侧口152连接。

所述壳体13内部第一壳侧口151处设置有第一气流调节板171，所述壳体13内部第二壳侧口152处设置有第二气流调节板172。

当上部换热器11和下部换热器12用于压缩侧系统时，所述上部换热器11为第一级换热器，下部换热器12为第二级换热器，第一管侧口141为管侧入口，第二管侧口142为管侧出口，第一壳侧口151为壳侧出口，第二壳侧口152为壳侧入口，第一气流调节板171为壳侧出口导流板，第二气流调节板172为壳侧入口布风板；

当上部换热器11和下部换热器12用于膨胀侧系统时，所述下部换热器12为第一级换热器，上部换热器11为第二级换热器，第一管侧口141为管侧出口，第二管侧口142为管侧入口，第一壳侧口151为壳侧入口，第二壳侧口152为壳侧出口，第一气流调节板171为壳侧入口布风板，第二气流调节板172为壳侧出口导流板。

所述壳体13内沿轴向设置多块支撑导流板131，多块所述支撑导流板131之间平行设置。

所述上部换热器11的第一壳侧口151与下部换热器12的第二壳侧口152通过金属或非金属补偿器181连接；壳侧管道根据空气侧压力大小选择设置金属的补偿器或非金属的补偿器，以补偿管道的热膨胀，从而减小换热器接口的应力，增强结构的稳定性。

所述上部换热器11的第一管侧口141与下部换热器12的第二管侧口142通过金属补偿器182连接；换热介质侧管道之间设置金属补偿器182，以补偿管道的热膨胀，降低换热器接口应力。

所述下部换热器12底部设置有换热器支座2。

所述换热器支座2向上延伸与上部换热器11连接并作为上部换热器11的支座。

所述支撑导流板131位于相邻第一壳侧口151之间。

当上部换热器11和下部换热器12用于压缩侧系统时，所述下部换热器12的壳体13底部设置有多个冷凝水出口3，所述冷凝水出口3位于相邻第一壳侧口151之间。

所述多层翅片管束16为整体轧制低翅片管或焊接式/挤压式高翅片管。

换热介质可以为中水、软化水、除盐水、导热油、熔融盐或者其他介质。

实施例1

如图1所示，上部换热器11和下部换热器12叠置式布置，空气走壳侧，换热介质走管侧；当叠置式翅片管换热器用于压缩侧系统，即空气被冷却时，上部换热器11为第一级换热器，下部换热器12为第二级换热器。

高温压缩空气经上部换热器11的第二壳侧口152流入上部换热器11，与多层翅片管束16内的换热介质进行换热，换热介质被压缩空气加热，压缩空气从上部换热器11的第一壳侧口151进入下部换热器12，继续进行换热以达到设计温度，降温后的压缩空气从下部换热器12的第一壳侧口151流出。

被加热的换热介质从上部换热器11的第二管侧口142流出。压缩空气冷却过程中的冷凝水通过冷凝水出口3引出。

实施例2

上部换热器11和下部换热器12叠置式布置，空气走壳侧，换热介质走管侧；当叠置式翅片管换热器用于膨胀侧系统，即空气被加热时，下部换热器12为第一级换热器，上部换热器11为第二级换热器。

低温压缩空气经下部换热器12的第一壳侧口151流入下部换热器12，与多层翅片管束16内的换热介质进行换热，压缩空气被换热介质加热，压缩空气从下部换热器12的第二壳侧口152进入上部换热器11，继续进行换热以达到设计温度，升温后的压缩空气从上部换热器11的第一壳侧口151流出。

被冷却的换热介质从下部换热器12的第一管侧口141流出。其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (9)

1.一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器，其特征在于：包括上部换热器(11)和下部换热器(12)，上部换热器(11)和下部换热器(12)叠置式布置，所述上部换热器(11)和下部换热器(12)均包括壳体(13)、位于壳体(13)左侧底部的第一管侧口(141)、位于壳体(13)底部中间的多个第一壳侧口(151)、位于壳体(13)左侧顶部的第二管侧口(142)、位于壳体(13)顶部中间的多个第二壳侧口(152)、位于壳体(13)内部的多层翅片管束(16)；

所述上部换热器(11)的第一管侧口(141)与下部换热器(12)的第二管侧口(142)连接；所述上部换热器(11)的第一壳侧口(151)与下部换热器(12)的第二壳侧口(152)连接；

所述壳体(13)内部第一壳侧口(151)处设置有第一气流调节板(171)，所述壳体(13)内部第二壳侧口(152)处设置有第二气流调节板(172)。

2.根据权利要求1所述的一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器，其特征在于：当上部换热器(11)和下部换热器(12)用于压缩侧系统时，所述上部换热器(11)为第一级换热器，下部换热器(12)为第二级换热器，第一管侧口(141)为管侧入口，第二管侧口(142)为管侧出口，第一壳侧口(151)为壳侧出口，第二壳侧口(152)为壳侧入口，第一气流调节板(171)为壳侧出口导流板，第二气流调节板(172)为壳侧入口布风板；

当上部换热器(11)和下部换热器(12)用于膨胀侧系统时，所述下部换热器(12)为第一级换热器，上部换热器(11)为第二级换热器，第一管侧口(141)为管侧出口，第二管侧口(142)为管侧入口，第一壳侧口(151)为壳侧入口，第二壳侧口(152)为壳侧出口，第一气流调节板(171)为壳侧入口布风板，第二气流调节板(172)为壳侧出口导流板。

3.根据权利要求2所述的一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器，其特征在于：所述壳体(13)内沿轴向设置多块支撑导流板(131)。

4.根据权利要求3所述的一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器，其特征在于：所述上部换热器(11)的第一壳侧口(151)与下部换热器(12)的第二壳侧口(152)通过金属或非金属补偿器(181)连接；所述上部换热器(11)的第一管侧口(141)与下部换热器(12)的第二管侧口(142)通过金属补偿器(182)连接。

5.根据权利要求4所述的一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器，其特征在于：所述下部换热器(12)底部设置有换热器支座(2)。

6.根据权利要求5所述的一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器，其特征在于：所述换热器支座(2)向上延伸与上部换热器(11)连接并作为上部换热器(11)的支座。

7.根据权利要求6所述的一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器，其特征在于：所述支撑导流板(131)位于相邻第一壳侧口(151)之间。

8.根据权利要求7所述的一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器，其特征在于：当上部换热器(11)和下部换热器(12)用于压缩侧系统时，所述下部换热器(12)的壳体(13)底部设置有多个冷凝水出口(3)，所述冷凝水出口(3)位于相邻第一壳侧口(151)之间。

9.根据权利要求8所述的一种适用于压缩空气储能的叠置式翅片管换热器，其特征在于：所述多层翅片管束(16)为整体轧制低翅片管或焊接式/挤压式高翅片管。