CN2531344Y - 一体化管道式相变蓄热模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集相变蓄热、强制换热、管道于一体并可通过法兰连接组合成系统的模块化蓄能装置。它是用内螺纹金属管道做换热体，通过垂直于管道紧配合并行窜着间距为10mm的金属导热翅片与相变蓄热层进行热交换，实现管道内水与翅片间相变蓄热层的热量传递，管道的两端焊有连接法兰，相变蓄热层内设温度传感器，用于监测其工作状态。由其组成的蓄热系统，可实现直供、边蓄边供、蓄冷、释热等运行模式。

Description

一体化管道式相变蓄热模块

所属技术领域：

本实用新型涉及一种模块化的蓄能装置，尤其是涉及一种集换热蓄热保温于一体并可通过法兰连接组合成系统的一体化管道式相变蓄热模块。

背景技术：

目前，蓄热技术是电网削峰填谷、调荷节电、提高用电负荷率、节约能源的关键技术。公知的蓄能系统一般用水作蓄热、传热介质，由热源设备(制冷压缩机或电热锅炉等)，蓄能装置(蓄冰槽、蓄热水箱)、换热器、循环泵、管道、阀门、末端设备(散热器或风机盘管)等部分组成。其工作流程如下；蓄能时，热源设备产生的能量通过介质水在蓄能循环泵的作用下存储到蓄能装置中；放热时，存储到蓄能装置中的能量通过介质水在取热循环泵的作用下沿管道流经换热器，在此实现能量交换后，再次通过供热循环将能量经末端传递给空气中，以达到供冷或供热等目的。但是，由于水的冰点为0℃，过冷度为-6℃，结冰时体积膨胀9％，用它作蓄冷介质就降低了压缩机的制冷效率并提高了蓄冷装置的复杂性和制造难度，作为蓄热材料时其显热密度较小，使蓄热装置体积较大造价大。组成的蓄能系统所需设备庞杂，系统复杂，占地空间大，管道热损失大，初投资高，推广难度较大。

本实用新型的目的：

为克服现有蓄能设备及其蓄能系统的种种不足，本实用新型提供一种一体化管道式相变蓄热模块，该实用新型不仅涉及一种特殊的相变蓄热材料；而且涉及一种具有较高换热能力的模块化管道，该管道是用无缝钢管经特殊加工处理而成，具有比普通管道高3倍的换热能力；还涉及一种能够进行快速组合联接的联接方式。由此制造成的该实用新型不仅具有蓄能功能，而且具有很强的换热能力，还能够通过组合联接形成简单灵活、紧凑可靠的模块化集成系统；从根本上解决了由常规设备组成的蓄能系统所需设备庞杂、系统复杂、占地空间大、管道热损失大、初投资高、推广难度较大等问题和缺点。本实用新型所采取的技术方案：

在钢制金属管道的内壁加工出粗糟的三角螺纹，以增加传热面积和换热能力；在管道外侧设蓄热腔，腔体由金属钢板焊接而成，呈长方体或圆柱体，腔内设有数组导热翅片，翅片与管道紧配合垂直布置，翅片间距的大小由相变材料的传热特性经计算确定；腔内充满相变蓄热材料；腔外设保温材料层和金属保护层；钢制金属管道的两端设金属法兰，法兰间可以通过螺栓联接。本实用新型的工作原理和工作流程是：

1.蓄热过程：介质水经热源加热后其温度高于相变材料的相变温度并流经该实用新型时，其所携带的热量经管道传递到外壁，再通过均布的翅片扩散传递到相变材料，相变材料获得足够的能量后，逐渐发生晶格变化----相变，相变结束时潜热蓄能完成。

2.释热过程：热源加热停止，介质水经末端循环，其温度低于相变并流经该实用新型时，其所携带相变材料中的热量或冷量通过均布的翅片扩散经管道传递到内壁，再传递到介质水，相变材料逐渐发生晶格变化----相变，释放所存的潜能后，相变材料的温度开始下降并释放显能，达到规定的温度时，释热过程结束。本实用新型的有益效果是：

可以通过特制的管道和翅片的传热完成相变材料的蓄释能两种功能，结构简单，稳定可靠。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的纵剖面构造图。

图1中：1.保温层，2.蓄热层—相变材料，3.连接法兰，4.金属管道，5金属导热翅片、6.温度传感器。保温层(1)外侧设有金属保护层，厚度50-100mm；蓄热层(2)为金属管道外侧与保温层内侧部分，由相变蓄热材料及导热金属翅片组成；连接法兰(3)与金属管道(4)间电焊连接。

图2是用本实用新型与相关设备组成的相变蓄能供暖或供冷系统实施例的工作原理图。

在图2所示实施例中：1.热源(如电锅炉或制冷压缩机)，2.本实用新型—相变蓄热模块，3.供热循环泵，4.系统管道，5.用户末端，6.供暖调节阀，7.蓄热调节阀，8.变频调速蓄热循环泵。

图2所示相变蓄热系统可实现直供、边蓄边供、全蓄、全蓄能供热等四种供暖模式，工作原理：

1.直供，就是用热源或冷源(1)直接给末端(5)进行供热或供冷，此时打开阀门(6)，关闭阀门(7)，启动热源1和供热循环水泵(3)，相变蓄热模块(2)和变频调速蓄热循环泵(8)不工作。

2.边蓄边供，按比例控制阀门(6)和阀门(7)的开度，启动热源(1)和供热循环水泵(3)，相变蓄热模块(2)工作，变频调速蓄热循环泵(8)不工作，实现了热源或冷源(1)按比例给末端(5)供热或供冷，同时将部分热量存储到相变蓄热模块(2)中。

3.全蓄，打开阀门(7)，关闭阀门(6)，启动热源(1)和变频调速蓄热循环泵(8)，热量全部存储到相变蓄热模块(2)中，用户末端(5)不对外供热。

4.全蓄能供热，此时打开阀门(6)和阀门(7)，启动变频调速蓄热循环泵(8)，关闭热源(1)和供热循环水泵(3)，全部由相变蓄热模块(2)向用户术端(5)提供热量。

由此可见，本实用新型应用于以电锅炉为热源和以电制冷压缩机组为冷源的供热系统中，可实现低谷蓄热，削峰填谷，平衡电网并提高电网的负荷率等效用，同时由于低谷时段的电价较低，也降低了运行费用。

图3是目前常规供暖和供冷系统的工作原理简意图。

图3中：1.热源，2.用户末端，3.循环水泵，4.系统管道。

图4是目前常用电锅炉蓄热供暖系统的工作原理简意图。

图4中：1.电热锅炉，2.蓄热罐，3.锅炉加热循环泵，4.热交换器，5.用户末端，6.蓄热罐放热控制阀，7.蓄热控制阀，8.供暖系统循环泵，9.蓄热罐供热循环泵。

工作流程：用电低谷时段进行蓄热时，电热锅炉(1)、蓄热罐(2)、锅炉加热循环泵(3)工作，蓄热控制阀(7)打开，蓄热罐放热控制阀(6)关闭，将热量存蓄到蓄热罐(2)。用电平、峰时段进行供热时，蓄热罐(2)、蓄热罐供热循环泵(9)、热交换器(4)、供暖系统循环泵8等工作，蓄热罐放热控制阀(6)打开，将热量送到用户末端(5)，完成供暖。

图5是目前常用冰蓄冷供冷系统的工作原理简意图。

图5中：1.制冷压缩机，2.冷凝器，3.冷却水泵，4.热交换器，5.风机盘管末端，6.蒸发器，7.散热塔，8.乙烯乙二醇溶液管道，9.蓄冷乙烯乙二醇溶液循环泵，10.蓄冰槽，11.释冷乙烯乙二醇溶液循环泵，12.制冷剂管道，13.供冷系统管道，14.膨胀阀，15.供冷系统循环泵。

工作流程：蓄冷时，制冷压缩机(1)、冷凝器(2)、冷却水泵(3)、散热塔(7)、膨胀阀(14)、蒸发器(6)、乙烯乙二醇溶液管道(8)、蓄冷乙烯乙二醇溶液循环泵(9)、蓄冰槽(10)等主要设备运行，通过乙烯乙二醇溶液将压缩机(1)产生的冷量从蒸发器(6)处转移到蓄冰槽(10)储存起来；释冷时，释冷乙烯乙二醇溶液循环泵(11)、热交换器(4)、风机盘管末端(5)、供冷系统循环泵(15)等运行，通过热交换器(4)将蓄冰槽(10)储存的冷量经风机盘管末端(5)送入室内空气，完成了供冷过程。

对比图2、图3、图4、图5后可以看出，图2所示实施例与图3所示常规系统接近，比图4、图5所示常规蓄热或蓄冷系统简单，但功能相同，提高了可靠性和运行效率，简化了系统，减少了设备投资，降低了安装调试、运行等费用，减少了安装调试周期。因此，该实用新型的推广应用将带来较大的经济效益和社会效益，具有广泛的推广价值和发展前景。

按照图2所述的实施方式形成的其他类似的技术方案，也均属本适用新型的保护范围。

按照图1所述的实施方式，若把外形及结构更换为其他类似的技术方案，也均属本适用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种一体化管道式相变蓄热模块，它是由保温层(1)、蓄热层—相变材料(2)、连接法兰(3)、金属管道(4)、金属导热翅片(5)、温度传感器(6)等构成，其特征在于：保温层(1)外侧设有金属保护层，内测与蓄热层间设金属隔离层，蓄热层(2)为金属管道外侧与保温层内侧金属隔离层部分，由相变蓄热材料及规则布置的导热金属翅片组成；与金属管道(4)的两端通过电焊连接有金属法兰(3)。

2.根据权利要求1所述一体化管道式相变蓄热模块，其特征在于：所述金属管道(4)的内壁设有内螺纹。

3.根据权利要求1所述一体化管道式相变蓄热模块，其特征是金属管道(4)的两端通过电焊连接有金属法兰(3)。

4.根据权利要求1所述一体化管道式相变蓄热模块，其特征在于：蓄热层(2)为金属管道外壁与保温层内侧金属隔离层之间形成的金属腔，腔内等间距垂直于管道轴线并相互平行地布置有金属导热翅片(5)，翅片间充有相变蓄热材料。

5.根据权利要求1所述一体化管道式相变蓄热模块，其特征在于：金属导热翅片(5)与金属管道(4)紧配合。

6根据权利要求1所述一体化管道式相变蓄热模块，其特征在于：蓄热层—相变材料(2)中设有温度传感器(6)。

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