一種套管相變蓄熱換熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種套管相變蓄熱換熱器，包括圓形散熱肋片、立管、上端蓋、外殼筒和下端蓋；所述圓形散熱肋片有多個(gè)并上下間隔分布套裝在立管的外周，所述上端蓋位于圓形散熱肋片上方并與外殼筒的上端固定連接，所述下端蓋位于圓形散熱肋片下方并與外殼筒的下端固定連接，所述立管上端穿過(guò)上端蓋并與上端蓋的通孔固定連接，立管下端穿過(guò)下端蓋并與下端蓋的通孔固定連接。本發(fā)明利用內(nèi)部導(dǎo)流立管外周的圓形散熱肋片散熱，對(duì)相變材料加熱，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換熱面積增加、提高整體蓄熱和放熱效率的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種套管相變蓄熱換熱器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及熱交換技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種套管相變蓄熱換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]蓄熱儲(chǔ)能技術(shù)是合理利用現(xiàn)有能源\可再生能源和提高能源利用效率的重要技術(shù)。蓄熱技術(shù)目前主要包括顯熱蓄熱、潛熱蓄熱、化學(xué)反應(yīng)蓄熱和相變蓄熱。相變蓄熱就是利用石蠟、脂肪酸、熔融鹽等相變材料，在材料發(fā)生相變時(shí)吸收或放出熱量來(lái)達(dá)到儲(chǔ)存或釋放能量的目的，由于物質(zhì)的潛熱要比顯熱大很多，且相變材料在發(fā)生相變時(shí)保持溫度恒定，所以相變蓄熱技術(shù)具有儲(chǔ)能密度高、放熱過(guò)程溫度波動(dòng)范圍小等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，相變蓄熱廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能熱利用、工業(yè)余熱回收和采暖空調(diào)等節(jié)能領(lǐng)域。作為蓄熱儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用中核心設(shè)備的相變蓄熱換熱器具有多種結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)有技術(shù)中的相變蓄熱器，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)普遍較低，而且換熱面積較小，造成整體放熱和蓄熱效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種套管相變蓄熱換熱器，利用內(nèi)部導(dǎo)流立管外周的圓形散熱肋片散熱，對(duì)相變材料加熱，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換熱面積增加、提高整體蓄熱和放熱效率的特點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
[0005]—種套管相變蓄熱換熱器，包括圓形散熱肋片、立管、上端蓋、外殼筒和下端蓋;所述圓形散熱肋片有多個(gè)并上下間隔分布套裝在立管的外周，所述上端蓋位于圓形散熱肋片上方并與外殼筒的上端固定連接，所述下端蓋位于圓形散熱肋片下方并與外殼筒的下端固定連接，所述立管上端穿過(guò)上端蓋并與上端蓋的通孔固定連接，立管下端穿過(guò)下端蓋并與下端蓋的通孔固定連接。
[0006]上述套管相變蓄熱換熱器，所述圓形散熱肋片上設(shè)有三角形導(dǎo)流孔和圓形導(dǎo)流孔，所述三角形導(dǎo)流孔分布在立管周邊的圓形散熱肋片上，所述圓形導(dǎo)流孔分布在三角形導(dǎo)流孔外邊的圓形散熱肋片上。
[0007]上述套管相變蓄熱換熱器，所述圓形散熱肋片為旋轉(zhuǎn)拋物面形散熱肋片。
[0008]上述套管相變蓄熱換熱器，所述圓形散熱肋片為平板環(huán)形散熱肋片。
[0009]上述套管相變蓄熱換熱器，所述圓形散熱肋片有兩種，位于立管上部的圓形散熱肋片為旋轉(zhuǎn)拋物面形散熱肋片，位于立管下部的圓形散熱肋片為平板環(huán)形散熱肋片，所述旋轉(zhuǎn)拋物面形散熱肋片的數(shù)量多于平板環(huán)形散熱肋片。
[0010]上述套管相變蓄熱換熱器，增設(shè)連通管，在上端蓋和下端蓋上分別固定連通管，所述連通管與外殼筒內(nèi)腔相連通，連通管的外端口設(shè)有密封蓋。
[0011]本發(fā)明提供的套管相變蓄熱換熱器，在立管外周安裝圓形散熱肋片，增加了散熱面積，在立管周邊的圓形散熱肋片上設(shè)置三角形導(dǎo)流孔和圓形導(dǎo)流孔，在圓形散熱肋片上設(shè)置三角形導(dǎo)流孔和圓形導(dǎo)流孔、主要作用是:石蠟在融化時(shí)，固相和液相之間會(huì)存在固液模糊區(qū)，固液模糊區(qū)中的固液混合物由于重力的作用會(huì)緩緩向下流動(dòng)，圓形散熱肋片上設(shè)置三角形導(dǎo)流孔和圓形導(dǎo)流孔后有助于固液混合物的流動(dòng)，即強(qiáng)化了相變區(qū)域中的自然對(duì)流。同時(shí)，采用旋轉(zhuǎn)拋物面形散熱肋片不開孔，在向外殼筒內(nèi)腔中填充石蠟時(shí)，旋轉(zhuǎn)拋物面形散熱肋片下側(cè)會(huì)殘留很多空氣，導(dǎo)致石蠟無(wú)法填滿外殼筒內(nèi)腔，所以，肋片開孔有利于石蠟的填充。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為圖1中的B-B剖視圖。
[0014]圖中各標(biāo)號(hào)表示為:立管1、上端蓋2、外殼筒3、外殼筒內(nèi)腔4、下端蓋5、連通管6、平板環(huán)形散熱肋片7、三角形導(dǎo)流孔8、圓形導(dǎo)流孔9、旋轉(zhuǎn)拋物面形散熱肋片10。
【具體實(shí)施方式】
[0015]見圖1、2。高溫?fù)Q熱流體可以采用太陽(yáng)能熱水器的熱水，蓄熱相變材料可選擇石蠟、脂肪酸或熔融鹽，優(yōu)選方案的蓄熱相變材料為石蠟，將石蠟儲(chǔ)存在內(nèi)套筒內(nèi)腔4。太陽(yáng)能熱水由立管I上端口進(jìn)入，從立管I下端口流出，開始時(shí)外殼筒內(nèi)腔4中的石蠟為固態(tài)，太陽(yáng)能熱水流入一方面加熱石蠟，另一方面通過(guò)立管I將熱量傳遞給石蠟，石蠟吸收熱量后逐漸融化，當(dāng)石蠟完全融化時(shí)，即完成了相變蓄熱換熱器的蓄熱過(guò)程，熱量便以潛熱的形式儲(chǔ)存在石蠟中。采用旋轉(zhuǎn)拋物面形散熱肋片10的原因是，首先從單位重量散熱量最優(yōu)化分析可知，在一定散熱量下，最優(yōu)肋片的截面型線應(yīng)為旋轉(zhuǎn)拋物面形；另外由于外殼筒內(nèi)腔4中相變材料重力和自然對(duì)流的作用，沿著流動(dòng)軸線方向，相變區(qū)域的溫度梯度層厚度不斷增大，然后擴(kuò)展到整個(gè)相變區(qū)域，等溫線分布由稀疏變得密集，上端的溫度高于下端，此時(shí)，肋片的最佳形狀應(yīng)沿著溫度梯度最大的方向，采用旋轉(zhuǎn)拋物面形散熱肋片10可最大效率利用肋片進(jìn)行散熱。
[0016]位于立管I上部的圓形散熱肋片為旋轉(zhuǎn)拋物面形散熱肋片10，位于立管I下部的圓形散熱肋片為平板環(huán)形散熱肋片7，旋轉(zhuǎn)拋物面形散熱肋片10的數(shù)量多于平板環(huán)形散熱肋片7。這種方案可以強(qiáng)化外殼筒內(nèi)腔4底部的換熱效率，因?yàn)橥ǔＭ鈿ね矁?nèi)腔4底部的石蠟融化速度最慢。
[0017]在上端蓋2和下端蓋5上分別固定連通管6，可以將多個(gè)換熱器串聯(lián)使用，增加換熱器的功率。
[0018]本發(fā)明可以作為太陽(yáng)能熱發(fā)電的蓄熱裝置，相變材料可以采用石蠟或熔融鹽等。以太陽(yáng)能熱發(fā)電蓄熱系統(tǒng)為例，水作為低溫?fù)Q熱流體，經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能集熱場(chǎng)被加熱為高溫?fù)Q熱流體，大部分高溫流體進(jìn)入蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電，當(dāng)太陽(yáng)能資源較為富裕時(shí)，少部分高溫?fù)Q熱流體流入該相變蓄熱換熱器，換熱流體將熱量傳遞給相變材料，以潛熱的形式將熱量?jī)?chǔ)存于相變材料中，待需要使用時(shí)，在將低溫?fù)Q熱流體栗入該換熱器完成熱量交換，低溫流體被加熱為高溫流體后，高溫流體經(jīng)過(guò)蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電。這樣，太陽(yáng)能熱發(fā)電便可以獨(dú)立應(yīng)對(duì)天氣變化對(duì)太陽(yáng)能熱發(fā)電帶來(lái)的沖擊，甚至完成電力調(diào)峰等任務(wù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種套管相變蓄熱換熱器，其特征在于:包括圓形散熱肋片、立管(1)、上端蓋(2)、外殼筒(3)和下端蓋(5);所述圓形散熱肋片有多個(gè)并上下間隔分布套裝在立管(I)的外周，所述上端蓋(2)位于圓形散熱肋片上方并與外殼筒(3)的上端固定連接，所述下端蓋(5)位于圓形散熱肋片下方并與外殼筒(3)的下端固定連接，所述立管(I)上端穿過(guò)上端蓋(2)并與上端蓋(2)的通孔固定連接，立管(I)下端穿過(guò)下端蓋(5)并與下端蓋(5)的通孔固定連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種套管相變蓄熱換熱器，其特征在于:所述圓形散熱肋片上設(shè)有三角形導(dǎo)流孔(8)和圓形導(dǎo)流孔(9)，所述三角形導(dǎo)流孔(8)分布在立管(I)周邊的圓形散熱肋片上，所述圓形導(dǎo)流孔(9)分布在三角形導(dǎo)流孔(8)外邊的圓形散熱肋片上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種套管相變蓄熱換熱器，其特征在于:所述圓形散熱肋片為旋轉(zhuǎn)拋物面形散熱肋片(10)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種套管散熱肋片換熱器，其特征在于:所述圓形散熱肋片為平板環(huán)形散熱肋片(7)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種套管相變蓄熱換熱器，其特征在于:所述圓形散熱肋片有兩種，位于立管(I)上部的圓形散熱肋片為旋轉(zhuǎn)拋物面形散熱肋片(10)，位于立管(I)下部的圓形散熱肋片為平板環(huán)形散熱肋片(7)，所述旋轉(zhuǎn)拋物面形散熱肋片(10)的數(shù)量多于平板環(huán)形散熱肋片(7)。6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的一種套管相變蓄熱換熱器，其特征在于:增設(shè)連通管(6)，在上端蓋(2)和下端蓋(5)上分別固定連通管(6)，所述連通管(6)與外殼筒內(nèi)腔(4)相連通，連通管(6)的外端口設(shè)有密封蓋。
【文檔編號(hào)】F24J2/34GK105928407SQ201610471822
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月25日
【發(fā)明人】程友良, 韓健, 王月坤, 杜尚任, 渠江曼
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)（保定）