一种H型翅片管式相变储热器的制作方法

一种h型翅片管式相变储热器
技术领域
1.本发明属于相变储热技术领域，尤其涉及一种h型翅片管式相变储热器。


背景技术：

2.储热技术能够有效平衡能源利用系统中不协调的供能与耗能之间的关系，避免不合理的能源利用，提高能源利用率，所以发展储能技术是缓解能量供求双方在时间、强度上不匹配的重要途径。相变储热技术具有恒温储热释热、储热密度高、体积小、工艺简单的特点，在太阳能利用、工业余热利用、风电供热、热电机组深度调峰、建筑节能等领域中具有极大的应用前景。
3.相变储热材料是相变储热器的核心，但是其存在导热系数低、易发生相分离、相变过程体积变化大等缺点。为此，专家学者不仅从相变储热材料的组成入手，还从强化换热方面入手，来提高其性能。常见强化换热的方式包括采用螺旋翅片、肋片等，来增加换热面积，但是螺旋翅片从制造方面来说其高度是受限的，h型翅片的规格尺寸不受限，可满足多种换热需求，然而将h型翅片应用于相变储热器结构设计中的研究较少，因此基于相变储热器的传热特性，设计h型翅片换热管组来强化换热、提高相变材料相变时的均匀性是十分必要的。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是相变储热材料导热系数低而导致相变储热器换热不均匀、效果差等问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种h型翅片管式相变储热器，包括壳体、h型翅片换热管组和相变储热材料，h型翅片换热管组位于壳体的内部，包括换热管和若干h型翅片，换热管的一端为上接口，另一端为下接口，上接口、下接口贯穿壳体，壳体与h型翅片换热管组之间填充相变储热材料。
6.进一步地，h型翅片管式相变储热器还包括进料口、出料口和支撑件，进料口位于壳体的上侧并与壳体连通，出料口位于壳体的下侧并与壳体连通，相变储热材料从进料口填入，从出料口排出；h型翅片换热管组被多个支撑件固定在壳体的内壁上。
7.进一步地，所述换热管包括若干根换热基管和若干根换热连通弯管，换热基管呈直线型，若干根所述换热基管之间相互平行，换热基管之间通过换热连通弯管连接，换热基管的外壁上焊接h型翅片。
8.所述换热基管、换热连通弯管、支撑件和h型翅片的数量均在两个以上。
9.进一步地，每根换热基管上的相邻两h型翅片之间相互平行并且间距相等，相邻两换热基管上的h型翅片采用交错布置。
10.进一步地，h型翅片换热管组的数量至少为两个，h型翅片换热管组之间相互并联连接或相互串联连接。
11.进一步地，壳体外侧设置有两个集箱，分别与h型翅片换热管组的上接口、下接口
连接，通过集箱可以实现换热工质在一个相变储热器内多个换热管组间的分配。
12.进一步地，壳体的外壁设置保温层。
13.进一步地，h型翅片换热管组中的传热工质为导热油、硅油、熔盐、水蒸气或水。
14.进一步地，支撑件为角钢或肋板。
15.进一步地，相变储热器储热时，高温传热工质从h型翅片换热管组的上接口流入，加热相变储热材料，实现相变材料固态-液态的转变，随后从h型翅片换热管组的下接口流出；相变储热器释热时，低温传热工质从h型翅片换热管组的下接口流入，吸收相变储热材料的能量，实现相变材料液态-固态的转变，随后从h型翅片换热管组的上接口流出。
16.有益效果：
17.(1)本发明提供一种h型翅片管式相变储热器，通过选用带有h型翅片的换热管，能够有效增大传热介质与相变材料的换热面积，强化换热，实现相变材料全局均匀稳定地储热、释热。此外，与常规尺寸的螺旋翅片换热管组相比，h型翅片换热管组的换热能力更强。
18.(2)本发明提供一种h型翅片管式相变储热器，h型翅片在换热管上采用交错布置的方式，能够使得相变材料的融化或凝固过程更加均匀，避免出现局部过冷或过热的现象。在换热面积相同的情况下，该布置方式与并排布置的方式相比较，换热能力更强。
19.(3)本发明提供一种h型翅片管式相变储热器，利用角钢或肋板支撑固定h型翅片换热管组，保证换热管组在进行反复的储热释热过程中，可以有效避免因被相变材料挤压而发生变形拉裂。
20.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
21.图1为一种h型翅片管式相变储热器的结构示意图；
22.图2为本发明中h型翅片换热管组的结构示意图；
23.图3为本发明中h型翅片换热管组的侧视结构示意图；
24.附图说明：
25.1、壳体；2、h型翅片；3、进料口；4、出料口；5、上接口；6、下接口；7、换热基管；8、换热连通弯管；9、支撑件。
具体实施方式
26.下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
27.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
28.如图1～3所示，在一个较佳的实施例中，本发明提供一种h型翅片管式相变储热器，包括壳体1、h型翅片换热管组、进料口3、出料口4、支撑件9、相变储热材料，h型翅片换热
管组位于壳体1的内部，进料口3和出料口4均与壳体1连通，壳体1的外壁设置保温层，用于减少热损失。h型翅片换热管组包括换热管和若干h型翅片2，换热管包括若干根换热基管7和若干根换热连通弯管8，换热基管7呈直线型，若干根换热基管7之间相互平行，换热基管7之间通过换热连通弯管8连接，换热基管7的外壁上焊接h型翅片2。每根换热基管7上的相邻两h型翅片2之间相互平行并且间距相等，相邻两换热基管7上的h型翅片2采用交错布置。h型翅片换热管组被多个角钢支撑件9固定在壳体1的内壁，实现对换热管组水平竖直方向的支撑。
29.换热管的一端为上接口5，另一端为下接口6，上接口5、下接口6贯穿壳体1，上接口5位于换热管组的上部，下接口6位于换热管组的下部，壳体1和h型翅片换热管组之间填充相变储热材料。壳体外侧设置两个集箱，通过集箱可以实现换热工质在一个相变储热器内多个换热管组间的分配。多个h型翅片换热管组水平方向排列，将其上接口5与一个集箱连接，下接口6与另一个集箱连接即实现h型翅片换热管组之间的并联连接。进料口3位于壳体1的上侧并与壳体1连通，出料口4位于壳体1的下侧并与壳体1连通，相变储热材料从进料口3填入，从出料口4排出，相变储热材料占相变储热器内空间85％-88％。
30.实施例1：
31.以应用于电网调峰或可再生余电的相变储热器为例，采用硝酸盐与碳酸盐的混合无机盐作为相变储热材料，相变温度为230℃，利用导热油作为传热工质；相变储热器中采用4组h型翅片换热管组并联连接作为传热通道，h型翅片管规格88
×
88mm，中间间隙10mm，厚度2mm，纵向截距30mm，交错布置；角钢从前后两个位置来固定h型翅片换热管组；相变储热器的工作温度为220℃-240℃，导热油的工作温度为180-300℃，其工作原理为：
32.储热：高温导热油从h型翅片换热管组的上接口5流入，进入相变储热器中，相变储热材料被加热，开始融化，由固态向液态转变；随后导热油从h型翅片换热管组的下接口6流出。相变储热材料温度从220℃升高至240℃，完全融化，实现固态-液态的转变，相变储热器储热结束。
33.释热：低温导热油从h型翅片换热管组的下接口6流入，进入相变储热器中，相变储热材料被冷却，开始凝固，由液态向固态转变；随后导热油从h型翅片换热管组的上接口5流出，向用户输送热量。相变储热材料温度从240℃降低至220℃，完全凝固，实现液态-固态的转变，相变储热器释热结束。
34.实施例2：
35.以应用于槽式光热发电的相变储热器为例，利用水作为传热介质，其内部设置h型翅片换热管组，其中h型翅片管规格88
×
88mm，中间间隙10mm，厚度2mm，纵向截距30mm，交错布置；储热时，水蒸气从h型翅片换热管组的上接口5流入，加热相变材料，工质由水蒸气变为水后，从h型翅片换热管组的下接口6流出；释热时，水从h型翅片换热管组的下接口6流入，吸收相变材料的热量，工质由水变为水蒸气后，从h型翅片换热管组的上接口5流出。
36.对比例：
37.本对比例中的相变储热器与实施例2基本相同，区别仅在于，壳体1内部设置螺旋翅片换热管组，其中螺旋翅片管螺距10mm、厚度1.5mm，高度15mm。
38.储热时，水蒸气从螺旋翅片换热管组的上接口流入，加热相变材料，工质由水蒸气变为水后，从螺旋翅片换热管组的下接口流出；释热时，水从螺旋翅片换热管组的下接口流
入，吸收相变材料的热量，工质由水变为水蒸气后，从螺旋翅片换热管组的上接口流出，其中，螺旋翅片换热管组中换热管的一端为上接口，另一端为下接口；
39.表1、表2展示了实施例2和对比例中的相变储热器在储热释热过程中全局液化比例、全局固化比例分别为25％、50％、75％、95％时所需的时间。
40.表1全局融化时间表(s)
[0041][0042][0043]
表2全局凝固时间表(s)
[0044]
全局固化比例h型翅片换热管组螺旋翅片换热管组25％27015050％67066075％1180160095％18203440
[0045]
从表中可以看出h型翅片换热管组相变储热器的储热、释热速率明显高于螺旋翅片换热管组相变储热器。由于h型翅片换热管组的换热面积为1.089m2、螺旋翅片换热管组的换热面积为1.23m2，可见h型翅片换热管组能够有效提高相变储热器的换热速率，使相变材料的融化或凝固过程更加均匀。
[0046]
h型翅片换热管组从制造难度上来说，尺寸不受限，可以根据实际需求，制造相应的尺寸。因此h型翅片就可以深入两换热管中间、深入相变储热材料的内部，从而解决融化/凝固不均匀的问题。本发明充分利用h型翅片换热管组优异的换热性能以及尺寸不受限特点，从而解决了现有技术中相变材料融化/凝固不均匀的问题。此外，利用角钢或肋板支撑固定h型翅片换热管组，保证换热管组在进行反复的储热释热过程中，可以有效避免因被相变材料挤压而发生变形拉裂。
[0047]
最后应说明的是：本发明不限于上述实例，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关技术领域，均同理包括在本发明专利的保护范围内。