用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器及方法

1.本发明涉及三相换热技术领域，尤其涉及一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器及方法。


背景技术：

2.吸收式蓄能作为一种新兴的热能存储技术，具有蓄能密度高、热损失小和长时间蓄能，以及具有采用环保工质对和利用低品位余热等优点。然而，现有的吸收式蓄能系统的换热器中尚存在蓄能密度低、释能速率慢和结晶堵塞等问题。因此，有必要设计一种蓄能密度高、释能速率平衡和防结晶堵塞的吸收蓄能换热器。
3.在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器及方法，蓄能密度高、释能速率平衡和防结晶堵塞。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器包括：
7.壳体，其为容纳用于蓄能的三相溶液的封闭结构；
8.第一管道，其一端连通所述壳体下部，另一端连通所述壳体的上部，所述第一管道设有溶液循环泵以将所述三相溶液自所述壳体下部泵入所述壳体上部；
9.多个互叉式蜂窝平板溢流换热单元，其左右相互交叉排列于壳体内且在壳体的竖直方向上逐层分布，互叉式蜂窝平板溢流换热单元包括，
10.换热平板，其带有溢流槽，
11.蜂窝肋片，其固定于所述换热平板的顶部，蜂窝肋片包括多个排列成蜂窝状的容纳胞体，所述容纳胞体具有容纳所述三相溶液的中空部，
12.盘管，其固定于所述换热平板的底部；
13.第二管道，其设于所述壳体以气体连通壳体；
14.第三管道，其连通所述盘管形成换热管路，换热管路输入流体加热所述盘管，所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元中的三相溶液受热吸能浓缩析出晶体，所述中空部定位地留存晶体，受热浓缩形成的气体自所述第二管道排出，当所述第二管道输入水蒸气同时溶液循环泵将壳体底部的三相溶液循环泵入互叉式蜂窝平板溢流换热单元时，所述晶体吸收水蒸气的同时经过泵入的三相溶液溶晶，溶晶释放的热能经由换热管路中的流体导出。
15.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器中，3个互叉式蜂窝平板溢流换热单元左右相互交叉排列于壳体内且在壳体的竖直方向上逐层分布，三相溶液自最上层的互叉式蜂窝平板溢流换热单元逐层流到最下层的至互叉式蜂窝平板溢流换热单元，最后流至壳体底部的储液区。
16.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器中，所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元水平地固定连接于壳体的内壁。
17.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器中，所述换热平板为矩形槽结构，所述矩形槽结构相对于壳体内壁的一侧设置竖直的用于引导三相溶液的挡板。
18.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器中，所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元在竖直方向的重叠部分大于所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元总长度的一半。
19.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器中，竖直方向的相邻所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元之间的间隔为等距分布。
20.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器中，自上而下方向上相邻所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元之间的间隔逐渐变小。
21.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器中，所述第一管道具有分别朝每个所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元泵送三相溶液的第一歧管，所述第二管道具有朝向每个所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元的第二歧管，所述第三管道具有分别连接每个所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元的盘管的第三歧管。
22.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器中，所述盘管为蛇形盘管。
23.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器的换热方法包括以下步骤，
24.溶液循环泵将所述三相溶液自所述壳体下部泵入所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元，三相溶液自最上层的互叉式蜂窝平板溢流换热单元向下逐层流过每个互叉式蜂窝平板溢流换热单元，
25.换热管路输入流体加热所述盘管，所述溢流换热单元中的三相溶液受热吸能浓缩析出晶体，所述中空部定位地留存晶体，受热浓缩形成的气体自所述第二管道排出，
26.当所述第二管道输入水蒸气同时溶液循环泵将壳体底部的三相溶液循环泵入互叉式蜂窝平板溢流换热单元时，所述晶体吸收水蒸气的同时经过泵入的三相溶液溶晶，溶晶释放的热能经由换热管路中的流体导出。
27.在上述技术方案中，本发明提供的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器，具有以下有益效果：与现有技术相比，本发明通过溶液在蜂窝结构中结晶有效防止晶体脱落及堵塞循环管路和循环泵的风险；通过平板换热器上加蜂窝结构肋片强化热量交换增强容纳胞体内晶体溶解速率；通过换热单元间的互相交叉形式和溢流结构保证稀溶液的流动性。蜂窝平板溢流换热单元间左右相互交叉水平排列，溶液自上层蜂窝平板溢流换热单元逐层流下至壳体底层储液器区；充能时，溶液泵将稀溶液均匀布置在各蜂窝平板溢流换热单元内，蜂窝平板溢流换热单元底部的热流体加热溶液直至成为晶体；释能时，溶液泵将壳体底层储液器区的稀溶液均匀布置在各蜂窝平板溢流换热单元上层，与来自外部的水蒸气共同溶解晶体，溶解热通过蜂窝平板溢流换热单元底部的冷流体带走，该过程为完整充释能的换热过程，解决了蓄能密度低、释能速率慢和结晶堵塞的现有缺陷。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明实施例提供的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器的结构示意图。
30.图2为本发明实施例提供的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器的互叉式蜂窝平板溢流换热单元的结构示意图。
具体实施方式
31.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
32.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语中心、纵向、横向、长度、宽度、厚度、上、下、前、后、左、右、竖直、水平、顶、底、内、外、顺时针、逆时针等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.此外，术语第一、第二仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有第一、第二的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，多个的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语安装、相连、连接、固定等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度
小于第二特征。
38.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
39.参见图1-2所示，在一个实施例中，本发明的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器包括，
40.壳体1，其为容纳用于蓄能的三相溶液的封闭结构；
41.第一管道2，其一端连通所述壳体1下部，另一端连通所述壳体1的上部，所述第一管道2设有溶液循环泵3以将所述三相溶液自所述壳体1下部泵入所述壳体1上部；
42.多个互叉式蜂窝平板溢流换热单元8，其左右相互交叉排列于壳体1内且在壳体1的竖直方向上逐层分布，互叉式蜂窝平板溢流换热单元8包括，
43.换热平板10，其带有溢流槽，
44.蜂窝肋片9，其固定于所述换热平板10的顶部，蜂窝肋片9包括多个排列成蜂窝状的容纳胞体，所述容纳胞体具有容纳所述三相溶液的中空部4，
45.盘管11，其固定于所述换热平板10的底部；
46.第二管道5，其设于所述壳体1以气体连通壳体1；
47.第三管道6，其连通所述盘管11形成换热管路，换热管路输入流体加热所述盘管11，所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元8中的三相溶液受热吸能浓缩析出晶体，所述中空部4定位地留存晶体，受热浓缩形成的气体自所述第二管道5排出，当所述第二管道5输入水蒸气同时溶液循环泵3将壳体1底部的三相溶液循环泵3入互叉式蜂窝平板溢流换热单元8时，所述晶体吸收水蒸气的同时经过泵入的三相溶液溶晶，溶晶释放的热能经由换热管路中的流体导出。
48.三相溶液蓄能的“三相”分别指的是溶液、晶体和水蒸气。在充能过程中，溶液被热源加热浓缩的同时水蒸气不断被蒸发出来，水蒸气在冷凝器内被冷凝为液态水蓄存在水储罐中，当继续通入热源，部分浓缩的溶液中会有晶体析出，此过程经历了稀溶液浓缩—浓溶液在浓缩—浓溶液析出晶体的热能蓄存过程，晶液混合溶液被存储在溶液罐中，热能被储存在浓溶液、晶体和液态冷凝水中；在释能过程中，液态冷凝水被低温冷水加热，被加热的液态冷水蒸发为水蒸气，水蒸气被通入溶液储存罐内的晶液混合溶液吸收，当水蒸气足够充分，此过程经历了晶体溶解—浓溶液再稀释—稀溶液的热能释放过程，释能后的稀溶液被储存在溶液罐内，等待下一次充释能循环过程。三相溶液蓄能充分利用了溶液结晶过程蓄能密度高的优点且充释能速率平衡可控以及避免晶体堵塞第一管道2和循环泵。
49.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器的优选实施例中，3个互叉式蜂窝平板溢流换热单元8左右相互交叉排列于壳体1内且在壳体1的竖直方向上逐层分布，三相溶液自最上层的互叉式蜂窝平板溢流换热单元8逐层流到最下层的至互叉式蜂窝平板溢流换热单元8，最后流至壳体1底部的储液区。
50.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器的优选实施例中，所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元8水平地固定连接于壳体1的内壁。
51.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器的优选实施例中，所述换热平板10为矩形槽结构，所述矩形槽结构相对于壳体1内壁的一侧设置竖直的用于引导三相溶液的挡板。
52.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器的优选实施例中，所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元8在竖直方向的重叠部分大于所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元8总长度的一半。
53.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器的优选实施例中，竖直方向的相邻所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元8之间的间隔为等距分布。
54.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器的优选实施例中，自上而下方向上相邻所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元8之间的间隔逐渐变小。
55.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器的优选实施例中，所述第一管道2具有分别朝每个所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元8泵送三相溶液的第一歧管，所述第二管道5具有朝向每个所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元8的第二歧管，所述第三管道6具有分别连接每个所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元8的盘管11的第三歧管。
56.所述的一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器的优选实施例中，所述盘管11为蛇形盘管11。
57.在一个实例中，容纳胞体为正六边形结构。
58.在一个实施例中，互叉式蜂窝平板溢流换热单元8共三层，第一层是强化换热和储液的规则的蜂窝肋片9，第二层是实现冷热流体与溶液换热的换热平板10，第三层是冷热流体通道的蛇型的盘管11，三层结构通过焊接连接在一起；在壳体1内的互叉式蜂窝平板溢流换热单元8间左右相互交叉水平排列；互叉式蜂窝平板溢流换热单元8焊接在壳体1壁上，与壳体1构成整体换热器。
59.在一个实施例中，通过互叉式蜂窝平板溢流换热单元8上的蜂窝肋片9，溶液储存在容纳胞体内，并被底部蛇形盘管11内的热流体加热或冷流体冷却。充能时，容纳胞体内的溶液发生从稀溶液到浓溶液再到晶体的结晶蓄能过程；释能时，容纳胞体内的晶体吸收来自换热器外部水蒸气及来自壳体1底层区的稀溶液混合发生从晶体到浓溶液再到稀溶液的溶晶释能过程。同时，蜂窝肋片9将溶液和晶体分成规则的小单元，既可以提高冷、热流体与溶液的换热能力，又使充能和释能速率接近平衡。本发明在蜂窝肋片9单元内结晶和溶晶达到了提升蓄能密度和充释速率平衡，实现了蓄能密度和蓄能速率协同调控。
60.在一个实施例中，通过互叉式蜂窝平板溢流换热单元8上的蜂窝肋片9，一部分三相溶液经过互叉式蜂窝平板溢流换热单元8流到下一层互叉式蜂窝平板溢流换热单元8中，另一部分滞留在容纳胞体内的溶液进行定点非流动结晶和溶晶过程，溢流与结晶、溶晶过程为非连续过程，溶液中无晶体携带。容纳胞体内溶液的结晶和溶晶过程有效防止了晶体堵塞管路和循环泵的风险，实现了换热器安全运行。
61.在一个实施例中，换热器包括不锈钢的壳体1、互叉式蜂窝平板溢流换热单元8和溶液循环泵3。不锈钢的壳体1底部通过不锈钢的第一管道2与溶液循环泵3与不锈钢的壳体1侧上方连接；外部不锈钢的水蒸气的第二管道5与不锈钢的壳体1顶部连接；冷、热流体的不锈钢的第三管道6与不锈钢的壳体1侧面连接；不锈钢的壳体1前后对称设置用于查看壳体内部的视镜7。互叉式蜂窝平板溢流换热单元8焊接在不锈钢的壳体1内侧壁面上，互叉式蜂窝平板溢流换热单元8之间左右相互交叉水平排列，互叉式蜂窝平板溢流换热单元8的结构分别为规则的蜂窝肋片9、带溢流槽的换热平板10和蛇形的盘管11，规则的蜂窝型肋片9焊接在带溢流槽的换热平板10顶部，蛇形的盘管11焊接在带溢流槽的换热平板10底部。
62.不锈钢的壳体1分为顶部气相区、中间溶液三相蓄能区和底部溶液储存区，不锈钢的壳体1为溶液结晶蓄能和溶液存储提供反应空间；互叉式蜂窝平板溢流换热单元8是溶液结晶蓄能的主要场所，溶液流过蜂窝平板溢流换热单元8上的规则的蜂窝肋片9，部分溶液滞留在蜂窝肋片9的中空部内，被底部蛇形的盘管11内的热流体加热或冷流体冷却实现充能和释放过程；溶液循环泵3实现不锈钢的壳体1内的溶液循环流动；不锈钢的壳体1上的视镜7用于观察溶液结晶和溶晶的过程。进一步，视镜7或其附近位置设有拍摄单元，其实时拍摄溶晶和结晶过程以控制第一至第三管道的流量和/或流速。
63.一种用于三相溶液蓄能的互叉式蜂窝平板溢流换热器的换热方法包括以下步骤，
64.溶液循环泵3将所述三相溶液自所述壳体1下部泵入所述互叉式蜂窝平板溢流换热单元8，三相溶液自最上层的互叉式蜂窝平板溢流换热单元8向下逐层流过每个互叉式蜂窝平板溢流换热单元8，
65.换热管路输入流体加热所述盘管11，所述溢流换热单元8中的三相溶液受热吸能浓缩析出晶体，所述中空部4定位地留存晶体，受热浓缩形成的气体自所述第二管道5排出，
66.当所述第二管道5输入水蒸气同时溶液循环泵3将壳体1底部的三相溶液循环泵3入互叉式蜂窝平板溢流换热单元8时，所述晶体吸收水蒸气的同时经过泵入的三相溶液溶晶，溶晶释放的热能经由换热管路中的流体导出。
67.在一个实施方式中，溶液循环过程：不锈钢的壳体1底部溶液储存区的三相溶液通过溶液循环泵3进入不锈钢的壳体1上部，溶液自上而下依次经过互叉式蜂窝平板溢流换热单元8流回不锈钢的壳体1底部溶液储存区，一部分溶液经过互叉式蜂窝平板溢流换热单元8的溢流结构流到下一层互叉式蜂窝平板溢流换热单元8中再流回不锈钢的壳体1底部，另一部分溶液滞留在蜂窝肋片9内实现定点非流动结晶和溶晶。
68.充能过程：滞留在蜂窝肋片9内的三相溶液被来自外部流经蛇形的盘管11的热流体加热，蜂窝肋片9单元内的溶液中水开始蒸发，三相溶液发生从稀溶液到浓溶液再到晶体的结晶蓄能过程，水蒸气聚集在不锈钢的壳体1顶部的气相区，并通过外部不锈钢的水蒸气的第二管道5排出不锈钢的壳体1。该充能过程中蛇形的盘管11的热流体所携带的热能通过溶液的浓缩和结晶以化学势能被存储。
69.释能过程：通过外部不锈钢水蒸气的第二管道5向不锈钢的壳体1内通入水蒸气，同时，通过溶液循环泵3将不锈钢的壳体1底部溶液储存区的溶液泵入互叉式蜂窝平板溢流换热单元8中，互叉式蜂窝平板溢流换热单元8中的晶体吸收水蒸气的同时再经过稀溶液进行溶晶，三相溶液发生从晶体到浓溶液再到稀溶液的溶晶释能过程，释放的热能通过来自外部流经蛇形的盘管11的冷流体带走。该释能过程中蛇形的盘管11的冷流体带走了晶体溶解进程中化学势能转化成的热能。
70.最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
71.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。