CN204854437U - 储热式换热器 - Google Patents

Abstract

一种储热式换热器，设有保温外壳、内胆外壳和安装在内胆外壳中的换热模块。所述换热模块由导热介质管、散热翅片以及输送待换热流体的流体管组成,散热翅片分布在导热介质管周侧,流体管从换热翅片之间穿过，所述内胆外壳、导热介质管、散热翅片及流体管之间的间隙内填充有相变储热材料。本实用新型将吸热导热、储热导热、用热换热整合为一体，可利用导热介质将太阳能集热、工业余热的热量加热相变储热材料，而水或空气从流体管中通过即可从相变储热材料中吸收热能。经过换热，本实用新型可将常温水加热为高温蒸汽或热水，将常温空气变为热空气，满足多种用热需求，且结构设计科学合理，易于生产制造。

Description

储热式换热器

技术领域

本实用新型属于节能环保技术领域，具体地说，涉及一种热量收集、储存和释放装置。

背景技术

能源是人类发展的基础物质条件,决定着人类的生活水平和文明层次，目前严峻的能源形势要求开展节能减排和开发新能源。储热技术能够将太阳能、工业生产领域不连续、不稳定的能量储存起来，可缓解能源供给与需求失配的矛盾，是节能减排的有效途径之一。太阳能集热器的集热一般不随集随用，当前大多太阳能储热装置为储热水箱，虽然水传热及流动特性好、热膨胀系数及粘滞性较小、价格低廉、来源丰富，但水储热为显热储热，其单位质量、单位体积的储热量远远比不上潜热储热，且其水箱体积往往较大，给太阳能产品的安装带来不便，也给建筑带来不安全隐患。

相变储热的储热密度大、储热温差变化小、容易控制，这些优点使其成为最有发展前途的储热技术之一。相变材料储热密度相对较高，储放热过程中储热材料温度保持不变，利用相变材料进行太阳能集热储热，可大大减小太阳能储热箱的体积，提高供热的稳定性。相变储热技术在太阳能、工业余热回收中的应用，可大大减少储热设备体积，使***结构更紧凑、布置灵活、运行费用降低。随着复合相变储热技术的成熟，保证了集热储热产品所需的高品质热源。相变储能和利用技术处于发展完善阶段，技术上升空间巨大。

常用相变材料大多数导热系数较低，导致换热过程的传热效率低下。因此，采取一些强化措施来提高相变材料传热效率显得尤为重要，常用的方法有两种，一种方法是通过添加导热增强材料制备高效复合相变材料，用于增强导热性能；另一种方法是通过扩展换热接触面可增加传热面积，强化相变传热。实现高效的相变储热离不开换热性能良好的储热装置。常用相变蓄热式热交换器，主要有回转型蓄热交换器、换向型蓄热交换器、蒸汽蓄热器、蓄热型热泵。这些交换器在工业生产中应用较多，但装置较复杂，成本较高，无法满足普通住宅的家庭用热需求。

实用新型内容

本实用新型的技术目的是提供一种结构布置紧凑、易于生产实现、制造成本低的储热式换热器，用于热量的收集和利用，其模块化结构可同时满足住宅和工业集热的需求。

为实现上述技术目的，本实用新型公开的技术方案为：

一种储热式换热器，内部设有换热模块,其特征在于,其外部设有筒状的保温外壳和内胆外壳，换热模块安装在所述内胆外壳的壳腔中;所述换热模块由导热介质管、散热翅片以及输送待换热流体的流体管组成,所述散热翅片分布在导热介质管周侧,且与导热介质管相连接,所述流体管从换热翅片之间的空间穿过，所述内胆外壳设有容导热介质管、流体管进出口通过的进出孔，所述内胆外壳、导热介质管、散热翅片及流体管之间的间隙内填充有相变储热材料。

在上述内容基础上，进一步改进或优选的方案还包括:

所述内胆外壳由中间部位和上、下密封端盖构成，容导热介质管、待换热流体管进出口通过的进出孔设置在密封端盖处。

所述保温外壳由内层、填充层和外侧包扎层构成，所述内层为铝箔，所述填充层包括玻璃棉层、气凝胶毡层中的至少一种，所述包扎层为硬质聚氨酯泡沫塑料。

所述散热翅片以导热介质管为中心呈发散状均匀布置在导热介质管的周侧，促使热量均匀分布在相变储热材料中。

所述流体管的主体由位于不同相邻翅片间的单元管段首尾顺次相接构成，交替绕过所述散热翅片的上下两端，构成弯曲的盘管，增加流体管与储热相变材料的接触面积。

所述相变储热材料中含有金属粉或碳粉添加剂，例如含有石墨、金属、氧化铝粉等，可有效提高相变储热材料的换热速率。

所述相变储热材料包含多元醇、有机酸、热塑性聚合物、盐或水合盐中的一种或多种。

所述导热介质管加装有辅助电加热装置，当外部热量供给不足时，该装置可以通电加热储热相变材料。

本实用新型储热式换热器，将吸热导热、储热导热、用热换热整合为一体，利用导热介质管可以将太阳能集热、工业余热的热量用于加热相变储热材料，而水或空气从流体管中通过时，即可从相变储热材料中吸收热能。即经过换热，本实用新型可将常温水加热为高温蒸汽或热水，也可以将常温空气变为热空气，满足多种用热需求。本实用新型结构布置紧凑，设计科学合理，且易于生产制造。根据实际需要，采用多个单体串联或并联的方式自由组合，扩大了在民用和工程集热上的使用范围，可广泛地应用于储热换热领域，如：大中型工业化热池、小型集成化家庭能源中心、可携带式微型化储热包等。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的整体结构示意图；

图2为储热式换热器内胆外壳的结构示意图；

图3为换热模块的结构示意图；

图4为换热模块流体管的连接方式示意图。

图中：1-保温外壳，2-内胆外壳，3-换热模块；2a-内胆上密封盖，2b-内胆中间部位，2c-内胆下密封盖，2d-进出孔；3a-导热介质管，3b-换热翅片，3c-流体管，3d-弯曲连接管，3e-相变储热材料，3f-电辅助加热装置，3g/3h-导热介质管的进出口，3i/3j-流体管进出口。

具体实施方式

为了阐明本实用新型的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的介绍。

如图1所示的储热式换热器，整体呈圆柱形结构，其内部设有换热模块3，外部设有保温外壳1和内胆外壳2，所述换热模块3安装在内胆外壳2的壳腔中，保温外壳1设置在内胆外壳2的***。

为提高保温效果，可选用多种保温结构相结合的方式制作换热器的保温外壳1。以一优选实施方式为例：采用反光系数为85%的铝箔制作保温外壳1的内层，既起到反射热辐射的作用，又可以防止水汽凝结造成的散热；保温外壳1的中间层填充材料为玻璃棉和/或气凝胶毡；包覆在最外侧的包扎式保温材料选用硬质聚氨酯泡沫塑料，由于其具有一定的硬度，可以增加换热器的牢固性。

如图2所示，换热器内胆外壳2的中间部位2b为金属圆柱桶形结构，在其内放置换热模块3后，采用内胆上密封盖2a和内胆下密封盖2c进行密封，内胆下密封盖2c侧面留有供管道进出的进出孔2d。

如图3所示，换热模块3的中心对称轴线位置处布置有导热介质管3a，其进出口3g/3h穿过内胆下密封盖2c侧面的进出孔2d延伸到保温外壳1之外。导热介质管3a的周围连接若干均匀分布的换热翅片3b。换热翅片3b连接流体管3c，所述流体管3c用于输送待换热的气体或液体。流体管3c采用弯曲连接管3d将其各单元管段首尾连接后串联起来，其连接方式如图4所示，流体管3c的进出口3i/3j穿过内胆下密封盖2c侧面的进出孔2d延伸到保温外壳1之外。相变储热材料3e放置在内胆外壳2之内，填充在换热翅片3b和管道3a、3c、3d之间。在导热介质管3a的中心位置处，放置电辅助加热装置3f。

适合的相变储热材料可以是有机物、无机物或其混合物，各种适合储热应用的材料，包括多元醇、有机酸、聚合物(特别是热塑性聚合物)、盐与水合盐等。多元醇的典型例子为：季戊四醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、赤藓醇、甘露糖醇、新戊二醇及它们的混合物。有机酸大多为脂肪酸，例如癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸以及它们的混合物。聚合物的代表性材料：聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯亚胺、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚氢化丁二烯、聚醚酯弹性体、乙烯/丙稀/二烯聚苯乙烯以及聚氯乙稀。盐与水合盐的例子：铵，碱和碱土，如镁、钠、钾、钙、锂、钡的氯化物，氯酸盐，硝酸盐，氯化物，硫化物，磷酸盐，氢氧化物，碳酸盐，氟化物，溴化物，乙酸盐，乙酰胺及它们的水合物等。作为优选方案，可进一步在相变储热材料中加入高导热系数添加剂，用于增强导热性，适合的添加剂可以是石墨、金属、氧化铝粉中的一种或多种组合。

工作原理：

利用太阳能集热器或工业余热加热导热介质，通过导热介质管3a将热量传递给相变储热材料3e后储存起来。若遇到长期的阴雨天，集热的热量不足时，可关闭导热介质管3a的进出口，在夜间通过低谷电加热导热介质，补充相变储热材料3e的热量。为了提高相变储热材料3e的导热系数，可在其内加入金属粉或炭粉，增强换热效果。需要换取热量时，由流体管3c进出口导入水或空气，通过控制空气的流量，可以获得不同温度的热空气；选择不同的水流量，可以获得高温高压的水蒸气或者不同温度的热水。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种储热式换热器，内部设有换热模块（3）,其特征在于,其外部设有筒状的保温外壳（1）和内胆外壳（2），换热模块（3）安装在所述内胆外壳（2）的壳腔中;所述换热模块（3）由导热介质管（3a）、散热翅片（3b）以及输送待换热流体的流体管（3c）组成,所述散热翅片（3b）分布在导热介质管（3a）周侧,且与导热介质管（3a）相连接,所述流体管（3c）从换热翅片（3b）之间穿过，内胆外壳（2）设有容导热介质管（3a）、待换热流体管进出口通过的进出孔，所述内胆外壳（2）、导热介质管（3a）、散热翅片（3b）及流体管（3c）之间的间隙内填充有相变储热材料。

2.根据权利要求1所述的一种储热式换热器，其特征在于，所述内胆外壳（2）由中间部位和上、下密封端盖构成，容导热介质管（3a）、流体管（3c）进出口通过的进出孔设置在密封端盖处。

3.根据权利要求1所述的一种储热式换热器，其特征在于，所述保温外壳（1）由内层、填充层和外侧包扎层构成，所述内层为铝箔，所述填充层包括玻璃棉层、气凝胶毡层中的至少一种，所述包扎层为硬质聚氨酯泡沫塑料。

4.根据权利要求1所述的一种储热式换热器，其特征在于，所述散热翅片（3b）以导热介质管（3a）为中心呈发散状均匀布置在导热介质管（3a）的周侧。

5.根据权利要求1所述的一种储热式换热器，其特征在于，所述流体管的主体由位于不同相邻翅片间的单元管段首尾顺次相接构成，交替绕过所述散热翅片（3b）的上下两端。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种储热式换热器，其特征在于，所述导热介质管（3a）上加装有辅助电加热装置（3f）。