一种利用内外分形肋片增强换热的管壳式相变蓄热换热器制造技术

本发明专利技术公开了一种利用内外分形肋片增强换热的管壳式相变蓄热换热器；其中，换热管包括热流体换热通道、冷流体换热通道和沿周向均布且交错排布的多个内外分形肋片一和内外分形肋片二；内外分形肋片一和内外分形肋片二的结构完全相同，均包括一体成型的一级外肋片、二级中肋片和三级内肋片。本发明专利技术的内外分形肋片一和内外分形肋片二朝向相反，沿周向交错排布，从整体上将换热管中相变蓄热材料分割地更细致、更均匀，并且在靠近换热管中热流体换热管道内壁处分区容积规律性重复变化，不仅增大了传热面积，从周向和径向上看均具有更佳的导热结构和更小的导热热阻，使相变蓄热材料的融化速率变快，融化时间变短。融化时间变短。融化时间变短。

【技术实现步骤摘要】
一种利用内外分形肋片增强换热的管壳式相变蓄热换热器


[0001]本专利技术属于相变蓄热换热器
，尤其是涉及一种利用内外分形肋片增强换热的管壳式相变蓄热换热器。

技术介绍

[0002]当今，能源利用效率不高，能源问题日益严峻，如何积极响应国家节能减排的号召成为换热器技术研究领域所关心的问题。相变储能具有高储能密度和近似恒温蓄放热的优点。利用相变材料蓄热，将太阳能、低谷电和工业余热利用起来，在高峰时期使用，可以有效减少能量损失和能量浪费。
[0003]相变蓄热换热器依靠内部相变材料吸收热量发生形态的转变，继而实现热量的储存，在工业生产中是调节工艺介质温度以满足工艺需求以及回收余热以实现节能降耗的关键设备，提高换热器的传热效率可以有效减少能量损失和能量浪费，对于许多热工业应用来说，通过主动方式进行有效的热传递通常是必不可少的。使用复合材料提高导热系数以及加装翅片都是很好的强化换热的途径。目前常用添加高导热介质、多孔介质吸附和微胶囊封装等方法来提高相变材料的导热系数，以增加其蓄热能力。加装横向或纵向肋片都可一定程度上增强导热，加快相变材料的融化，实现换热效率的提升。而管壳式相变蓄热换热器是最常见的蓄热装置之一，在蓄放热过程提高入口温度和质量流量可以明显增强换热，缩短时间，提高效率。但是，现有的管壳式相变蓄热器普遍存在热量转换效率不高，不能快速蓄放热等缺点。
[0004]因此提出一种在结构上加速相变材料融化以提高蓄放热速度来增加传热的管壳式相变蓄热换热器显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术的不足，提供一种利用内外分形肋片增强换热的管壳式相变蓄热换热器。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术包括底座、壳体、换热管、集水器、分水器、热流体进口管和冷流体进口管；所述的壳体固定在底座上；壳体内设有多根换热管；每根换热管上端穿过上管板对应的一个安装孔，下端穿过下管板对应的一个安装孔；所述的上管板和下管板均固定在壳体内；所述的换热管包括热流体换热通道、冷流体换热通道和沿周向均布且交错排布的多个内外分形肋片一和内外分形肋片二；冷流体换热通道置于热流体换热通道内，且与热流体换热通道通过内外分形肋片一和内外分形肋片二连接；所述内外分形肋片一和内外分形肋片二的结构完全相同，均包括一体成型的一级外肋片、二级中肋片和三级内肋片；一级外肋片的一端与两个二级中肋片的一端均连接；每个二级中肋片的另一端与两个三级内肋片的一端均连接；内外分形肋片一中，一级外肋片的另一端与冷流体换热通道的外壁固定，四个三级内肋片的另一端均与热流体换热通道的内壁固定；内外分形肋片二中，一级外肋片的另一端
与热流体换热通道的内壁固定，位于两侧的两个三级内肋片另一端与两侧两个内外分形肋片一中一级外肋片朝外的一端连接，位于中间的两个三级内肋片另一端均与冷流体换热通道的外壁固定；内外分形肋片一和内外分形肋片二的各处间隙内以及相邻内外分形肋片一和内外分形肋片二之间的间隙内均填充有相变蓄热材料，热流体换热通道外套置有保温层；所述的集水器固定在壳体顶部，所述的分水器固定在壳体底部，每根换热管的热流体换热通道两端连通集水器的一个热流口和分水器的一个热流口，每根换热管的冷流体换热通道两端连通集水器的一个冷流口和分水器的一个冷流口；集水器的各热流口均与集水器的热流室进口连通；集水器的热流室出口连接一根或两根出口管；集水器的各冷流口均与集水器的冷流室进口连通；集水器的冷流室出口连接一根或两根出口管；分水器的各热流口均与分水器的热流室出口连通，分水器的热流室进口与热流体进口管的出口连通；热流体进口管的进口伸出壳体外；分水器的各冷流口均与分水器的冷流室出口连通，分水器的冷流室进口与冷流体进口管的出口连通；冷流体进口管的进口伸出壳体外。
[0008]优选地，所述的底座采用地脚螺栓和防松螺母与地面固定。
[0009]优选地，所述的壳体采用不锈钢锻件，与底座焊接。
[0010]优选地，所述的上管板和下管板均与壳体间隙配合。
[0011]优选地，所述的冷流体换热管道与热流体换热管道同轴设置。
[0012]优选地，所述的内外分形肋片一和内外分形肋片二均采用铝合金材料。
[0013]优选地，所述的冷流体进口管固定在壳体顶部，热流体进口管固定在壳体侧壁下方位置。
[0014]优选地，所述的集水器的热流室与放空接管一端连通，放空接管另一端设有堵头。
[0015]优选地，所述一级外肋片的长度与宽度比值为10，两个二级中肋片的夹角为90
°
，每相邻两个三级内肋片的夹角均为60
°
。
[0016]优选地，所述的壳体上固定有温度计接管，温度计接管内设有温度计；所述温度计的检测端伸入集水器的冷流室内；温度计的信号输出端与控制器连接；热流体进口管与热流体储存箱通过泵和流量阀连接，冷流体进口管与冷流体储存箱通过泵和流量阀连接，流量阀由控制器控制。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0018]本专利技术的换热管中内外分形肋片一和内外分形肋片二增加了副肋分支(二级中肋片和三级内肋片)，且内外分形肋片一和内外分形肋片二朝向相反，沿周向交错排布，与传统肋片相比，从整体上将换热管中相变蓄热材料分割地更细致、更均匀，尤其是将相变蓄热材料靠近换热管中冷流体换热通道外壁的难熔区进行了更为细致、均匀地分区，并且在靠近换热管中热流体换热管道内壁处分区容积规律性重复变化，不仅在整体上增大了传热面积，从周向和径向上看均具有更佳的导热结构和更小的导热热阻，可以进行更好的热传导，使得相变蓄热材料的融化速率变快，融化时间变短。可见，本专利技术通过肋片结构改进来加速相变蓄热材料的融化，提高了换热管的蓄放热速率，此外，保温层可减少热量损失，采用本专利技术包含内外分形肋片一和内外分形肋片二的换热管来传热，与传统肋片相比，传热时间可缩短至少一半。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的外部结构示意图；
[0020]图2为图1的俯视图；
[0021]图3为图1的D
‑
D剖视图；
[0022]图4为图1的H
‑
H剖视图；
[0023]图5为本专利技术中换热管的结构示意图；
[0024]图中：1
‑
出口管；2
‑
冷流体进口管；3
‑
壳体；4
‑
热流体进口管；5
‑
底座；6
‑
放空接管；7
‑
温度计接管；8
‑
保温层；9
‑
相变蓄热材料；10
‑
换热管；11
‑
集水器；12
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上管板；13
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下管板；14
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分水器；101
‑
热流体换热管道；102
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冷流体换热管道；103
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用内外分形肋片增强换热的管壳式相变蓄热换热器，包括底座、壳体、换热管、集水器、分水器、热流体进口管和冷流体进口管，其特征在于：所述的壳体固定在底座上；壳体内设有多根换热管；每根换热管上端穿过上管板对应的一个安装孔，下端穿过下管板对应的一个安装孔；所述的上管板和下管板均固定在壳体内；所述的换热管包括热流体换热通道、冷流体换热通道和沿周向均布且交错排布的多个内外分形肋片一和内外分形肋片二；冷流体换热通道置于热流体换热通道内，且与热流体换热通道通过内外分形肋片一和内外分形肋片二连接；所述内外分形肋片一和内外分形肋片二的结构完全相同，均包括一体成型的一级外肋片、二级中肋片和三级内肋片；一级外肋片的一端与两个二级中肋片的一端均连接；每个二级中肋片的另一端与两个三级内肋片的一端均连接；内外分形肋片一中，一级外肋片的另一端与冷流体换热通道的外壁固定，四个三级内肋片的另一端均与热流体换热通道的内壁固定；内外分形肋片二中，一级外肋片的另一端与热流体换热通道的内壁固定，位于两侧的两个三级内肋片另一端与两侧两个内外分形肋片一中一级外肋片朝外的一端连接，位于中间的两个三级内肋片另一端均与冷流体换热通道的外壁固定；内外分形肋片一和内外分形肋片二的各处间隙内以及相邻内外分形肋片一和内外分形肋片二之间的间隙内均填充有相变蓄热材料，热流体换热通道外套置有保温层；所述的集水器固定在壳体顶部，所述的分水器固定在壳体底部，每根换热管的热流体换热通道两端连通集水器的一个热流口和分水器的一个热流口，每根换热管的冷流体换热通道两端连通集水器的一个冷流口和分水器的一个冷流口；集水器的各热流口均与集水器的热流室进口连通；集水器的热流室出口连接一根或两根出口管；集水器的各冷流口均与集水器的冷流室进口连通；集水器的冷流室出口连接一根或两根出口管；分水器的各热流口均与分水器的热流室出口连通，分水器的热流室进口与热流体进口管的出口连通；热流体进口管的进口伸出壳体外；分水器的各冷流...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏义坤，童慧琳，王政道，杨徽，张炜，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：