一种逐级变径相变蓄热器的制作方法

本实用新型属于热能存储和节能技术领域，具体涉及一种逐级变径相变蓄热器。

背景技术：

在工业领域，存在着大量的余热、废热以及可利用热源，余热废热的合理利用对于节能降耗减排具有重要意义。

热量存储技术可以有效解决热能供需矛盾，提高能源利用效率，在太阳能利用、电力“移峰填谷”、废热余热的回收利用以及工业与民用建筑物采暖与空调的节能领域具有广阔的应用前景。潜热蓄热是利用物质在凝固/熔化形式的相变过程中都要吸收或放出相变潜热的原理，利用相变材料的相变潜热进行热能储存的储热技术，由于具有储能密度高、相变温度相对稳定等优点倍受人们的关注。相变蓄热材料的开发和相变蓄热技术的应用研究相当广泛，其中，相变蓄热器的设计、开发和研究始终是蓄热技术的热点和难点。

由于相变材料的种类不同，相变温度不同，蓄热量不同，在蓄热和取热环节中存在着热量分布不均衡而引起的热应力不均和变形问题，例如，在进口部分由于流体温度高，热量交换充分，相变蓄热材料熔解多，蓄积的热量也多，而在出口部分由于温度降低，热量交换少，相变蓄热材料熔解少，蓄积的热量也少，这种热量分布不均的现象会形成设备的热应力不均和变形，严重影响设备的使用寿命和利用效果。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型提供了一种逐级变径相变蓄热器，克服上述现有技术存在的缺陷。

为达到上述目的，本实用新型采取如下的技术方案：

一种逐级变径相变蓄热器，包括蓄热器壳体、设在蓄热器壳体内的多个换热管以及填充在蓄热器壳体内的相变蓄热材料；所述多个换热管相互平行并均沿水平方向布设，多个换热管从下到上按照多层排布，每层换热管均位于同一水平面内；位于同一层的换热管的管径相同，位于上层的换热管的管径比相邻下层的换热管的管径大；

每个位于下层的换热管均与相邻的上层的换热管之间通过u形管密封连通，使换热管从最下层依次连通至最上层以形成多个蛇形连通管；

所述u形管设在蓄热器壳体外部，在所述蓄热器壳体的侧壁上开设有多个通孔以使u形管的两个开口穿过该通孔后与换热管密封连通。

本实用新型还包括如下技术特征：

可选地，每层换热管的数量相同，从而形成相同数量的所述蛇形连通管；每个蛇形连通管对应一个流体进口和一个流体出口，所述流体进口为位于蛇形连通管的最下层的换热管的开口，所述流体出口为位于最上层的换热管的开口；换热流体由流体进口进入下层换热管并逐层向上流动再通过上层换热管后从流体出口流出进行换热。

可选地，所述换热管阵列排布或交叉排布。

可选地，所述u形管的管径等于与其连通的且位于下层的换热管的管径，在u形管的一个开口处为扩口结构，该扩口结构的口径等于与其连通的且位于上层的换热管的管径。

可选地，所述蓄热器壳体的侧壁上的通孔的孔径等于设置在该处的u形管的管径或口径，从而确保蓄热器壳体为密封结构。

可选地，所述蓄热器壳体为长方体结构或圆柱形结构。

可选地，位于上层的换热管的管径比相邻下层的换热管的管径大2％～10％。

可选地，所述蓄热器壳体外部包覆有保温材料。

本实用新型与现有技术相比，有益的技术效果是：

本实用新型采用列管式结构的布置方式，以保持相变蓄热器的热量分布平衡为基本原则，通过每一层管程换热管的管径逐级增加的方式，降低流体的流速，增加换热管的换热面积，虽然沿着换热管方向流体的温度在降低，流体流速降低，但换热面积增加，以此实现以提高换热面积来补偿温降的换热效果，这样每一层都能实现充分的热量交换，从而实现整个相变蓄热器的热量分布平衡，降低热应力不均带来的变形和储热问题。

通过本实用新型，能够实现蓄热介质在蓄热过程中保持能量分布平衡，避免了因为热量分布不均形成的热应力不均匀和变形问题，提高设备的使用寿命和热量存储效果。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构主视图。

图2为实施例1中的整体结构的(a)左视图和(b)右视图。

图3为实施例2中的整体结构的(a)左视图和(b)右视图。

图4为本实用新型的u形管结构示意图。

图中各标号表示为：1-蓄热器壳体，2-换热管，3-u形管，31-扩口结构，4-流体进口，5-流体出口。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例1：

如图1、图2和图4所示，本实施例提供一种逐级变径相变蓄热器，包括蓄热器壳体1、设在蓄热器壳体1内的多个换热管2以及填充在蓄热器壳体1内的相变蓄热材料；多个换热管2相互平行并均沿水平方向布设，多个换热管2从下到上按照多层排布，每层换热管2均位于同一水平面内；位于同一层的换热管2的管径相同，位于上层的换热管2的管径比相邻下层的换热管2的管径大；每个位于下层的换热管2均与相邻的上层的换热管2之间通过u形管3密封连通，使换热管2从最下层依次连通至最上层以形成多个蛇形连通管；u形管3设在蓄热器壳体1外部，在蓄热器壳体1的侧壁上开设有多个通孔以使u形管3的两个开口穿过该通孔后与换热管2密封连通。以保持相变蓄热器的热量分布平衡为基本原则，采用列管式结构的布置方式，通过每一层管程换热管2的管径逐级增加的方式，降低流体的流速，增加换热管2的换热面积，虽然沿着换热管2方向流体的温度在降低，流体流速降低，但换热面积增加，以此实现以提高换热面积来补偿温降的换热效果，这样每一层都能实现充分的热量交换，从而实现整个相变蓄热器的热量分布平衡，降低热应力不均带来的变形和储热问题。

具体的，每层换热管2的数量相同，从而形成相同数量的蛇形连通管；每个蛇形连通管对应一个流体进口4和一个流体出口5，流体进口4为位于蛇形连通管的最下层的换热管2的开口，流体出口5为位于最上层的换热管2的开口；换热流体由流体进口4进入下层换热管2并逐层向上流动再通过上层换热管2后从流体出口5流出进行换热。

如图2所示，在本实施例中，换热管2阵列排布，每个位于下层的换热管2均与相邻的正上方的换热管2之间通过u形管3密封连通，使换热管2从最下层依次连通至最上层以形成多个蛇形连通管，在本实施例中，每个蛇形连通管均位于一个竖向平面内，换热流体由流体进口4进入下层换热管2并逐层向上流动再通过上层换热管2后从流体出口5流出进行换热。

如图4所示，u形管3的管径等于与其连通的且位于下层的换热管2的管径，在u形管3的一个开口处为扩口结构31，该扩口结构31的口径等于与其连通的且位于上层的换热管2的管径。

蓄热器壳体1的侧壁上的通孔的孔径等于设置在该处的u形管3的管径或口径，从而确保蓄热器壳体1为密封结构。

蓄热器壳体1为长方体结构或圆柱形结构。

位于上层的换热管2的管径比相邻下层的换热管2的管径大2％～10％。通过每一层管程换热管2的管径逐级增加的方式，降低流体的流速，增加换热管2的换热面积，虽然沿着换热管2方向流体的温度在降低，流体流速降低，但换热面积增加，以此实现以提高换热面积来补偿温降的换热效果，这样每一层都能实现充分的热量交换，从而实现整个相变蓄热器的热量分布平衡，降低热应力不均带来的变形和储热问题。

蓄热器壳体1外部包覆有保温材料，用以保温。

实施例2：

如图3和图4所示，本实施例提供一种逐级变径相变蓄热器，本实施例与实施例1不同的是，换热管2交叉排布。更具体的，如图3所示，位于第n层的换热管与位于第n+2层的的换热管按照阵列排布，位于第n层的换热管与位于第n+1层的换热管之间交叉排布，其中，n为换热管的层数；每个蛇形连通管不位于一个竖向平面内，换热流体由流体进口4进入下层换热管2并逐层向上流动再通过上层换热管2后从流体出口5流出进行换热。

以上结合附图详细描述了本实用新型的具体实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。