一种带电加热的分层圆柱型三螺旋管式相变蓄热器

本发明涉相变储热领域，具体涉及热能储存过程中使用的相变蓄热装置，尤其涉及一种带电加热的分层圆柱型三螺旋管式相变蓄热器。

背景技术：

1、随着近年来国民经济的持续高速增长，我国对能源的需求量越来越大，为了减小化石能源污染物对生态环境的影响，可再生能源的开发利用成为了能源领域新的研究热点，可再生能源的开发中，太阳能和工业余热回收增速较快，两者都需要解决热利用过程中热能分散、能源连续性和稳定性差的问题。蓄热技术可以将间断的、不连贯的热能转变成为持续输出的稳定能源，可以提升能源的回收利用效率，其中相变蓄热器是作为相变蓄能技术应用于实际蓄热过程必不可少的装置。

技术实现思路

1、为了克服现有相变蓄热器相变材料热利用率低、相变材料换热温差大、整体温度不均等问题，本发明提供了一种带电加热的分级圆柱型三螺旋管式相变蓄热器。壳体由隔热挡板分为上下两层，壳体的上层和下层分别填装不同的相变蓄热材料，壳体上层填充的相变蓄热材料熔点大于壳体下层填充的相变蓄热材料熔点，热流体由入口处流向出口处温度逐渐降低，可以有效避免壳体下层相变材料由于流体温度降低导致相变材料无法融化进而导致相变材料的浪费，避免了相变材料入口过热而出口还未融化的现象，增加相变材料利用率，从而减少热量损失。流体经热流体入口管流入后，会同时流入三螺旋换热管和换热中心管，保证整体的热量均匀。

2、本发明是通过以下技术方案来实现的；

3、一种带电加热的分级圆柱型三螺旋管式相变蓄热器，其特征在于，包括：热流体进口管、阀门1、阀门2、冷流体出口管、上端面、壳体、相变材料1、三螺旋换热管、隔热挡板、相变材料2、冷流体进口管、阀门3、热流体出口管、阀门4、下端面、管式电加热器、换热中心管、螺旋型电加热器。壳体两端分别焊接上端面和下端面，热流体进口管和冷流体出口管位于上端面，热流体出口管和冷流体进口管位于下端面。换热管束为三螺旋换热管和一个上半部分为直管下半部分为螺旋管的换热中心管，三螺旋换热管的管径小于热流体入口管。所述三螺旋换热管和换热中心管位于上下端面之间，三螺旋换热管和换热中心管并联布置。所述换热中心管在壳体上层为直管，在壳体下层为螺旋管，且上层直管的直径大于下层螺旋管的直径，且换热中心管在壳体上层为直管，在壳体下层为螺旋管。所述中心换热管在壳体上层直管周围有螺旋型电加热器，换热中心管在壳体下层螺旋管中间有一个管式电加热器。所述热流体进口管、冷流体出口管、冷流体进口管和热流体出口管上均设有阀门，控制冷热流体的流向。所述壳体为圆柱型，且壳体外设有保温材料。

4、本发明结构简单易行，三螺旋换热管和换热中心管的存在可以增大换热面积，有利于热量传递，保证整体的热量均匀。隔热挡板将整个壳体分为上下两层，壳体的上层和下层分别填装不同的相变蓄热材料，壳体上部分填充的相变蓄热材料熔点大于壳体下部分填充的相变蓄热材料熔点，热流体由入口处流向出口处温度逐渐降低，可以有效避免壳体下层相变材料由于流体温度降低导致相变材料无法融化进而导致相变材料的浪费，避免了相变材料入口过热而出口还未融化的现象，增加相变材料利用率，从而减少热量损失。所述换热中心管上半部分直管周围有螺旋型电加热器，中心换热管下半部分螺旋管中间有一个管式电加热器，可直接由电加热提供热量，可以满足多种工况下的需求。

技术特征：

1.一种带电加热的分级圆柱型三螺旋管式相变蓄热器，包括热流体进口管（1）、阀门1（2）、阀门2（3）、冷流体出口管（4）、上端面（5）、壳体（6）、相变材料1（7）、三螺旋换热管（8）、隔热挡板（9）、相变材料2（10）、冷流体进口管（11）、阀门3（12）、热流体出口管（13）、阀门4（14）、下端面（15）、管式电加热器（16）、换热中心管（17）、螺旋型电加热器（18）；热流体由热流体进口管（1）进入到三螺旋换热管（8）和中换热中心管（17），最后由热流体出口管（13）流出进行换热；冷流体由冷流体进口管（11）进入到三螺旋换热管（8）和中换热中心管（17），最后由冷流体出口管（4）流出进行换热；换热中心管（17）在壳体上层为直管，在壳体下层为螺旋管。蓄热壳体（3）内填充相变蓄热材料，壳体（3）内隔热挡板（8）上面填充的相变蓄热材料熔点大于壳体（3）内隔热挡板（8）下面填充的相变蓄热材料熔点。

2.根据权利要求1所述的带电加热的分级圆柱型三螺旋管式相变蓄热器，其特征在于，流体经热流体入口管（1）流入后，会流入三螺旋换热管（8）和换热中心管（17），三螺旋换热管（8）和换热中心管（17）并联布置。

3.根据权利要求1所述的带电加热的分级圆柱型三螺旋管式相变蓄热器，其特征在于，所述换热管束为三螺旋换热管（8）和一个上半部分为直管下半部分为螺旋管的换热中心管（17），三螺旋换热管（8）的管径小于热流体入口管（1），且换热中心管（17）在壳体上层为直管，在壳体下层为螺旋管。

4.根据权利要求1所述的带电加热的分级圆柱型三螺旋管式相变蓄热器，其特征在于，所述热流体入口管（1）直径大于三螺旋换热管（8）的直径，三螺旋换热管（8）的直径等于换热中心管（17）在壳体上层直管的直径，换热管中心（17）在壳体上层直管的直径大于在壳体下层螺旋管的直径。

5.根据权利要求1所述的带电加热的分级圆柱型三螺旋管式相变蓄热器，其特征在于，所述壳体（6）为圆柱型。

6.根据权利要求1所述的带电加热的分级圆柱型三螺旋管式相变蓄热器，其特征在于，所述壳体（6）由隔热挡板（9）分为上下两层。

7.根据权利要求1所述的带电加热的分级圆柱型三螺旋管式相变蓄热器，其特征在于，所述换热中心管（17）在壳体上层直管周围有螺旋型电加热器（18），换热管中心（17）在壳体下层螺旋管中间有一个管式电加热器（16）。

8.根据权利要求1所述的带电加热的分级圆柱型三螺旋管式相变蓄热器，其特征在于，所述壳体（6）外设有保温层。

技术总结
本发明公开了一种带电加热的分层圆柱型三螺旋管式相变蓄热器，主要包括：热流体进口管、阀门1、阀门2、冷流体出口管、上端面、壳体、相变材料1、三螺旋换热管、隔热挡板、相变材料2、冷流体进口管、阀门3、热流体出口管、阀门4、下端面、管式电加热器、换热中心管、螺旋型电加热器。隔热挡板将整个壳体分为上下两层，壳体的上层和下层分别填装不同的相变蓄热材料，增加相变材料利用率。通过优化换热管和壳体的布置，三螺旋换热管和换热中心管的存在可以增大换热面积，有利于热量传递，从而提高蓄热装置性能。电加热器辅助蓄热，利用夜间廉价的低谷电能对蓄热罐体内蓄热介质加热，实现蓄热，可以和太阳能、低价谷电等不同供暖设备连接，满足不同工况下的使用要求。

技术研发人员：崔海亭,张亚磊,陈浩松
受保护的技术使用者：河北科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13