蓄热板式换热器的制作方法

本发明属于热电联产供热技术领域，特别涉及一种蓄热板式换热器。

背景技术：

根据我国电力发展蓝图，到2020年我国可再生能源发电占比将超过15％。由于热电联产供热机组在采暖季一般采用热定电的运行模式，电力负荷调峰能力差，限制了风能、太阳能等负荷波动的新能源发电并网，造成严重的弃风弃能现象。因此，探索有效技术途径，提高热电联产机组在采暖季的电力负荷调峰能力，为新能源发电留出更多的上网空间，是当前热电联产领域面临的关键问题之一。

现在局域换热站普遍采用的板式换热器，不具备热负荷调节能力。一级热网水和二级热网水通过板式换热器进行热交换，一级热网水放出热量，二级热网水吸收热量，一级热网供水放热后温度降低的回水回到热电联产机组供热首站，二级热网水为热用户供热。

因此热电联产系统需要一种具备蓄热能力，增强板式换热器供热的稳定性，当热电机组参与电网调峰产热量变化时供热品质不变，为新能源发电提供了上网空间的蓄热板式换热器。

技术实现要素：

为了解决背景技术中提到的问题，本发明的总体方案为：本发明为一种具有蓄热能力的板式换热器，即蓄热板式换热器，换热器板片为具有封闭空间的换热板，其中封装相变蓄热材料，并能够分隔一级热网水和二级热网水。利用蓄热材料的固液相变潜热，使板式换热器具有储热及热负荷调节能力。当热电联产机组参与电网调峰时，发电负荷变化导致作为热源的汽轮机抽汽量变化，进而引起热网首站加热器输出的热量变化，蓄热板式换热器能够起到供热负荷调节作用。热电联产机组汽轮机提供较多抽汽量时，蓄热材料主要以相变潜热的形式存储热量；热电联产机组降负荷运行时，蓄热材料释放部分潜热，和一级热网供水输运的热量一起通过板片传给二级热网水，用以维持热网加热器稳定的热负荷输出。从而，热电联产机组变负荷运行时，热网首站加热器通过蓄热、放热过程为热网及热用户提供稳定的供热品质。蓄热板式换热器具有换热效率高，占地面积小等优点，因加入了相变材料，具有热负荷调节能力，本发明提升了热电联产机组在供热期的负荷调峰能力，扩大了新能源发电的并网空间。

本发明的具体技术方案：

蓄热板式换热器包括蓄热式换热板1、固定压紧板2、活动压紧板3、密封垫4、导杆5、密封圈6和压紧螺杆7，13～20片蓄热式换热板1用导杆5定位并紧密排列置于固定压紧板2和活动压紧板3之间，一条导杆5两端分别穿过固定压紧板2和活动压紧板3上端的导杆孔206，另一条导杆5两端分别穿过固定压紧板2和活动压紧板3下端的导杆孔206，并且导杆5置于全部蓄热式换热板1的定位导槽105中，导杆5两端分别用螺母固定，密封垫4垫在相邻两片蓄热式换热板1之间，相邻的两个密封垫4互相反向置放，4个密封圈6分别置于第一片蓄热式换热板1的4个流道孔104与固定压紧板2上的第一流道进口201、第一流道出口202、第二流道进口203和第二流道出口204内侧端口之间，起到在各进出水端口与相应流道孔104连接的密封作用，最后一片蓄热式换热板1紧靠活动压紧板3，最后一片蓄热式换热板1的侧板上没有流道孔，在最后一片蓄热式换热板1与活动压紧板3之间放置一片密封垫4，再用8条压紧螺杆7分别穿过固定压紧板2上的8个压杆孔205和活动压紧板3上对应的8个压杆孔205用螺母拧紧，使固定压紧板2和活动压紧板3压紧全部蓄热式换热板1、密封垫4和密封圈6，组成蓄热板式换热器；

所述蓄热式换热板1由2块侧板101、围板102和4个密封垫圈103构成，侧板101为长方形结构，在4个角处对称分布4个圆形的流道孔104，在两条长方形短边的中点各有一个半圆形的定位导槽105，侧板101的4个边沿部分和4个流道孔处为平面，侧板101的其余部分为向同一侧凸起的波纹面，向同一侧凸起的波纹面起到扰流强化传热的作用，围板102为长方形环状结构，宽度等于或小于侧板101的宽度，长度等于或小于侧板101的长度，短边由两个半圆环组成，在一条短边的中心处有2个分别为进料孔106和出气孔107的螺纹孔；两块侧板101互相平行并且向同一侧凸起的波纹面同向设置，围板102的两个边沿分别与两块侧板101焊接组成蓄热式换热板1的换热板空腔体，围板102将侧板101上的4个流道孔104包围在换热板空腔内，4个密封垫圈103分别置于两块侧板101上的4组相对的流道孔104之间且与流道孔104同心，密封垫圈103起密封和支撑的作用，将流道孔104与换热板空腔隔开，在换热板空腔中灌装相变蓄热材料，再用螺钉堵住进料孔106和出气孔107，组成蓄热式换热板1；

所述密封垫4为长方形结构，密封垫宽度与侧板101的宽度相同，密封垫长度与侧板101的长度相同，密封垫4由两个流道圈401和换热圈402组成，两个流道圈401为圆形圈，在同一条密封垫长边侧，两个流道圈401对称分布在密封垫4的两端，两个流道圈401的中心距与侧板101上同一条长边侧两端的两个流道孔104的中心距相同，换热圈402为准梯形结构；

密封垫4垫在两片相邻的蓄热式换热板1之间，两个流道圈401分别包围侧板101的一条长边侧的两个流道孔104，构成第一流道的通道或第二流道的通道，换热圈402包围侧板101的另一条长边侧的两个流道孔104，构成第一流道换热区或第二流道换热区；

第一片密封垫4的流道圈401置于右侧，换热圈402与第一片和第二片蓄热式换热板1的两片相邻侧板101构成第一流道换热区，两个流道圈分别与第一片和第二片蓄热式换热板1的两个流道孔104以及密封垫圈103构成第二流道的通道，第二片密封垫4的流道圈401置于左侧，换热圈402与第二片和第三片蓄热式换热板1的两片相邻侧板101构成第二流道换热区，两个流道圈401分别与第二片和第三片蓄热式换热板1的两个流道孔104构成第一流道的通道，以此类推，第一流道换热区和第二流道换热区交替分布，第一流道的通道和第二流道的通道也交替分布；第一流道进口201和第一流道出口202分别通过密封圈6和第一流道的通道把全部第一流道换热区并联连通，构成蓄热板式换热器的第一流道，第二流道进口203和第二流道出口204分别通过密封圈6和第二流道的通道把全部第二流道换热区并联连通，构成蓄热板式换热器的第二流道。

所述向同一侧凸起的波纹面的波纹为人字形波纹、水平平直波纹、斜波纹或竖直波纹。

所述相变蓄热材料由石蜡和膨胀石墨组成。

本发明在冷热流体之间的蓄热式换热板1内部封装相变蓄热材料石蜡与膨胀石墨。石蜡在固液相变过程中吸收或释放的相变潜热，使板式换热器具有蓄热能力，对热负荷起调节作用，能提高热电联产机组参与电网调峰的能力，利于电网消纳如风电等新能源发电。石蜡的固液相变温度约等于热网换热器热水初始温度，能使被加热的二级热网水维持相对稳定的给水温度。添加膨胀石墨提高了相变蓄热材料的导热能力，有利于冷热流体之间的热量交换。

蓄热板式换热器正常工作时，热水从第一流道进口201进入第一流道的通道，热水在第一流道换热区中从上往下流动，经过蓄热式换热板1的第一流道的通道汇流，最后从第一流道出口202流出。冷水从第二流道进口203进入第二流道的通道，冷水在第二流道换热区中从下往上流动，经过蓄热式换热板1的第二流道的通道汇流，最后从第二流道出口204流出。

由于密封垫4的作用，热水和冷水分别在蓄热式换热板1两侧的换热区流动。在这一过程中热水放出热量由相变蓄热材料吸收，相变蓄热材料升温直至融化，吸收大量的相变潜热，提高换热器的储热密度，当相变蓄热材料的温度波动从热水侧传到冷水侧后，冷水开始吸收热量升温直至最后温度达到平衡。

当热电联产机组参与电负荷调峰时，第一流道中的一级热网水热量减少，导致蓄热板式换热器的热源输入减少，相变蓄热材料温度降低，冷却到相变温度时，材料发生相变，液态凝结成固态，放出熔化潜热，热量通过蓄热式换热板1的侧板101传给第二流道中的二级热网水，弥补一级热网水输热量的减少。由于相变熔化潜热值较大，而且相变过程中蓄热材料的温度波动不大，起到稳定热源的调节作用，解决了现有的板式换热器热负荷调节的技术问题。

本发明的有益效果为：蓄热式换热器板内加相变蓄热材料，结构简单紧凑，使板式换热器具备蓄热能力，增强了板式换热器供热的稳定性，当热电机组参与电网调峰产热量变化时供热品质不变，为新能源发电提供了上网空间。

附图说明

图1为蓄热板式换热器示意图；

图2为蓄热板式换热器零件分解示意图；

图3为蓄热式换热板零件分解示意图；

图4为侧板示意图；

图5为围板示意图；

图6为密封垫示意图。

图中：1--蓄热式换热板，101--侧板，102--围板，103--密封垫圈，104--流道孔，105--定位导槽，106--进料孔，107--出气孔，2--固定压紧板，201--第一流道进口，202--第一流道出口，203--第二流道进口，204--第二流道出口，205--压杆孔，206--导杆孔，3--活动压紧板，4--密封垫，401--流道圈，402--换热圈，5--导杆，6--密封圈，7--压紧螺杆。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

本实施例为一种蓄热板式换热器，如图1的蓄热板式换热器示意图和图2的蓄热板式换热器零件分解示意图，蓄热板式换热器包括蓄热式换热板1、固定压紧板2、活动压紧板3、密封垫4、导杆5、密封圈6和压紧螺杆7。15片蓄热式换热板1用导杆5定位并紧密排列置于固定压紧板2和活动压紧板3之间，一条导杆5两端分别穿过固定压紧板2和活动压紧板3上端的导杆孔206，另一条导杆5两端分别穿过固定压紧板2和活动压紧板3下端的导杆孔206，并且导杆5置于全部蓄热式换热板1的定位导槽105中，导杆5两端分别用螺母固定，密封垫4垫在相邻两片蓄热式换热板1之间，相邻的两个密封垫4互相反向置放。4个密封圈6分别置于第一片蓄热式换热板1的4个流道孔104与固定压紧板2上的第一流道进口201、第一流道出口202、第二流道进口203和第二流道出口204内侧端口之间，起到在各进出水端口与相应流道孔104连接的密封作用。最后一片蓄热式换热板1紧靠活动压紧板3，最后一片蓄热式换热板1的侧板上没有流道孔，在最后一片蓄热式换热板1与活动压紧板3之间放置一片密封垫4。再用8条压紧螺杆7分别穿过固定压紧板2上的8个压杆孔205和活动压紧板3上对应的8个压杆孔205用螺母拧紧，使固定压紧板2和活动压紧板3压紧全部蓄热式换热板1、密封垫4和密封圈6，组成蓄热板式换热器。

如图3的蓄热式换热板零件分解示意图所示，蓄热式换热板1由2块侧板101、围板102和4个密封垫圈103构成。侧板101为长方形结构，在4个角处对称分布4个圆形的流道孔104，在两条长方形短边的中点各有一个半圆形的定位导槽105，侧板101的4个边沿部分和4个流道孔处为平面，侧板101的其余部分为向同一侧凸起的人字形波纹面，如图4所示。围板102为长方形环状结构，宽度等于或小于侧板101的宽度，长度等于或小于侧板101的长度，短边由两个半圆环组成，在一条短边的中心处有2个分别为进料孔106和出气孔107的螺纹孔，如图5所示。如图3所示，两块侧板101互相平行并且且向同一侧凸起的人字形波纹面同向设置，围板102的两个边沿分别与两块侧板101焊接组成蓄热式换热板1的换热板空腔体，围板102将侧板101上的4个流道孔104包围在换热板空腔内。4个密封垫圈103分别置于两块侧板101上的4组相对的流道孔104之间且与流道孔104同心，密封垫圈103起密封和支撑的作用，将流道孔104与换热板空腔隔开，用以分隔相变材料和冷热流体。在换热板空腔中灌装由石蜡和膨胀石墨组成的相变蓄热材料，再用螺钉堵住进料孔106和出气孔107，组成蓄热式换热板1。

如图6所示，密封垫4为长方形结构，密封垫宽度与侧板101的宽度相同，密封垫长度与侧板101的长度相同，密封垫4由两个流道圈401和换热圈402组成，两个流道圈401为圆形圈，在同一条密封垫长边侧，两个流道圈401对称分布在密封垫4的两端，两个流道圈401的中心距与侧板101上同一条长边侧两端的两个流道孔104的中心距相同，换热圈402为准梯形结构。

密封垫4垫在两片相邻的蓄热式换热板1之间，两个流道圈401分别包围侧板101的一条长边侧的两个流道孔104，构成第一流道的通道或第二流道的通道，换热圈402包围侧板101的另一条长边侧的两个流道孔104，构成第一流道换热区或第二流道换热区。

如图3所示，第一片密封垫4的流道圈401置于右侧，换热圈402与第一片和第二片蓄热式换热板1的两片相邻侧板101构成第一流道换热区，两个流道圈401分别与第一片和第二片蓄热式换热板1的两个流道孔104以及密封垫圈103构成第二流道的通道。第二片密封垫4的流道圈401置于左侧，换热圈402与第二片和第三片蓄热式换热板1的两片相邻侧板101构成第二流道换热区，两个流道圈401分别与第二片和第三片蓄热式换热板1的两个流道孔104构成第一流道的通道。以此类推，第一流道换热区和第二流道换热区交替分布，第一流道的通道和第二流道的通道也交替分布。第一流道进口201和第一流道出口202分别通过密封圈6和第一流道的通道把全部第一流道换热区并联连通，构成蓄热板式换热器的第一流道，第二流道进口203和第二流道出口204分别通过密封圈6和第二流道的通道把全部第二流道换热区并联连通，构成蓄热板式换热器的第二流道。

蓄热板式换热器正常工作时，热水即一级热网水从第一流道进口201进入第一流道的通道，热水在第一流道换热区中从上往下流动，经过蓄热式换热板1的第一流道的通道汇流，最后从第一流道出口202流出。冷水即二级热网水从第二流道进口203进入第二流道的通道，冷水在第二流道换热区中从下往上流动，经过蓄热式换热板1的第二流道的通道汇流，最后从第二流道出口204流出。

由于密封垫4的作用，热水和冷水分别在蓄热式换热板1两侧的换热区流动。在这一过程中热水放出热量由相变蓄热材料吸收，相变蓄热材料升温直至融化，吸收大量的相变潜热，提高换热器的储热密度，当相变蓄热材料的温度波动从热水侧传到冷水侧后，冷水开始吸收热量升温直至最后温度达到平衡。

当热电联产机组参与电负荷调峰时，第一流道中的一级热网水热量减少，导致蓄热板式换热器的热源输入减少，相变蓄热材料温度降低，冷却到相变温度时，材料发生相变，液态凝结成固态，放出熔化潜热，热量通过蓄热式换热板1的侧板101传给第二流道中的二级热网水，弥补一级热网水输热量的减少。由于相变熔化潜热值较大，而且相变过程中蓄热材料的温度波动不大，起到稳定热源的调节作用，解决了现有的板式换热器热负荷调节的技术问题。

本发明适用于参与电负荷调峰的热电联产机组。