一种可转动的夹套式相变储能蓄热器的制作方法

本发明属于相变储能技术领域，具体涉及一种可转动的夹套式相变储能蓄热器。

背景技术

随着全球能源紧缺的局势逐步加剧，新能源产业的发展势在必行，但风能、太阳能等清洁能源受环境影响较大，功率不稳定，上下波动的电量难以直接被电网利用。新能源要想发展，必须依托储能技术，将不稳定的风能、太阳能发电储存起来、平稳输出。因此储能技术成为了新能源开发的核心技术之一。不仅新能源发展需要储能技术，节能更离不开储能技术。电力需求逐年增长，用电高峰和低谷的负荷差距越来越大。发达国家已经开始实验用种种方法储能，把用电低谷期富余的电储存起来，在用电高峰的时候再拿出来用，以求减少电能浪费、实现削峰调谷。

储能电站便是在储能技术领域的一项重大突破。它能在用电低谷时储能，用电高峰期时放电回馈电网，对电网进行局部错峰调谷，均衡用电负荷。同时储能电站还可存储太阳能电站产生的电能，实现能源的有效存储，突破时间和气候限制，解决了全天候使用太阳能的难题。

而“储能电站”最重要的一个环节就是能量的有效储存。而目前普通的蓄热装置的蓄热能力差、蓄热效率低成为制约这一产业发展的关键因素。

基于此，本发明提出了一种可转动的夹套式相变储能蓄热器，旨在解决普通蓄热装置蓄热能力差、蓄热效率低的问题，一方面，设计了新型的带有导流口的螺旋状的外翅片，并通过采用换热管转动的方式提高外翅片的扰流效果，从而达到强化传热目的。此外，在蓄热单元中的相变蓄热材料由于在相变过程中伴随着体积的变化，所以在蓄热单元的最高处都会留有一段空白区，这一空白区很容易发生干烧，影响蓄热器的正常使用，采用转动的方式即可有效的避免这一问题；另一方面，发明了夹套式蓄热结构，解决了蓄热过程中热量向外扩散的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种蓄热能力强、蓄热效率高且在蓄热过程中可避免热量向外扩散的可转动的夹套式相变储能蓄热器。

本发明提供的一种可转动的夹套式相变储能蓄热器，包括中心换热单元、蓄热单元和外层换热单元；所述中心换热单元包括中心换热圆管，所述中心换热圆管的一端为中心换热单元入口，另一端为中心换热单元出口，所述中心换热圆管的两端分别设置有供中心换热圆管转动的中心换热圆管支座，所述中心换热圆管的一端设置有从动齿轮，所述中心换热单元入口接有供中心换热圆管转动的中心换热圆管入口接管，所述中心换热单元出口接有供中心换热圆管转动的中心换热圆管出口接管；所述外层换热单元包括外换热圆管和筒体，所述外换热圆管同心套装在所述中心换热圆管的两中心换热圆管支座之间，所述筒体两端通过密封轴承套装在所述外换热圆管外面，所述筒体上接有外层换热单元入口和外层换热单元出口，所述外换热圆管两端通过环形封头固定在所述中心换热圆管上，所述筒体上安装有筒体支座；所述蓄热单元由所述中心换热圆管与所述外换热圆管之间形成的环形区域构成，其内填充有相变蓄热材料。

上述中，所述中心换热圆管的管内壁设置有纵向内翅片。

上述中，所述内翅片为矩形，至少有四片，沿轴向均匀设置且每片的自由端沿管中心线延伸。

上述中，所述外换热圆管的管外壁设置有外翅片。

上述中，所述外层换热单元入口设置在所述筒体一侧上面，所述外层换热单元出口设置在所述筒体另一侧下面，所述外翅片为螺旋状，螺旋延伸的方向为：从所述外层换热单元入口向所述外层换热单元出口延伸。

上述中，所述外翅片沿着螺旋延伸的方向的螺距逐渐由大变小。

上述中，所述外翅片由多段螺旋段构成，后一段与前一段依次错开，且后一段的前部接在前一段的后部螺旋槽中间位置。

上述中，所述外翅片上开有多个导流口。

上述中，所述中心换热圆管支座上有支承板，所述支承板上开有凹槽，所述凹槽上装有滚珠，所述中心换热圆管上、两中心换热圆管支座外侧设置有卡盘。

上述中，所述蓄热单元内还充填有多孔介质，所述相变蓄热材料充填在所述多孔介质与所述中心换热圆管和所述外换热圆管之间形成的环形区域构成的间隙内。

在本发明中，中心换热单元中的中心换热圆管外侧与相变蓄热材料相连接强化热量传递，内侧附有纵向内翅片以增大换热面积，同时增大高温换热流体在中心换热圆管内部的湍流扰动以达到换热强化的目的；中心换热圆管伸出筒体之外，并且由带滚珠的中心换热圆管支座支撑。中心换热圆管通过环形封头与外换热圆管连接成一个整体，并且由中心换热圆管的从动齿轮传递来的扭矩达到整体转动的目的。高温换热流体从中心换热单元入口流入中心换热圆管的腔体，通过与中心换热圆管内管壁与内翅片的直接接触，将热量传递给中心换热圆管外侧的相变蓄热材料。

在本发明中，蓄热单元内设有多孔介质结构，且多孔介质结构与中心换热圆管、外换热圆管相连接，不仅起到强化换热的作用，同时也起到固定支撑中心换热圆管与外换热圆管的作用。在蓄热单元内装有相变蓄热材料与多孔介质结构相结合，相变蓄热材料通过直接接触的方式吸收来自内换热管外壁、相变蓄热材料网络骨架、外换热圆管内壁的热量。

在本发明中，外层换热单元在外换热圆管的外壁附有外翅片用以增大换热面积。同时在中心换热圆管、外换热圆管整体低速转动的过程中，这带有导流口的外翅片能够大大增加高温换热流体在外换热圆管外部的湍流扰动以达到换热强化的目的。当高温换热流体通过外层换热单元入口进入外层换热腔体时，通过与外换热圆管外壁与外翅片的直接接触将热量传递给外换热圆管内侧的相变蓄热材料。

本发明旨在解决普通蓄热装置蓄热能力差蓄热效率低的问题，一方面，通过采用换热管转动的方式提高外翅片的扰流效果，从而达到强化传热目的。此外，在蓄热单元中的相变蓄热材料由于在相变过程中伴随着体积的变化，所以在蓄热单元的最高处都会留有一段空白区，这一空白区很容易发生干烧，影响蓄热器的正常使用，采用转动的方式即可有效的避免这一问题；另一方面，夹套式蓄热结构，解决了蓄热过程中热量向外扩散的问题。

本发明采用夹套式的蓄热器结构，在蓄热器夹层中间填充蓄热材料，内外两侧走高温换热流体，使得蓄热材料由内侧和外侧同时加热，大大提高了蓄热材料得蓄热效率，同时也避免了蓄热区域由于单侧受热温度不均而造成的设备损坏问题；

本发明采用夹套式的蓄热器结构，使得蓄热材料蓄热后具有一定的夹层保温效果，减少的蓄热材料蓄热后得热量扩散；

本发明采用可转动的蓄热器结构，一方面，在蓄热单元中的相变蓄热材料由于在相变过程中伴随着体积的变化，所以在蓄热单元的最高处都会留有一段空白区。这一空白区很容易发生干烧。将换热管整体转动就是为了避免高温换热流体总是在外换热圆管的一侧的空白区域干烧的现象；另一方面，在外换热圆管外侧设有外翅片，外翅片上设有导流口，当外换热圆管转动的时候带动外翅片转动，可以提高外层换热腔体中高温换热流体的湍流扰动。

本发明在外换热圆管外侧设置的外翅片为螺旋状，采用“沿着螺旋延伸的方向的螺距逐渐由大变小”的排布方式。这是由于在高温流体入口段高温流体的温度较高,传热温差较大，传热效率较高，故外翅片可以设置的疏一些。到了高温流体出口段，高温换热流体的温度逐渐降低，传热温差较小，传热效率较低，故外翅片可以设置的密一些。这样整体设置，可以在提高传热效率的同时，有效的减小制造成本。另外，外翅片由多段螺旋段错位构成，具有扰流作用，也可大大提高传热效率。

附图说明

图1是本发明的局部剖视图。

图2是图1的左视图。

图3是本发明的其中一种外换热圆管的立体示意图。

图4是本发明的另一种外换热圆管的立体示意图。

图5是本发明的中心换热圆管支座的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图1、图2、图3和图5所示，本发明提供的一种可转动的夹套式相变储能蓄热器，包括中心换热单元、蓄热单元和外层换热单元；所述中心换热单元包括中心换热圆管1，所述中心换热圆管1的一端为中心换热单元入口，另一端为中心换热单元出口，所述中心换热圆管1的两端分别设置有供中心换热圆管1转动的中心换热圆管支座13，所述中心换热圆管支座13上有支承板19，所述支承板19上开有凹槽，所述凹槽上装有滚珠18，所述中心换热圆管1上、两中心换热圆管支座13外侧设置有卡盘16，卡盘16对中心换热圆管1起到定位作用，防止中心换热圆管1轴向偏移。所述中心换热圆管1的一端设置有从动齿轮15，所述中心换热单元入口接有供中心换热圆管1转动的中心换热圆管入口接管14，所述中心换热单元出口接有供中心换热圆管1转动的中心换热圆管出口接管10，所述的中心换热圆管入口接管14和中心换热圆管出口接管10均通过轴承与所述中心换热单元入口和所述中心换热单元出口连接。

所述外层换热单元包括外换热圆管4和筒体3，所述外换热圆管4同心套装在所述中心换热圆管1的两中心换热圆管支座13之间，所述筒体3两端通过密封轴承9套装在所述外换热圆管4外面，所述筒体3上接有外层换热单元入口2和外层换热单元出口11，所述外换热圆管4两端通过环形封头17固定在所述中心换热圆管1上，所述筒体3上安装有筒体支座12，有两个分别安装在在筒体3两侧。

所述蓄热单元由所述中心换热圆管1与所述外换热圆管4之间形成的环形区域构成，其内填充有相变蓄热材料。

所述中心换热圆管1的管内壁设置有纵向内翅片6，所述纵向内翅片6为矩形，至少有四片，图2中显示是12片，沿轴向均匀设置且每片的自由端沿管中心线延伸；所述外换热圆管4的管外壁设置有外翅片8，所述外层换热单元入口设置在所述筒体3一侧上面，所述外层换热单元出口设置在所述筒体3另一侧下面，所述外翅片8为螺旋状，螺旋延伸的方向为：从所述外层换热单元入口向所述外层换热单元出口延伸；所述外翅片8沿着螺旋延伸的方向的螺距逐渐由大变小，所述外翅片8上开有多个导流口7。

实施例二：

如图1、图2、图4和图5所示，与实施例一不同之处是：所述外翅片8由多段螺旋段构成，后一段与前一段依次错开，且后一段的前部接在前一段的后部螺旋槽中间位置，所述外翅片8中的每段螺旋段上也开有多个导流口7。

实施例三：如图1、图2、图3和图5所示，与实施例一不同之处是：所述蓄热单元内还充填有多孔介质5，所述相变蓄热材料充填在所述多孔介质5与所述中心换热圆管1和所述外换热圆管4之间形成的环形区域构成的间隙内。

实施例四：如图1、图2、图4和图5所示，与实施例二不同之处是：所述蓄热单元内还充填有多孔介质5，所述相变蓄热材料充填在所述多孔介质5与所述中心换热圆管1和所述外换热圆管4之间形成的环形区域构成的间隙内。

在实际使用过程中，在蓄热单元中填充有相变蓄热材料。高温换热流体分别由中心换热单元入口、外层换热单元入口流入中心换热单元和外层换热单元。

同时通过由电机带的主动轮驱动中心换热圆管上的从动齿轮将转动扭矩传递给中心换热圆管，从而使得中心换热圆管和外换热圆管整体相对于筒体发生相对低速转动。转动的目的有两个：一方面是，在蓄热单元中的相变蓄热材料由于在相变过程中伴随着体积的变化，所以在蓄热单元的最高处都会留有一段空白区。这一空白区很容易发生干烧。将换热管整体转动就是为了避免高温换热流体总是在外换热圆管的一侧的空白区域干烧的现象。当外换热圆管转动的时候带动外翅片转动，可以提高外层换热单元中高温换热流体的湍流扰动。实施例一中外换热圆管外侧设置的外翅片的排列方式采用“沿着螺旋延伸的方向的螺距逐渐由大变小”排列方式，这是由于在高温流体入口段高温流体的温度较高,传热温差较大，传热效率较高故外翅片可以设置的疏一些。到了高温流体出口段，高温换热流体的温度逐渐降低，传热温差较小，传热效率较低故外翅片可以设置的密一些。这样整体设置，可以在提高传热效率的同时，有效的减小制造成本。而实施例二中的外翅片由多段螺旋段构成，后一段与前一段依次错开，也可大大提高外层换热单元中高温换热流体的湍流扰动，大大提高传热效率。

在中心换热单元内的高温换热流体通过与中心换热圆管内壁、内翅片，直接接触换热将热量从内部传递给蓄热单元中的相变蓄热材料；在外层换热单元内的高温换热流体通过与外换热圆管外壁、外翅片，直接接触换热将热量从外部传递给蓄热单元中的相变蓄热材料。

高温换热流体最终分别通过中心换热单元出口、外层换热单元出口流出中心换热单元和外层换热单元。其中在中心换热单元出口设置内换热管出口接管是为了连接外部的高温换热流体管道。保证高温流体正常有效的流出，不受中心换热圆管转动的影响。