一種冷熱分流的多管程節能蓄熱器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種冷熱分流的多管程節能蓄熱器，包括豎直設置的圓柱形筒體、通過法蘭分別連接在筒體上下端的兩個半球形封頭，所述筒體上下端和兩個半球形封頭之間還設置有筒體端板，位于上端的半球形封頭上設置有熱流體出口，位于下端的半球形封頭上設置有熱流體進口，所述筒體的內壁上下端分別設置有環形導流槽，兩個環形導流槽之間設置有若干冷流體直管、冷流體蛇形管，所述筒體外圓周壁設置有冷流體進出口，兩個筒體端板之間均勻設有若干熱流體蛇形管，所述熱流體蛇形管及冷流體直管、冷流體蛇形管之間的空隙中填充有蓄熱材料，本實用新型使蓄熱加熱過程變得自動可控，解決了傳統蓄熱器物流污染問題，同時大大提高換熱效率以及蓄熱能力。
【專利說明】
一種冷熱分流的多管程節能蓄熱器
技術領域
[0001]本實用新型涉及傳熱及節能技術領域，特別是涉及一種冷熱分流的多管程節能蓄熱器。
【背景技術】
[0002]隨著能源危機及環境污染的加劇，節約能源已越來越引起人們的重視，各種節能技術已被人們廣泛使用。蓄熱器作為一種節能設備，可以儲存熱量，靈活地利用熱量，同時具有性能好，可靠性高，儲熱密度大和幾乎恒定的換熱溫度等優勢，傳統的蓄熱器在結構上沒有進行細致研究，導致蓄熱量不大，低流量物料換熱效率不高，不能對物料溫度進行控制，而且蓄熱器在結構上沒有將冷熱流體分開，不能解決物料污染的問題，為了解決上述問題，提出一種冷熱分流的多管程節能蓄熱器，通過冷熱分流的方法，可以實現廢酸等難以直接換熱的氣體余熱回收，低流量物料余熱高效回收。采用經向翅片管，增大了換熱面積，優化了換熱過程，在蓄熱器內部空腔間填充蓄熱材料，達到蓄熱目的；同時采用多管程的方法，有效地控制了對流體出口溫度的控制，以達到生產過程中的需要。
【實用新型內容】
[0003]針對蓄熱量不大，低流量物料換熱效率不高，不能對物料溫度進行控制，物料污染的問題提出了一種冷熱分流的多管程節能蓄熱器，在一定程度上提高了蓄熱量，使低流量物料換熱效率大幅提高，實現冷熱分管解決物料污染問題，同時也使得流體溫度具有可控性。
[0004]本實用新型采用如下技術方案來實現:
[0005]—種冷熱分流的多管程節能蓄熱器，包括豎直設置的圓柱形筒體、通過法蘭分別連接在所述筒體上下端的兩個半球形封頭，所述筒體上下端和兩個半球形封頭之間還設置有將筒體內腔和半球形封頭內腔相隔離的筒體端板，位于所述筒體上端的半球形封頭上設置有熱流體出口，位于所述筒體下端的半球形封頭上設置有熱流體進口，所述筒體的內壁上下端分別設置有與相鄰筒體端板形成環形密封容腔的環形導流槽，兩個環形導流槽之間沿兩個同心圓軌跡分別均勻地設置有若干連通兩個環形導流槽的冷流體直管、冷流體蛇形管，所述筒體外圓周壁上端設置有連通位于所述筒體的內壁上端的環形導流槽的冷流體進口，外圓周壁下端設置有連通位于所述筒體的內壁下端的環形導流槽的冷流體出口，兩個筒體端板之間均勻地設置有若干連通兩個半球形封頭內腔的熱流體蛇形管，所述熱流體蛇形管及冷流體直管、冷流體蛇形管之間的空隙中填充有蓄熱材料。本方案采用冷熱管分流的方式，熱流體從下端半球形封頭上的熱流體進口進入到多個熱流體管中，冷流體從筒體上方右側的冷流體進口處進入，經過環形導流槽，均勻進入到各個冷流體管中，在此過程中，冷熱分流同行，也可以只通熱流體不通冷流體，這時就是單純的蓄熱；只通冷流體，這時就是單純加熱;冷熱同行的時候就是蓄熱、加熱同時進行，使蓄熱加熱過程變得可控，解決了傳統蓄熱器物流污染問題，同時大大提高了換熱效率以及蓄熱能力。
[0006]進一步地，所述熱流體蛇形管及冷流體蛇形管上均設置有流量調節閥，冷熱流體的比熱容一般不同，因此可以通過流量調節閥調節冷熱流體的流量，即改變閥門的開度的方法，來改變和調整出口流體的溫度。
[0007]進一步地，所述熱流體蛇形管及冷流體蛇形管上均設置有溫度傳感器，溫度傳感器可與標度變換電路相接，經標度變換電路變換后通過光柱電平驅動電路進行數字顯示，數顯可與電動單元組合儀表、可編程序控制器或計算機連用，經計算機處理反饋到控制電路，對閥門開度控制以實現對溫度的控制。
[0008]進一步地，所述冷流體直管、熱流體蛇形管和冷流體蛇形管的直線段外壁沿周向均勻分布有若干與管道軸線平行的翅片，讓蓄熱器管道間擁有足夠的換熱面積，提高換熱效率。
[0009]進一步地，相鄰管道上的翅片的最小間隔不低于20mm，以減少在填充蓄熱材料時對工藝物流產生過大的流動阻力。
[0010]進一步地，所述翅片的橫截面呈曲邊三角形，此形狀的翅片根部厚一些，其向外延伸部分可以加工得薄一些，由于越靠近管道溫度越高，此時接觸面積越大，蓄熱效果越好，因此根部要厚，而延伸部分由于離管道較遠，對蓄熱量影響不大，可以做得薄一些，有利于節省材料，同時，靠近管道部分熱應力大，做的厚一些，有利于延長翅片的壽命和焊接，翅片的材質可以是鋁、銅、鋼等復合材料。
[0011]進一步地，所述翅片的表面均勻設置有凹槽，用于嵌入固體蓄熱材料，既可增大蓄熱材料的填充量，還增大蓄熱材料和翅片的換熱面積，加強蓄熱器的蓄熱量。
[0012]進一步地，所述的蓄熱材料為膨脹石墨，膨脹石墨除了具備天然石墨本身的耐冷熱、耐腐蝕、自潤滑等優良性能意外，又由于其特殊成型工藝及特殊的微觀組織，而具有天然石墨所沒有的柔軟、回彈性、低的應力松弛等。
[0013]進一步地，所述筒體由外到內依次包括金屬層、絕熱層和耐高溫層，所述絕熱層采用絕熱材料或者是真空絕熱。
[0014]進一步地，所有冷流體管橫截面面積之和與所有熱流體管的橫截面面積之和相一致，當冷流體管的數量不同于熱流體管的數量時，通過設置不同的管道直徑，減少兩者在換熱時的管內流體工質的流量差，使其盡可能保持一致，以獲得較高的換熱效率，而管道材質與需要處理的流體性質對應，例如具有腐蝕性的高溫酸性氣體進入熱流體管時，管道材料需要采用耐腐蝕，耐高溫材料;而冷流體管進入空氣時就只需要用耐高溫材料即可。
[0015]相比現有技術，本實用新型的優點包括:此蓄熱器旨在通過對于結構設計的完善以及創新，提高其蓄熱能力以及冷卻效率，其主要的創新點在于:
[0016]1.多管程可調節流量，能對溫度進行定量檢測并對出口溫度施以控制，實現化工生產的需要。
[0017]2.空間設計合理，管道安排緊湊在提高換熱效率的同時提高了空間利用率，節約制作成本，提高經濟效率。
[0018]3.采用冷熱管分流，使換熱過程變得可控，解決物料污染的問題。
[0019]4.在冷流體進口處設置環形導流槽，改變了傳統蓄熱器空氣單向流動的狀態，使氣體能均勻進入到各個冷氣管口，強化了換熱。
[0020]5.采用多管程的設計可以實現低流量物料余熱的回收利用。
[0021]6.采用軸向翅片管換熱，通過焊接軸向翅片，大大強化了其換熱能力，采用曲邊三角形(根部厚，外延薄)結構，節省材料的同時還加大了蓄熱量，避免熱應力過高，有利于延長翅片的壽命，在翅片上設置凹槽，有能增大蓄熱材料的填充量，使換熱面積增大，強化了其蓄熱、換熱能力。
[0022]7.—個蓄熱器實現多種用途，只通熱流體的時候為單純蓄熱，只通冷流體為單純的加熱，兩者同時既可以實現蓄熱也可以實現加熱。
【附圖說明】
[0023]圖1本實用新型中蓄熱器總體結構示意圖。
[0024]圖2是圖1中A-A處的環形導流槽截面示意圖。
[0025]圖3為圖1中B-B處截面示意圖。
[0026]圖4為冷流體直管和冷熱流體蛇形管直管部分的翅片結構示意圖。
[0027]圖中所示為:1-環形導流槽，2-冷流體直管，3-流量調節閥，4-冷流體蛇形管，5-熱流體進口，6_冷流體出口，7-溫度傳感器，8-蓄熱材料，9-筒體，10-冷流體進口，11-法蘭，12-半圓形封頭，13-熱流體出口，14-熱流體蛇形管，15-筒體端板，16-翅片，17-凹槽。
【具體實施方式】
[0028]下面通過具體實施例對本實用新型的目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本實用新型的實施方式并不因此限定于以下實施例。
[0029]如圖1至圖3所示，一種冷熱分流的多管程節能蓄熱器，包括豎直設置的圓柱形筒體9、通過法蘭11分別連接在所述筒體9上下端的兩個半球形封頭12，所述筒體9上下端和兩個半球形封頭12之間還設置有將筒體9內腔和半球形封頭12內腔相隔離的筒體端板15，位于所述筒體9上端的半球形封頭12上設置有熱流體出口 13，位于所述筒體9下端的半球形封頭12上設置有熱流體進口 5，所述筒體9的內壁上下端分別設置有與相鄰筒體端板15形成環形密封容腔的環形導流槽1，兩個環形導流槽I之間沿兩個同心圓軌跡分別均勻地設置有若干連通兩個環形導流槽I的冷流體直管2、冷流體蛇形管4，所述筒體9外圓周壁上端設置有連通位于所述筒體9的內壁上端的環形導流槽I的冷流體進口 10，外圓周壁下端設置有連通位于所述筒體9的內壁下端的環形導流槽I的冷流體出口 6，兩個筒體端板15之間均勻地設置有若干連通兩個半球形封頭12內腔的熱流體蛇形管14，所述熱流體蛇形管14及冷流體直管2、冷流體蛇形管4之間的空隙中填充有蓄熱材料8，所述的蓄熱材料8為膨脹石墨，膨脹石墨除了具備天然石墨本身的耐冷熱、耐腐蝕、自潤滑等優良性能意外，又由于其特殊成型工藝及特殊的微觀組織，而具有天然石墨所沒有的柔軟、回彈性、低的應力松弛等。本實施例采用冷熱管分流的方式，熱流體從下端半球形封頭12上的熱流體進口 5進入到多個熱流體蛇形管14中，冷流體從筒體9上方右側的冷流體進口 10處進入，經過環形導流槽I，在環形導流槽I空腔內部環形流動，遇到冷流體直管2和冷流體蛇形管4時往下流，所以冷流體可以均勻進入到各個冷流體管中，在此過程中，冷熱分流同行，也可以只通熱流體不通冷流體，這時就是單純的蓄熱；只通冷流體，這時就是單純加熱;冷熱同行的時候就是蓄熱、加熱同時進行，使蓄熱加熱過程變得可控，解決了傳統蓄熱器物流污染問題，同時大大提高了換熱效率以及蓄熱能力。
[0030]具體而言，所述熱流體蛇形管14及冷流體蛇形管4上均設置有流量調節閥3，冷熱流體的比熱容一般不同，因此可以通過流量調節閥調節冷熱流體的流量，即改變閥門的開度的方法，來改變和調整出口流體的溫度。
[0031]具體而言，所述熱流體蛇形管14及冷流體蛇形管4上均設置有溫度傳感器7，如PtlOO鉑電阻，PtlOO鉑電阻是一種常用的溫度傳感器，其溫度測量范圍在-200-850 °C之間。可與標度變換電路相接，經標度變換電路變換后通過光柱電平驅動電路進行數字顯示，數顯可與電動單元組合儀表、可編程序控制器或計算機連用，經計算機處理反饋到控制電路，對閥門開度控制以實現對溫度的控制。
[0032]如圖4所示，所述冷流體直管2、熱流體蛇形管14和冷流體蛇形管4的直線段外壁沿周向均勻分布有四片與管道軸線平行的翅片16，讓蓄熱器管道間擁有足夠的換熱面積，提高換熱效率，同時，所述翅片16的橫截面呈曲邊三角形，且表面均勻設置有和石墨直徑大小相當的凹槽17，用于嵌入固體蓄熱材料，既可增大蓄熱材料8的填充量，還增大蓄熱材料8和翅片16的換熱面積，加強蓄熱器的蓄熱量。此形狀的翅片16根部厚一些，其向外延伸部分可以加工得薄一些，由于越靠近管道溫度越高，此時接觸面積越大，蓄熱效果越好，因此根部要厚，而延伸部分由于離管道較遠，對蓄熱量影響不大，可以做得薄一些，有利于節省材料，同時，靠近管道部分熱應力大，做的厚一些，有利于延長翅片16的壽命和焊接，翅片16的材質可以是鋁、銅、鋼等復合材料。另外，相鄰管道上的翅片16的最小間隔不低于20mm，以減少在填充蓄熱材料8時對工藝物流產生過大的流動阻力。
[0033]具體而言，所述筒體9由外到內依次包括金屬層、絕熱層和耐高溫層，所述絕熱層采用絕熱材料或者是真空絕熱。
[0034]具體而言，所有冷流體管橫截面面積之和與所有熱流體管的橫截面面積之和相一致，當冷流體管的數量不同于熱流體管的數量時，通過設置不同的管道直徑，減少兩者在換熱時的管內流體工質的流量差，使其盡可能保持一致，以獲得較高的換熱效率，而管道材質與需要處理的流體性質對應，例如具有腐蝕性的高溫酸性氣體進入熱流體管時，管道材料需要采用耐腐蝕，耐高溫材料;而冷流體管進入空氣時就只需要用耐高溫材料即可。
[0035]整個蓄熱器豎直放置，蓄熱器分成三部分制造，然后通過連接部件和焊接密封組裝在一起，制作過程大致如下:
[0036]首先制作出如圖1所示的筒體9、對應大小的半球形封頭12和法蘭11;其次制作出如圖4的翅片16，把四片翅片16均勻焊接在管道上;再次利用鑄造的方式制作出冷、熱流體蛇形管，在彎頭部位打開，裝上流量調節閥3和溫度傳感器7;最后制作出如圖1和圖2所示環形導流槽I及打出與冷流體直管2和冷流體蛇形管4直徑相當的圓孔，制作出冷流體直管2，然后把翅片16焊接在冷流體直管2和冷熱流體蛇形管4直管部分。
[0037]最后把各管道系統和筒體9焊接在一起，并開好冷流體進口和出口，填入蓄熱材料8，把兩個半球形封頭12和筒體9用法蘭11連接在一起，整個密封的蓄熱器就組裝好了。
[0038]使用時，熱流體從下端半球形封頭12上的熱流體進口進入5到熱流體蛇形管14中，冷流體從筒體9上方右側的冷流體進口 10處進入，經過環形導流槽I，均勻進入到各個冷流體直管2中和冷流體蛇形管4中，熱流體蛇形管14的熱量通過熱傳導傳給蓄熱材料8，蓄熱材料8又傳導給冷流體，或者熱流體直接熱輻射把熱量傳給冷流體，在此過程中，冷熱分流同行。也可以只通熱流體不通冷流體，這時就是單純的蓄熱；只通冷流體，這時就是單純加熱；冷熱同行的時候就是蓄熱、加熱同時進行。在進行過程中溫度傳感器7隨時監測管道流體溫度，根據生產需要，用自動化系統控制流量調節閥3開度，實現溫度可控。
[0039]本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型權利要求的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種冷熱分流的多管程節能蓄熱器，包括豎直設置的圓柱形筒體(9)、通過法蘭(11)分別連接在所述筒體(9)上下端的兩個半球形封頭(12)，所述筒體(9)上下端和兩個半球形封頭(12)之間還設置有將筒體(9)內腔和半球形封頭(12)內腔相隔離的筒體端板(15)，其特征在于:位于所述筒體(9)上端的半球形封頭(12)上設置有熱流體出口(13)，位于所述筒體(9)下端的半球形封頭(12)上設置有熱流體進口(5)，所述筒體(9)的內壁上下端分別設置有與相鄰筒體端板(15)形成環形密封容腔的環形導流槽(I)，兩個環形導流槽(I)之間沿兩個同心圓軌跡分別均勻地設置有若干連通兩個環形導流槽(I)的冷流體直管(2)、冷流體蛇形管(4)，所述筒體(9)外圓周壁上端設置有連通位于所述筒體(9)的內壁上端的環形導流槽(I)的冷流體進口(10)，外圓周壁下端設置有連通位于所述筒體(9)的內壁下端的環形導流槽(I)的冷流體出口(6)，兩個筒體端板(15)之間均勻地設置有若干連通兩個半球形封頭(12)內腔的熱流體蛇形管(14)，所述熱流體蛇形管(14)及冷流體直管(2)、冷流體蛇形管(4)之間的空隙中填充有蓄熱材料(8)。2.根據權利要求1所述的冷熱分流的多管程節能蓄熱器，其特征在于:所述熱流體蛇形管(14)及冷流體蛇形管(4)上均設置有流量調節閥(3)。3.根據權利要求2所述的冷熱分流的多管程節能蓄熱器，其特征在于:所述熱流體蛇形管(14)及冷流體蛇形管(4)上均設置有溫度傳感器(7)。4.根據權利要求1所述的冷熱分流的多管程節能蓄熱器，其特征在于:所述冷流體直管(2)、熱流體蛇形管(14)和冷流體蛇形管(4)的直線段外壁沿周向均勻分布有若干與管道軸線平行的翅片(16)。5.根據權利要求4所述的冷熱分流的多管程節能蓄熱器，其特征在于:相鄰管道上的翅片(16)的最小間隔不低于20mm。6.根據權利要求4所述的冷熱分流的多管程節能蓄熱器，其特征在于:所述翅片(16)的橫截面呈曲邊三角形。7.根據權利要求4所述的冷熱分流的多管程節能蓄熱器，其特征在于:所述翅片(16)的表面均勻設置有凹槽(17)。8.根據權利要求1所述的冷熱分流的多管程節能蓄熱器，其特征在于:所述的蓄熱材料(8)為膨脹石墨。9.根據權利要求1所述的冷熱分流的多管程節能蓄熱器，其特征在于:所述筒體(9)由外到內依次包括金屬層、絕熱層和耐高溫層，所述絕熱層采用絕熱材料或者是真空絕熱。10.根據權利要求1所述的冷熱分流的多管程節能蓄熱器，其特征在于:所有冷流體直管(2)、冷流體蛇形管(4)橫截面面積之和與所有熱流體蛇形管(14)的橫截面面積之和相一致。
【文檔編號】F28D20/00GK205425922SQ201521087114
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月22日
【發明人】方利國, 徐培鑫, 彭艷君
【申請人】華南理工大學