【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热能存储，尤其涉及一种多模块管壳式相变蓄热器和系统。
技术介绍
1、蓄热技术在能源领域应用广泛，能够有效降低能源浪费，并一定程度上克服清洁能源的间歇性和波动性，已成为优化能源利用、提升能效的重要手段。在各种蓄热技术中，相变蓄热技术因其独特优势受到广泛关注。pcm(phase change material，相变材料)具备高蓄能密度、热匹配性好和温度控制灵活等特点，可通过相变过程在吸收和释放热量时储存大量潜热，显著提升蓄热效率。基于这一特性，相变蓄热技术已逐渐应用于工业生产、建筑供暖和热水供应等领域。在大容量热水需求场景中，相变蓄热技术能够在低谷电价时段将电能转化为热能储存，并在高峰用电时段释放热量，实现移峰填谷的目的，有助于降低用能成本并平衡电力负荷，满足持续稳定的热水供应需求。
2、管壳式相变蓄热器因其结构紧凑和高效传热性能，可广泛应用于大容量热水储热系统中。该设计的蓄热器往往将相变材料封装在管内或壳内，通过换热管将相变材料与传热流体隔离，实现高效的热交换。在充放热过程中，相变材料吸收或释放热量给流经的水流，满足持续热水供应需求。该管壳式相变蓄热器结构既能在有限体积内实现高效蓄热，又适合传热效率要求较高的应用场景，因此在工业和商业大容量热水系统中被广泛采用，成为理想的蓄热解决方案。然而，在大容量热水需求场景下，传统单体式大容量蓄热器存在诸多不足，如体积大、制造成本高和难以灵活扩展等问题。同时针对控温要求，现有的大容量相变蓄热系统的温度控制精度不足无法满足复杂工况下多变的热水需求。因此，开发一种适用于大
3、现有技术公开了一种管壳式蓄热供热装置，其主要包括外壳、蓄热装置及多个加热结构。外壳为圆筒形封闭结构，外壳上设有与其内腔连通的入口和出口；蓄热装置位于外壳内，包含多个在外壳横截面上均匀分布的pcm管，且每个pcm管均沿外壳的轴向平行排列并间隔布置，相邻pcm管之间的间距等于pcm管与外壳内壁之间的间距；pcm管内填充有相变材料。多个加热结构分别对应设置在pcm管的外侧，用于加热pcm管内的相变材料以实现蓄热功能。此结构的管壳式蓄热供热装置，提高了流体与pcm管的接触面积，使得pcm管传热性提高以及降低了热量的损失。
4、上述现有技术中的管壳式蓄热供热装置的缺点包括：该蓄热器采用的是单体结构，应用于大容量热水供应系统中，所需要的管壳式相变蓄热器的体积会极为庞大，加工和制造难度较高，运输和安装成本也相对较高；同时，由于结构上的一体化设计，单体蓄热器在实际运行中维护和检修不便，系统的运行可靠性受到很大影响。此外，单体结构的蓄热器容量固定，难以根据具体需求灵活调整热量储存或释放规模，缺乏扩展性；在不同的热水需求工况下，单一大容量蓄热器难以实现灵活配置，系统适应性差。
技术实现思路
1、本专利技术的实施例提供了一种多模块管壳式相变蓄热器和系统，以实现有效地提高管壳式相变蓄热器的工作效率。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
3、根据本专利技术的一个方面，提供了一种多模块管壳式相变蓄热器，包括：蓄热器壳体、换热管、管板、折流挡板和相变材料，所述蓄热器壳体截面上设置有多个换热管，所述蓄热器壳体与换热管均水平轴向放置，所述换热管在蓄热器壳体截面上呈倒角三角形排列，相邻换热管间距相等，所述相变材料密封灌装于所述换热管中，所述蓄热器壳体两侧分别设置有流体入口与流体出口；所述管板分别位于蓄热器壳体内的两侧，所述换热管两侧分别固定在管板上，所述折流挡板等距排列于蓄热器壳体内，换热管穿过多个折流挡板。
4、优选地，在所述蓄热器壳体上端设置有自动排气阀，下端设置有排水阀。
5、优选地，在蓄热器两端分别设置封头，一侧封头与蓄热器壳体焊接而成，另一侧封头与蓄热器壳体采用法兰连接，封头可进行拆卸。
6、优选地，每根所述换热管在靠近可拆卸封头的一端都安装有一个拉环，通过拉环可将换热管从蓄热器芯体内抽出。
7、优选地，所述管板和折流挡板通过焊接或机械固定方式安装在蓄热器壳体内。
8、根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于所述的多模块管壳式相变蓄热器的相变蓄热系统，包括管壳式相变蓄热器组、进口流量控制三通阀、旁路管道、出口温度传感器和出口混合流体温度传感器，所述管壳式相变蓄热器组中包括至少两个管壳式相变蓄热器；
9、所述旁路管道与所述管壳式相变蓄热器组并联设置，所述进口流量控制三通阀设置在相变蓄热系统的流量入口处，所述进口流量控制三通阀的一个流量通道连接旁路管道，另一个流量通道连接所述管壳式相变蓄热器组，所述进口流量控制三通阀将相变蓄热系统的输入流量分成两部分，一部分流量进入旁路管道，另一部分流量进入管壳式相变蓄热器组；
10、所述出口温度传感器设置在管壳式相变蓄热器组的输出通道处，测量经过管壳式相变蓄热器组后的出口流体的温度，所述出口混合流体温度传感器设置在管壳式相变蓄热器组的输出通道和旁路管道的合并管道处，测量管壳式相变蓄热器组的输出流体和旁路管道的输出流体混合后的流体温度。
11、优选地，各个多模块管壳式相变蓄热器通过串联方式连接形成多模块串联管壳式相变蓄热系统；或者，各个多模块管壳式相变蓄热器通过并联方式连接形成多模块并联管壳式相变蓄热系统；或者，各个多模块管壳式相变蓄热器通过串联和并联混合方式连接形成多模块串并联管壳式相变蓄热系统。
12、优选地，在需要较高温差的场景下，选用多模块串联管壳式相变蓄热系统，每个多模块管壳式相变蓄热器的输入和输出流量相同，温度逐步被提高或降低；
13、在需要较小温差、流量较大的场景下，选用多模块并联管壳式相变蓄热系统，每个多模块管壳式相变蓄热器的流量分配是均匀的；
14、在需要较高温差、流量较大的复杂场景下，选用多模块串并联管壳式相变蓄热系统，串联部分用于温度提升，并联部分用于满足大流量需求。
15、优选地，每个多模块管壳式相变蓄热器的流体进口与流体出口都设有一个截止阀。
16、优选地，所述出口温度传感器和出口混合流体温度传感器与所述进口流量控制三通阀连接，分别将测量得到的流体温度传递给所述进口流量控制三通阀；
17、在进口流量控制三通阀中设置控制单元，在放热开始时，温度为t1、总流量为f的流体进入管壳式相变蓄热器组中，经过管壳式相变蓄热器组后，所述出口温度传感器测量得到的流体出口温度为t2，所述出口混合流体温度传感器测量得到的与旁路管道合并后的混合流体温度为t3，所述出口温度传感器和出口混合流体温度传感器分别将温度值t2、t3传递给进口流量控制三通阀中的控制单元；
18、控制单元接收到温度信号后，基于热量守恒定律计计算出需要通过旁路管道的流量f1和需要通过管壳式相变蓄热器组的流量f2，其中总流量f＝f1+f2，f1(t3-t1)＝(f-f1)(t2-t3)
19、f1＝f(t2-t3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多模块管壳式相变蓄热器，其特征在于，包括：蓄热器壳体、换热管、管板、折流挡板和相变材料，所述蓄热器壳体截面上设置有多个换热管，所述蓄热器壳体与换热管均水平轴向放置，所述换热管在蓄热器壳体截面上呈倒角三角形排列，相邻换热管间距相等，所述相变材料密封灌装于所述换热管中，所述蓄热器壳体两侧分别设置有流体入口与流体出口；所述管板分别位于蓄热器壳体内的两侧，所述换热管两侧分别固定在管板上，所述折流挡板等距排列于蓄热器壳体内，换热管穿过多个折流挡板。
2.根据权利要求1所述的多模块管壳式相变蓄热器，其特征在于，在所述蓄热器壳体上端设置有自动排气阀，下端设置有排水阀。
3.根据权利要求1所述的多模块管壳式相变蓄热器，其特征在于，在蓄热器两端分别设置封头，一侧封头与蓄热器壳体焊接而成，另一侧封头与蓄热器壳体采用法兰连接，封头可进行拆卸。
4.根据权利要求1所述的多模块管壳式相变蓄热器，其特征在于，每根所述换热管在靠近可拆卸封头的一端都安装有一个拉环，通过拉环可将换热管从蓄热器芯体内抽出。
5.根据权利要求1所述的多模块管壳式相变蓄热器，其特
6.一种基于权利要求1至5任一项所述的多模块管壳式相变蓄热器的相变蓄热系统，包括管壳式相变蓄热器组、进口流量控制三通阀、旁路管道、出口温度传感器和出口混合流体温度传感器，所述管壳式相变蓄热器组中包括至少两个管壳式相变蓄热器；
7.根据权利要求5所述的多模块管壳式相变蓄热器的相变蓄热系统，其特征在于，各个多模块管壳式相变蓄热器通过串联方式连接形成多模块串联管壳式相变蓄热系统；或者，各个多模块管壳式相变蓄热器通过并联方式连接形成多模块并联管壳式相变蓄热系统；或者，各个多模块管壳式相变蓄热器通过串联和并联混合方式连接形成多模块串并联管壳式相变蓄热系统。
8.根据权利要求7所述的多模块管壳式相变蓄热器的相变蓄热系统，其特征在于，在需要较高温差的场景下，选用多模块串联管壳式相变蓄热系统，每个多模块管壳式相变蓄热器的输入和输出流量相同，温度逐步被提高或降低；
9.根据权利要求5所述的多模块管壳式相变蓄热器的相变蓄热系统，其特征在于，每个多模块管壳式相变蓄热器的流体进口与流体出口都设有一个截止阀。
10.根据权利要求5所述的多模块管壳式相变蓄热器的相变蓄热系统，其特征在于，所述出口温度传感器和出口混合流体温度传感器与所述进口流量控制三通阀连接，分别将测量得到的流体温度传递给所述进口流量控制三通阀；
...【技术特征摘要】
1.一种多模块管壳式相变蓄热器，其特征在于，包括：蓄热器壳体、换热管、管板、折流挡板和相变材料，所述蓄热器壳体截面上设置有多个换热管，所述蓄热器壳体与换热管均水平轴向放置，所述换热管在蓄热器壳体截面上呈倒角三角形排列，相邻换热管间距相等，所述相变材料密封灌装于所述换热管中，所述蓄热器壳体两侧分别设置有流体入口与流体出口；所述管板分别位于蓄热器壳体内的两侧，所述换热管两侧分别固定在管板上，所述折流挡板等距排列于蓄热器壳体内，换热管穿过多个折流挡板。
2.根据权利要求1所述的多模块管壳式相变蓄热器，其特征在于，在所述蓄热器壳体上端设置有自动排气阀，下端设置有排水阀。
3.根据权利要求1所述的多模块管壳式相变蓄热器，其特征在于，在蓄热器两端分别设置封头，一侧封头与蓄热器壳体焊接而成，另一侧封头与蓄热器壳体采用法兰连接，封头可进行拆卸。
4.根据权利要求1所述的多模块管壳式相变蓄热器，其特征在于，每根所述换热管在靠近可拆卸封头的一端都安装有一个拉环，通过拉环可将换热管从蓄热器芯体内抽出。
5.根据权利要求1所述的多模块管壳式相变蓄热器，其特征在于，所述管板和折流挡板通过焊接或机械固定方式安装在蓄热器壳体内。
6.一种基于权利要求1至5任一项所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：凌子夜，夏志豪，张正国，方晓明，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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