[发明专利]基于串并联结合调节的显热蓄热换热管路连接结构和方法

说明书

本发明公开了基于串并联结合调节的显热蓄热换热管路连接结构，包括：主管路，嵌于蓄热体内，设有主管路常开出口阀；并联支路，嵌于蓄热体内并位于主管路的两侧；与主管路连通设置，入口处设置有并联支路常闭入口阀，出口设有并联支路常开出口阀。本发明还公开了换热方法，包括：首先开启主管路换热，主管路常开出口阀开启，而并联支路常闭入口阀均关闭，当蓄热体的平均瞬时温度降低至该阶段换热面积无法满足出口温度要求时，开启并联支路换热管路，同时关闭主管路常开出口阀，开启并联支路常闭入口阀。本发明减少显热蓄热换热器的总并联管路数，强化了换热管路的换热效率，减少单位体积的蓄热材料内布置的管段数，增强了管路排布的灵活性。

技术领域

本发明属于显热蓄热技术领域，涉及基于串并联结合调节的显热蓄热换热管路连接结构和方法。

背景技术

蓄热技术的原理是加热储热介质，然后在需要能量时释放热量，通常用于补偿能源供需之间的不匹配。在能源系统中使用蓄热技术的优势包括提高整体效率和更好的可靠性，并且可以带来更好的经济性，降低投资和运营成本以及减轻对环境的污染，即更少的二氧化碳排放。从蓄热材料的角度，潜热蓄热要求材料吸收或释放足够的能量以在熔融/凝固过程中发生相变。工作温度变化的过程中没有发生相变或化学反应的则为显热蓄热材料。固体显热蓄热换热器的结构相对比较简单，运行安全性比潜热换热器要高，广泛应用于大型或小型能源系统中。其局限在于，蓄热体的温度随换热过程的进行不断降低，在相同换热面积的条件下换热功率也随之降低。为了提高系统输出功率的稳定性，中国专利CN106016219A提出在固体蓄热换热器中设置并联的换热管路，增加换热面积以弥补蓄热材料在低工作温区输出功率的不足。然而，在蓄热单元总流量固定的情况下增加并联管路数会减小单个管路内的流量。过低的管内流量会导致换热不充分，甚至引发流动沸腾不稳定性，影响换热器安全稳定运行。同时，过大的并联管路数使得进出口集箱的设计和布置困难，影响控制分流效果。在不改变换热管路内流量的情况下，中国专利CN105953202B提出串联管路的方法，通过在流动方向上增加换热面积的方法来解决蓄热体温度降低导致的换热系数和换热功率降低的问题。由于串联管路不改变流量，换热过程相对简单，且串联管路数受到石墨体几何尺寸和管路长度的限制，石墨温度降至较低工作温区时对应的理论换热面积可能远大于串联管路实际可布置的有效换热面积。

固体显热蓄热换热器稳定有效运行的关键在于分段控制的设计，而分段控制的优化需要兼顾管路的传热性能和安全性能。因此，通过合理排布管路使得换热面积的调控范围与石墨工作温区相匹配的同时，保证管内流体的换热效果是固体显热蓄热换热器的设计难点。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供基于串并联结合调节的显热蓄热换热管路连接结构。

本发明再有一个目的是提供利用所述的基于串并联结合调节的显热蓄热换热管路连接结构的换热方法。

为此，本发明提供的技术方案为：

基于串并联结合调节的显热蓄热换热管路连接结构，包括：

主管路，其嵌于蓄热体的中央部位；

并联支路，其嵌于所述蓄热体内并位于所述主管路的两侧；

其中，所述主管路与若干个所述并联支路的入口连通设置，所述主管路的出口设有主管路常开出口阀，所述并联支路与所述主管路连通的入口处设置有并联支路常闭入口阀，所述并联支路的出口设有并联支路常开出口阀，当仅开启所述主管路换热时，所述主管路常开出口阀开启，而所述并联支路常闭入口阀关闭，当需要开启所述并联支路时，所述并联支路常闭入口阀开启，而所述主管路常开出口阀关闭。

优选的是，所述的基于串并联结合调节的显热蓄热换热管路连接结构中，所述并联支路包括：

单级串联支路；