[发明专利]一种换热器及换热方法

权利要求书

1.一种换热器，包括壳体以及设置在壳体内的相变蓄热管束，在所述壳体上设置有第一流体出入口和第二流体出入口，所述相变蓄热管束与所述第一流体出入口连接，其特征在于：所述壳体包括第一流体分配腔、第一流体汇合腔以及第二流体流动腔；所述第二流体出入口与所述第二流体流动腔连通；所述相变蓄热管束由多根相变蓄热套管组成；所述相变蓄热套管包括内管、外管以及位于内管与外管之间的空腔，所述空腔包括第一流体流动腔以及相变蓄热腔；所述内管一端与所述第一流体分配腔连通，所述内管另一端在所述相变蓄热套管内部与所述第一流体流动腔连通；所述第一流体流动腔的出口连接至所述第一流体汇合腔；在所述相变蓄热腔内设置有相变材料。

2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述第一流体流动腔以及相变蓄热腔在所述空腔内间隔分布；所述相变蓄热腔沿所述相变蓄热套管的轴向分段布置，且其可根据所述换热器内的沿程流体温度与换热强度来选择分段数量和填充不同相变温度的相变材料，从而实现能量的梯级利用。

3.如权利要求1所述的换热器，其特征在于：在所述第二流体流动腔内设置有折流板。

4.如权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述第一流体分配腔、第一流体汇合腔以及第二流体流动腔由位于所述壳体内的管板分割而成。

5.如权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述相变蓄热套管呈阵列状布置在所述壳体内。

6.如权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述相变材料由相变基材和填料组成；其中，相变基材的质量分数为50%~95%。

7.如权利要求6所述的换热器，其特征在于：所述相变基材包括高温相变基材、中温相变基材以及低温相变基材，其中高温相变基材为Na₂SO₄、Na₂CO₃、MgCl₂或KOH；中温相变基材为NaOH或Na₂S₂O₃·5H₂O；低温相变基材为石蜡、月桂酸或柠檬酸钠；所述填料为膨胀石墨、金属颗粒、泡沫金属、碳纳米管、石墨泡沫中的一种或两种以上的组合。

8.如权利要求1所述的换热器，其特征在于：在所述相变蓄热管束外壁上设置有金属翅片。

9.基于权利要求1-8任一所述换热器的换热方法，其特征在于：通过控制所述第一流体出入口和/或第二流体出入口的关闭或打开，使所述换热器处于边蓄热边取热以及全蓄热-全取热交替两种换热模式，其中：

边蓄热边取热模式为：供热流体与取热流体同时进入换热器的壳程与管程，供热流体通过第二流体入口进入换热器，一部分热量直接通过管束内外强制对流换热被取热流体带走，另一部分热量则通过加热熔化相变材料腔内的相变材料蓄积起来；

全蓄热-全取热交替模式为：全蓄热工作模式下，换热器管程内取热流体关闭，壳程内供热流体开启，供热流体由第二流体入口进入换热器壳程，通过相变蓄热管束来加热熔化相变蓄热腔内的相变材料，从而将热量存储在相变材料中；全取热工作模式下，相变蓄热型换热器壳程内供热流体关闭，管程内取热流体开启，取热流体从第一流体入口流入分流管箱，而后进入相变蓄热套管的内管中取热；随后，取热流体经由内管另一端折返流入相变蓄热套管的外管中继续取热。