本发明涉及一种热交换设备，尤其涉及一种筒 体能适应换热管缩 胀的圆筒式梯度蓄热器及其制造方法。

背景技术

传统的管箱式蓄热器，就是传热介质在换热管 内通过，蓄热介质 放置在箱形的壳体里，而换热管则穿过蓄热介 质。

管箱式蓄热器的优点： 放置平稳、 支撑结构简单、 容易制造、 运 输方便，适用于低温时直换热管热胀冷缩量不 大的工况。

管箱式蓄热器的缺点：①因为换热管的热胀冷 缩量大于箱体的热 胀冷缩量，而箱体的几何特征决定了箱体上不 能安装膨胀节等既能可 靠密封又能跟随换热管热胀冷缩的结构，故换 热管不能两端同时与箱 体焊接， 必须至少一端自由穿过箱体； ②如果换热管两端都自由穿过 箱体， 则带来了另外一个问题， 即换热管从低于蓄热介质面穿过箱体 就会导致蓄热介质泄漏， 换热管向上弯曲从高于蓄热介质面穿过箱 体， 如果传热介质是单相（液相或气相）流体当然 是可行的， 但如果传 热介质是在蓄热过程中会发生相变的两相流体 (如水），液相流体就会 滞留在水平段， 而气相流体则滞留在管内两端弯曲段形成气塞 ， 因此 有碍于传热介质的流动和传热；③如果换热管 一端在高于蓄热介质面 自由穿过箱体，另一端在低于蓄热介质面与箱 体焊接，则单箱内不能 多层布管， 影响换热效率， 因此导致整个蓄热装置的体积和规模大。 发明的公开

本发明的目的在于克服现有管箱式蓄热器的换 热管和箱体热胀 冷缩量不一致， 导致换热管不能两端同时与箱体焊接， 进而导致换热 管需向上弯曲从高于蓄热介质位置设置进出口 ，从而带来换热管内液 相滞留、 气塞、 换热效率低等一系列的问题， 提供一种筒体能随换热 管热胀冷缩调节的圆筒式梯度蓄热器，以及该 圆筒式梯度蓄热器的制 造方法。

本发明还提供了一种采用 u 形管从单侧进出筒体的圆筒式梯度 蓄热器， 以及该种圆筒式梯度蓄热器的制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 一种圆筒式梯度蓄 热器， 包括蓄热介质容器和穿过蓄热介质容器的换热 管， 换热管内流 通换热介质， 所述蓄热介质容器为卧式圆柱状的筒体， 筒体两端分别 设有管板， 换热管穿过管板并与管板焊接密封固定， 筒体圆周上还设 有自适应调节筒体长度的膨胀节，所述换热管 包括与管板焊接的换热 总管以及设置在筒体内的换热支管， 一根换热总管对应多根换热支 管， 换热总管与对应的多根换热支管通过联箱转换 对接， 所述筒体内 还设有支撑换热支管的支撑板， 支撑板外缘与筒体内表面适配， 支撑 板上设有多行管孔， 每一行的各管孔位于同一水平高度， 各换热支管 从支撑板上对应的管孔穿过。换热管和筒体端 部的管板焊接密封， 采 用膨胀节来自适应调节筒体和换热管之间的热 胀冷缩差值，与背景技 术所述的管箱式蓄热器相比，换热管进出筒体 的进出口不必伸出到蓄 热介质上方， 因此， 换热管道可以呈水平设置， 避免了换热管道中换 热介质汽液相变导致的液相滞留、 气塞等不利情况。 同时， 由于每个 换热管道只占据一个水平面，筒体中可以从上 到下设置多层的换热管 道， 提高换热效率， 降低蓄热装置整体的体积和规模。 换热管道连接 联箱， 经联箱稳流和分流后连接多个换热支管， 多根换热支管设置增 大换热面积， 提高换热效率。 换热支管管径小， 长度大， 设置支撑板 对换热支管进行支撑， 避免换热支管变形， 筒体内每隔一段设置一个 支撑板， 根据筒体长度选择支撑板的数量。 另外， 换热隔板可以将筒 体内部分沿换热管隔成多个相对独立的空间， 沿换热管方向依次进行 蓄热或放热， 实现梯度蓄热。

作为优选， 所述筒体内从上到下排列有多条相互独立、互 不连通 换热管。换热管和筒体端面的密封焊接， 使每根换热管可以设置为只 占据一个水平面的水平管， 筒体内在不同水平面设置多条换热管， 形 成立体的换热支管管束，换热效率高。换热介 质容器中换热管分多根， 每根换热管都是包括有换热主管、 联箱、 换热支管的水平管， 换热管 内流通换热介质， 且各换热管之间并不连通， 这样就能避免气液分层 这种会极大影响蓄热器温度梯度建立的情况发 生。 与传统换热器相 比， 本装置的联箱也在蓄热介质容器内。

作为优选， 联箱的高度大于换热总管及换热支管的高度， 上下相 邻的换热管的联箱沿筒体方向相互错开。联箱 相互错开后， 可以在竖 直方向上形成一定的交叠， 使换热管道排布更紧密。

作为优选， 同一个换热管的换热支管排列在同一水平面上 。保证 每根换热支管中换热介质的流动。 作为优选，所述支撑板沿每行管孔的中心高度 线切割形成多个支 撑条， 支撑条与换热支管依次叠放组装后， 上下相邻的支撑条点焊固 定。 支撑板采用线切割分割成多个水平条状， 便于与换热支管组装， 多层换热支管与支撑条交替叠放组装，支撑条 之间采用点焊重新固定 成一块支撑板。

作为优选， 所述换热支管外套焊螺旋翅片形成翅片管， 螺旋翅片 在换热支管与支撑板连接位置留有用于安装的 间隔。

作为优选， 所述换热主管和联箱可以为同一根管道弯折形 成。将 换热主管端部弯折 90度后， 弯折后的端部即为联箱， 再在联箱侧壁 开设多个连通孔与换热支管分别连接。

作为优选， 所述膨胀节位置的筒体内侧设有环形的衬板， 衬板上 设有沿筒体方向的缝隙， 衬板一端与膨胀节一侧的筒体内壁焊接固 定， 衬板另一端与膨胀节另一侧的筒体内壁滑动配 合。衬板使膨胀节 处的筒体内壁保持连贯性，当组装好的换热管 束塞入筒体时起到导向 作用， 并保证膨胀节两侧的筒体不会相对错位。 同时在衬板上开缝， 当膨胀节伸缩时， 蓄热介质可以从缝隙中进出膨胀节。

一种上述的圆筒式梯度蓄热器的制造方法， 包括以下歩骤： a、 将筒体分别两段， 其中一段的内侧壁焊接衬板， 将衬板插入 另一段筒体内， 并将两段筒体通过膨胀节固定连接；

b、 制作多根换热管， 每根换热管制作如下： 多根换热支管同一 水平排列， 各换热支管两端分别焊接在两个联箱上， 联箱的另一侧焊 接换热总管， 换热支管上套焊螺旋翅片， 螺旋翅片每隔固定位置形成 间断用于与支撑板安装；

C、 选取若干外径略小于筒体内径、 并能穿过衬板的圆形钢板作 为支撑板， 支撑板中部冲设多行的管孔， 管孔孔径与换热支管适配， 每行管孔间隔与每个换热管的换热支管间隔一 致，每行管孔位于同一 水平线；

d、 沿支撑板每行管孔的中线进行线切割将每块支 撑板切割成多 个支撑条， 使上下相邻的两支撑条相邻侧面分别具有对应 的半管孔； e、 将最下侧的换热管的换热支管卡设到最下方支 撑条的半管孔 中， 然后将次下方的支撑条扣合在最下方支撑条上 进行点焊， 以此顺 序交替叠放支撑条和换热管， 形成有支撑板支撑的换热支管管束， 叠 放时保持上下相邻的换热管联箱相互交错；

f、 将换热支管管束从筒体一端送入筒体内， 并保持换热总管位 于筒体的两端出口处；

g、 扣合筒体两端的管板， 使换热总管穿过管板并与管板密封焊 接。

本方案的筒体和换热管道自适应调节缩胀， 换热管不必弯折设 置， 可以设置为水平直通管。

本发明解决其技术问题所采用的另一种技术方 案是：一种圆筒式 梯度蓄热器， 包括蓄热介质容器和穿过蓄热介质容器的换热 管， 换热 管内流通换热介质， 所述蓄热介质容器为一侧设有管板、其余各侧 封 闭的密闭壳体， 换热管为 U形管， 弯折部分位于蓄热介质容器内， 换热管两端均从管板处穿出并与管板焊接密封 固定，所述换热管两端 为与管板焊接的换热总管， 中部为设置在蓄热介质容器内的多根 u 形换热支管， 一根换热总管对应多根换热支管， 换热总管与对应的多 根换热支管通过联箱转换对接，所述蓄热介质 容器内从上到下排列有 多根相互独立、互不连通的换热管， 所述蓄热介质容器内还设有若干 支撑换热支管的支撑板， 支撑板外缘与蓄热介质容器内表面适配， 支 撑板上设有多行管孔， 每一行的各管孔位于同一水平高度， 各换热支 管从支撑板上对应的管孔穿过， 所述蓄热介质容器内、 u形换热管的 两直行段之间设有竖直、 纵向的隔板。 换热管在蓄热介质容器中 u 形转折，将换热管进出蓄热介质容器的两端同 时焊接密封固定在同一 侧的管板上，换热管位于蓄热介质容器内的部 分可以在蓄热介质容器 中具有伸缩自由度， 满足换热管热胀冷缩的需求， 与背景技术所述的 管箱式蓄热器相比，换热管进出蓄热介质容器 的进出口从两侧变为单 侧， 回避了蓄热介质容器和换热管热胀冷缩不一致 的问题， 因此， 换 热管道可以呈水平设置，避免了换热管道中换 热介质汽液相变导致的 液相滞留、 气塞等不利情况。 同时， 由于每个换热管只占据一个水平 面， 蓄热介质容器中可以在从上到下不同的水平面 设置多层的换热 管， 提高换热效率， 降低蓄热装置整体的体积和规模。 换热管和蓄热 介质容器端面的管板密封焊接，使换热管穿出 蓄热介质容器处即使位 于蓄热介质液面下也不会渗漏，使每根换热管 可以设置为只占据一个 水平面的水平管， 蓄热介质容器在不同水平面设置多条换热管， 形成 立体的换热支管管束， 换热效率高。 蓄热介质容器中换热管分多根， 每根换热管都是包括有换热主管、 联箱、 换热支管的水平管， 换热管 内流通换热介质， 且各换热管之间并不连通， 这样就能避免气液分层 这种会极大影响蓄热器温度梯度建立的情况发 生。 与传统换热器相 比， 本装置的联箱也在蓄热介质容器内， 穿过管板的仅为换热总管而 不是数量更多的换热支管， 减少了需要焊接密封的穿越点。换热支管 管径小， 长度大， 设置支撑板对换热支管进行支撑， 避免换热支管变 形， 蓄热介质容器中每隔一段设置一个支撑板， 根据换热支管长度选 择支撑板的数量。 u 形换热管的两直行段内流动的换热介质温度不 同， 采用隔板隔开形成温度梯度， 提高换热效率。 在隔板和支撑板的 协同下将筒体内分隔成沿换热管换热介质流动 方向分布的换热室，形 成具有温度梯度的多个蓄热空间， 提高换热效率。

作为优选， 换热管的 u形段位于换热支管伸入蓄热介质容器的 最深处。换热总管连接联箱，经联箱稳流和分 流后连接多个换热支管， 多根换热支管设置增大换热面积， 提高换热效率。

作为优选， 同一个换热管的换热支管排列在同一水平面上 ， 从外 到内排列的换热支管的弯折半径逐渐减小。保 证每根换热支管中换热 介质的流动。

作为优选， 联箱的高度大于换热总管及换热支管的高度， 上下相 邻的换热管的联箱沿换热管输送方向相互错开 。联箱相互错开后， 可 以在竖直方向上形成一定的交叠， 使换热管道排布更紧密。

作为优选， 支撑板上的管孔对称设置， U形换热支管的两个直行 部分管路对称架设在支撑板对称设置的两侧管 孔中。

作为优选，所述支撑板沿每行管孔的中心高度 线切割形成多个支 撑条， 支撑条与换热支管依次叠放组装后， 上下相邻的支撑条点焊固 定。 支撑板采用线切割分割成多个水平条状， 便于与换热支管组装， 多层换热支管与支撑条交替叠放组装，支撑条 之间采用点焊重新固定 成一块支撑板。

作为优选， 所述换热支管直行段外套焊螺旋翅片形成翅片 管， 螺 旋翅片在换热支管与支撑板连接位置留有用于 安装的间隔。

作为另外的优选， 所述隔板将每个支撑板分隔成左右两部分， 两 部分支撑板与隔板焊接固定。

作为优选， 所述换热主管和联箱可以为同一根管道弯折形 成。将 换热主管端部水平弯折 90度后， 弯折后的端部即为联箱， 再在联箱 侧壁开设多个连通孔与换热支管分别连接。

作为优选， 所述所诉蓄热介质容器为方形箱体或者卧式柱 形筒 体。

一种上述 U管梯度蓄热器的制造方法， 包括以下歩骤： a、 制作蓄热介质容器， 制作一侧开口的壳体、 以及与开口侧相 配的管板；

b、 制作多根换热管， 每根换热管制作如下： 制作多根弯折半径 逐渐减小的 U形换热支管、 从外到内排列到同一水平面， 各换热支 管两端分别焊接在两个联箱上， 联箱的另一侧焊接换热总管， 换热支 管上套焊螺旋翅片，螺旋翅片每隔固定位置形 成间断用于与支撑板安 装；

c、 选取若干尺寸略小于蓄热介质容器截面尺寸的 钢板作为支撑 板， 支撑板中部冲设多行的管孔， 管孔孔径与换热支管间隙配合， 每 行管孔分为左右两部分、 分别与多根 u形换热支管的两侧直行段对 应并保持间隔一致， 每行管孔位于同一水平线；

d、 沿支撑板竖直中线将支撑板切割成左右两部分 ， 并沿支撑板 每行管孔的水平中线进行线切割将每块支撑板 切割成多个支撑条，使 上下相邻的两支撑条相邻侧面分别具有对应的 半管孔；

e、 选取与蓄热介质容器纵向中心面高度适配的隔 板， 插入 U行 换热支管的两直行段之间；

f、 将最下方左右两支撑条分别焊接固定要隔板两 侧的底部， 将 最下侧的换热管的换热支管卡设到最下方支撑 条的半管孔中，然后将 次下方的支撑条扣合在最下方支撑条上进行点 焊、 并与隔板焊接固 定， 以此顺序交替叠放支撑条和换热管， 并保持隔板两侧同歩操作， 形成有支撑板支撑、 隔板分隔的换热支管管束；

g、 换热总管穿过管板并与管板密封焊接， 将换热支管管束从蓄 热介质容器壳体开口侧送入，管板外缘与蓄热 介质容器壳体开口侧密 封扣合。

本方案的换热管呈 U形， 从蓄热介质容器一侧进出， 换热管的 热胀冷缩具有在蓄热介质容器内伸缩的自由度 、不受蓄热介质容器的 限制，换热管进出口能与蓄热介质容器焊接密 封固定，不会发生渗漏， 使换热管能设置成水平管，避免了换热管向下 弯折导致的液相滞留及 气塞问题， 换热介质流通更加顺畅。

本发明的筒体不会对换热管的缩胀形成限制， 使换热管不必在筒 体内向下弯折， 因此换热管能设置成水平管， 而且换热管和筒体端部 穿越位置不会产生相对位移， 可以进行密封， 保证筒体内的蓄热介质 液面能漫过换热管与筒体穿越点而不会渗漏， 避免了换热管向下弯折 浸入蓄热介质导致的液相滞留及气塞问题， 换热介质流通更加顺畅； 筒体内能设置多组立体布置的换热管， 换热效率高； 采用分割后点焊 的支撑板对换热支管形成支撑， 简化了装配过程， 保证蓄热装置整体 的工作稳定性。

附图说明

图 1是本发明第一种实施方式的内部结构示意图� �

图 2是本发明图 1的俯视方向示意图。

图 3是本发明第一种实施方式的支撑板位置结构� �意图。

图 4是本发明第一种实施方式的支撑板切割的正� �示意图。 图 5是本发明联箱结构示意图。

图 6是本发明另一种联箱结构示意图。

图 7是本发明第二种实施方式的内部结构示意图� �

图 8是本发明图 7的俯视方向示意图。

图 9是本发明第二种实施方式的支撑板位置结构� �意图。

图 10是本发明第二种实施方式的支撑板切割的正� ��示意图。 图中： 1一换热主管， 2 管板， 3 联箱， 4一换热支管， 5—支 撑板， 6 筒体， 7 衬板， 8—膨胀节， 9 支座， 10 管孔， 11一支 撑条， 12—隔板。

实现本发明的最佳方法 下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一 歩说明。

实施例 1 : 一种直管圆筒式梯度蓄热器， 如图 1、 图 2、 图 5所 示。 本装置包括卧式的圆柱状筒体 6， 筒体分为左右两段， 中间采用 膨胀节 8对接， 膨胀节处设有衬板 7， 衬板 7的一端焊接到膨胀节一 侧的筒体内侧， 另一端活动插接到膨胀节另一侧的筒体内侧， 两段筒 体的下方分别设有支座 9。 筒体的端部采用管板 2密封。 筒体 6内灌 装蓄热介质， 换热管贯穿筒体并穿过筒体内的蓄热介质。每 根换热管 包括穿过管板 2并与管板密封焊接的换热主管 1、 位于筒体内的多根 换热支管 4， 换热主管 1和换热支管 4之间通过联箱 3转接分流， 同 一根换热管的换热主管 1、 联箱 3和换热支管 4中轴线位于同一水平 面。 筒体内从上到下设有有多根换热管， 如图 5所示， 各换热管的联 箱 3在相互对齐排列在一条竖直线上。 联箱结构也可以如图 6所示， 联箱 3的高度大于换热主管 1及换热支管 4的高度，相邻换热管的联 箱 3在水平方向相互错开， 并在垂直方向相互叠合， 使换热管排列更 加紧密。

如图 1、 2、 3所示， 换热支管 4上套焊有螺旋翅片， 每隔一段距 离设置有支撑换热支管 4的支撑板 5， 换热支管与支撑板连接处螺旋 翅片具有间断。

支撑板 5结构如图 4所示，支撑板为与外径略小于筒体及衬板内 径的圆钢板， 支撑板 5上开设有多行管孔 10， 每行管孔中心线处于 同一水平面， 沿每行管孔中心线将支撑板线切割成多个支撑 条 11， 各支撑条与各换热管的换热支管交替叠放组装 ，并将相邻支撑条点焊 固定重新形成整体的支撑板。在支撑板的支撑 下， 多根换热管的换热 支管形成矩阵形式的管束， 提高换热效率。

本装置的制造过程如下：

a、 将筒体分别两段， 其中一段的内侧壁焊接衬板， 将衬板插入 另一段筒体内， 并将两段筒体通过膨胀节固定连接；

b、 制作多根换热管， 每根换热管制作如下： 多根换热支管同一 水平排列， 各换热支管两端分别焊接在两个联箱上， 联箱的另一侧焊 接换热总管， 换热支管上套焊螺旋翅片， 螺旋翅片每隔固定位置形成 间断用于与支撑板安装；

c、 选取若干外径略小于筒体内径、 并能穿过衬板的圆形钢板作 为支撑板， 支撑板中部冲设多行的管孔， 管孔孔径与换热支管适配， 每行管孔间隔与每个换热管的换热支管间隔一 致，每行管孔位于同一 水平线；

d、 沿支撑板每行管孔的中线进行线切割将每块支 撑板切割成多 个支撑条， 使上下相邻的两支撑条相邻侧面分别具有对应 的半管孔； e、 将最下侧的换热管的换热支管卡设到最下方支 撑条的半管孔 中， 然后将次下方的支撑条扣合在最下方支撑条上 进行点焊， 以此顺 序交替叠放支撑条和换热管， 形成有支撑板支撑的换热支管管束， 叠 放时保持上下相邻的换热管联箱相互交错；

f、 将换热支管管束从筒体一端送入筒体内， 并保持换热总管位 于筒体的两端出口处；

g、 扣合筒体两端的管板， 使换热总管穿过管板并与管板密封焊 接。

实施例 2 : —种 U管圆筒式梯度蓄热器， 如图 7、 图 8、 图 5所 示。本装置包括蓄热介质容器，蓄热介质容器 为卧式的圆柱状筒体 6， 筒体 6为一端设有管板 2， 另外侧面均封闭的壳体， 筒体的下方两侧 分别设有支座 9。 筒体的端部与管板 2结合处密封。 筒体 6内灌装蓄 热介质， 换热管呈 U形从筒体一端伸入筒体内的换热介质， 换热管两 端均从筒体一端的管板穿出。每根换热管包括 穿过管板 2并与管板密 封焊接的两端换热主管 1、 位于筒体内的多根 U形换热支管 4， 换热 支管 4两端分别与换热主管 1通过联箱 3转接分流，同一根换热管的 换热主管 1、 联箱 3和换热支管 4中轴线位于同一水平面。 筒体内从 上到下设有多根换热管， 如图 5所示， 各换热管的联箱 3在相互对齐 排列在一条竖直线上。联箱结构也可以如图 6所示， 联箱 3的高度大 于换热主管 1及换热支管 4的高度，相邻换热管的联箱 3在水平方向 相互错开， 并在垂直方向相互叠合， 使换热管排列更加紧密。 筒体纵 向的中心设有竖直的隔板 12， 隔板插入 U行换热管的两直行段之间， 将位于筒体内的两换热主管、两联箱、两换热 支管的直行段分隔成左 右两部分。

如图 7、 8、 9所示， U形换热支管 4两个直行段上套焊有螺旋翅 片， 并每隔一段距离设置有支撑换热支管 4的支撑板 5， 换热支管与 支撑板连接处螺旋翅片具有间断。

支撑板 5结构如图 10所示， 支撑板为与外径与筒体间隙配合支 撑板 5上开设有多行管孔 10， 每行管孔中心线处于同一水平面， 每 行管孔在支撑板的左右两侧对称设置。将支撑 板沿竖直中线分隔成左 右两部分， 并沿每行管孔水平中心线将支撑板线切割成多 个支撑条

11 , 左右两部分的支撑条分别跟 u形换热支管的两个直行段配合。各 支撑条与各换热管的换热支管交替叠放组装， 并将相邻支撑条点焊固 定重新形成整体的左右两部分支撑板并与隔板 两侧面分别焊接固定。 在支撑板的支撑下， 多根换热管的换热支管形成矩阵形式的管束， 并 在隔板和支撑板的协同下将筒体内分隔成沿换 热管换热介质流动方 向分布的换热室，形成具有温度梯度的多个蓄 热空间，提高换热效率。

本装置的制造过程如下：

a、 制作蓄热介质容器， 制作一侧开口的壳体、 以及与开口侧相 配的管板；

b、 制作多根换热管， 每根换热管制作如下： 制作多根弯折半径 逐渐减小的 U形换热支管、 从外到内排列到同一水平面， 各换热支 管两端分别焊接在两个联箱上， 联箱的另一侧焊接换热总管， 换热支 管上套焊螺旋翅片，螺旋翅片每隔固定位置形 成间断用于与支撑板安 装；

c、 选取若干尺寸略小于蓄热介质容器截面尺寸的 钢板作为支撑 板， 支撑板中部冲设多行的管孔， 管孔孔径与换热支管间隙配合， 每 行管孔分为左右两部分、 分别与多根 U形换热支管的两侧直行段对 应并保持间隔一致， 每行管孔位于同一水平线；

d、 沿支撑板竖直中线将支撑板切割成左右两部分 ， 并沿支撑板 每行管孔的水平中线进行线切割将每块支撑板 切割成多个支撑条，使 上下相邻的两支撑条相邻侧面分别具有对应的 半管孔； e、 选取与蓄热介质容器纵向中心面高度适配的隔 板， 插入 U行 换热支管的两直行段之间；

f、 将最下方左右两支撑条分别焊接固定要隔板两 侧的底部， 将 最下侧的换热管的换热支管卡设到最下方支撑 条的半管孔中，然后将 次下方的支撑条扣合在最下方支撑条上进行点 焊、 并与隔板焊接固 定， 以此顺序交替叠放支撑条和换热管， 并保持隔板两侧同歩操作， 形成有支撑板支撑、 隔板分隔的换热支管管束；

g、 换热总管穿过管板并与管板密封焊接， 将换热支管管束从蓄 热介质容器壳体开口侧送入，管板外缘与蓄热 介质容器壳体开口侧密 封扣合。