CN102062432A - 一种利用相变材料自循环供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用相变材料自循环供热系统，它包括热交换器和内有气液相变材料的储液容器，储液容器与外接热源连接；热交换器安装于供热建筑内用于与供热建筑室内空气进行热交换，热交换器高于储液容器位置，储液容器出口通过气流管与热交换器进口连接，热交换器出口通过液流管与储液容器进口连接，热交换器进口位于热交换器上端，热交换器出口位于热交换器下端。本系统充分利用其它低品位热源向室内供热，使室内温度保持稳定；系统无运动部件、损耗小、使用寿命长，结构简单、成本低廉，符合节能要求；使用灵活，热源面广，不但能满足随时供热的要求，还不受应用位置的限制，可以满足建筑物内不同位置的供热要求。

Description

一种利用相变材料自循环供热系统

 

技术领域

本发明涉及建筑供热系统，尤其涉及一种利用相变材料自循环供热的系统，属于建筑物供热节能技术领域。

 

背景技术

在能源日趋紧张的今天，节能已经成为人类亟待解决的问题。在我国社会总能耗中建筑能耗已经占到30％左右，然而在建筑能耗中用于调节室内热环境的空调能耗比例占55％左右，可见降低空调能耗是建筑节能的主要任务之一。然而在许多能量的使用过程中，由于没有得到很好的利用而散失到空气中去，形成废热，造成热污染。

目前国内供热主要是以蒸汽、热水或电加热等形式来实现。这些方式能耗较大，很难符合节能要求。现在人们也应用一些节能技术来降低能耗，如在墙体上覆盖一些蓄能器，称为蓄能墙，如公告号为CN1715576A的专利《蓄能墙及其应用》，该蓄能墙把能量储存在蓄能器后再使用，如需临时使用，就无法满足需求；此外该蓄能墙是利用夜间电能来蓄能，虽然运行费用降低，但同样在消耗电能，达不到节能要求。公告号为CN101230600A的专利《节能型外墙太阳能空调式建筑墙体》，该节能型外墙墙体适用于太阳能丰富的地方，此外限于用在有外墙的建筑物内，如果房间在背阴面或是在建筑物的内部，该节能型外墙墙体就无法满足使用要求。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是在供暖季节提供一种利用相变材料自循环供热系统，本系统可以利用自然水的热能、工业余热或太阳辐射能等低品位热能，向室内供热使室内温度恒定，本系统使用灵活，不受位置限制，不消耗外在动力。

本发明的技术方案是这样实现的：一种利用相变材料自循环供热系统，它包括热交换器和内有相变材料的储液容器，所述相变材料为气液相变材料，储液容器与外接热源连接由外接热源与相变材料发生热交换而使相变材料发生相变；热交换器安装于供热建筑内用于与供热建筑室内空气进行热交换，热交换器所处位置高于储液容器位置，储液容器出口通过气流管与热交换器进口连接，热交换器出口通过液流管与储液容器进口连接，热交换器进口位于热交换器上端，热交换器出口位于热交换器下端。

进一步地，所述气流管上靠近热交换器端设有单向阀，在气流管与储液容器出口之间、液流管与热交换器出口之间以及液流管与储液容器进口之间均设有密封圈。

所述热交换器底部设有排污管，排污管上设有截止阀，排污管与热交换器之间设有密封圈。

所述外接热源为温度高于相变材料相变温度的水（如地下水、工业废热水和生活废热水等），在储液容器内设有换热盘管，换热盘管浸没在相变材料中，换热盘管两端从储液容器中穿出形成进水端和出水端。

为防止液体泄漏，所述换热盘管从储液容器中穿出部位与储液容器之间设有密封圈。在换热盘管进水端设有水处理器和截止阀。

所述换热盘管浸没在相变材料中的那段上设有肋片，更利于提高换热效率。

所述外接热源也可以为太阳能，在储液容器外壁上设有吸热材料。这种结构适合于太阳能比较丰富的地区。

与现有供热系统相比，本发明充分利用其它低品位热源向室内供热，使室内温度保持稳定，是一种结构简单、系统成本低廉的综合节能供热方案。本系统运行时属于自然循环，无运动部件、损耗小、使用寿命长，在热源充分的情况下，可以不消耗外在动力，符合节能要求，具有较好的推广和应用前景。

本发明使用灵活，热源面广，不但能满足随时供热的要求，还不受应用位置的限制，可以满足建筑物内不同位置的供热要求。

 

附图说明

图1-本系统实施例1结构示意图。

图2-本系统实施例2结构示意图。

图3-图1a-a剖面图。

图4-图1b-b剖面图。

图中，1-热交换器；2-气流管；3-液流管；4-储液容器；5-相变材料；6-排污管；7-单向阀；8-截止阀；9-进水端；10-出水端；11-太阳能；12-水处理器；13-换热盘管；14-密封圈；15-肋片。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

参见图1，从图上可以看出，本发明利用相变材料的自循环供热系统，它包括热交换器1和内有相变材料5的储液容器4，所述相变材料5为气液相变材料，储液容器4与外接热源连接由外接热源与相变材料5发生热交换而使相变材料5发生相变。热交换器1安装于供热建筑内用于与供热建筑室内空气进行热交换，热交换器1所处位置高于储液容器4位置。根据热交换器在房间的位置不同，一般有以下三种设置形式：（1）热交换器置于房间天花板或吊顶内；（2）热交换器置于墙内侧；（3）热交换器置于地板下。实际安装时可根据具体情况采用上述三种位置中的一种或三者之间的组合均可。储液容器4出口通过气流管2与热交换器1进口连接，热交换器1出口通过液流管3与储液容器4进口连接，从而在储液容器与热交换器之间形成相变材料的不断循环往复，在循环过程中通过相变材料不断把外接热源的热量转移到室内，由此完成热量的转移。

热交换器进口位于热交换器上端，热交换器出口位于热交换器下端靠近底板位置，这样液流管3与热交换器1连接后，更利于液体流动。如图3，热交换器1在设计时整体有一定的坡度，此外热交换器1的底板在设计时也有一定的坡度，有利于液态相变材料的汇集。

本发明相变材料5选用在相变压力接近大气压时，相变潜热大、相变温度在舒适的范围内的相变材料。系统中热交换器1，储液容器4、气流管2和液流管3的承压能力均应大于相变材料的压力。

在气流管2上靠近热交换器端设有单向阀7，保证气态相变材料只能从储液容器4向热交换器1移动，防止相变材料通过气流管2回流。在气流管2与储液容器4出口之间、液流管3与热交换器1出口之间以及液流管3与储液容器4进口之间均设有密封圈14进行密封处理。

如图4，在热交换器1底部设有排污管6，排污管6设在热交换器1的最低点，便于以后定期或不定期对热交换器1进行排污，以防止污质对换热效率的影响。在排污管6上设有截止阀8，排污管6与热交换器1之间也设有密封圈14。

图1所示外接热源为温度高于相变材料相变温度的水（如自然水、工业废热水或生活废热水等）。在冬季地下温度稳定在大于15℃的地方，可以利用自然水作为热源的来源，如地下水或湖泊深层水等。此时在储液容器4内设有换热盘管13进行换热，换热盘管13浸没在相变材料5中，换热盘管13两端从储液容器4中穿出形成进水端9和出水端10。

为防止液态相变材料从孔隙中流出，所述换热盘管13与储液容器4结合部位也设有密封圈14。在换热盘管13进水端9设有水处理器12和截止阀8，水处理器12对引入的水进行处理，如进行过滤和酸碱度处理等，防止水中带有污物堵塞或腐蚀换热盘管13。

换热盘管13有平行排管式、蛇形排管式和蛇形盘管式三种形式，本实例中采用平行排管式，且在换热盘管13浸没在相变材料5中的那段上设有肋片15，更利于提高换热效率。

外接热源为水时，其工作原理如下：

如图1所示，首先通过进水端9把外接水源引至换热盘管13内，由于所引入的地下水、工业废热水或生活废热水等的温度大于15℃，其温度高于储液容器4内换热盘管13外的液态相变材料5发生相变的温度，在引入的水沿着换热盘管13流动时与液态相变材料进行换热，再由出水端10排出。而液态相变材料由于得到热量温度升高，当温度达到相变材料的沸点时，液态相变材料就会发生气化变成气态相变材料，气态相变材料再沿着气流管2进入热交换器1中。当热交换器1中气态相变材料的温度高于室内的空气温度时，气态相变材料与空气进行换热，气态相变材料变成了液态。由于热交换器1在设计或安装时有一定的坡度，液态相变材料在自重下向热交换器1的最低处汇集，最后在自重下沿液流管3流回储液容器4内，而空气由于得到热量使室内温度升高。这样就实现了一个自循环，通过相变材料5的相变自然地把外接热源的热量转入室内从而达到供热目的。

当利用工业余热或生活中废热作为热源时，能使废热水的热量得到有效回收利用，更利于节能。当然，在用自然水或工业废热水时也可以考虑设置锅炉作为辅助热源，使系统能正常运行。

外接热源也可以使用太阳能11，如图2所示。太阳能的利用方式主要有以下三种：（1）直接在储液容器4外表面上涂易于吸收太阳能的吸热材料；（2）在储液容器4外表面透明条件下，液态相变材料内设有吸热板；（3）利用太阳能加热水后再用管道引入与相变材料进行换热。其中第三种方式与外接水源相似。本结构通过相变材料的相变把太阳能的热量转到室内达到供热目的，系统整体的工作原理与自然水作为热源完全一致，故在此不赘述。

这种结构适合于太阳能比较丰富的地区。当没有太阳或太阳能不足以提供室内所需热量时，可以利用锅炉作为辅助热源，使系统正常运行。锅炉作为辅助热源的工作方式与自然水作为热源相同，这里不再详述。

在实际供热应用中，外接热源可使用地下水、湖泊深层水、工业废热水或生活废热水以及太阳能中之一也可把它们结合起来用，以达到充分利用外界热源，从而实现节能目的。

Claims (7)

1.一种利用相变材料自循环供热系统，它包括热交换器（1）和内有相变材料的储液容器（4），其特征在于：所述相变材料（5）为气液相变材料，储液容器与外接热源连接由外接热源与相变材料发生热交换而使相变材料发生相变；热交换器（1）安装于供热建筑内用于与供热建筑室内空气进行热交换，热交换器（1）所处位置高于储液容器（4）位置，储液容器（4）出口通过气流管（2）与热交换器（1）进口连接，热交换器（1）出口通过液流管（3）与储液容器（4）进口连接，热交换器进口位于热交换器上端，热交换器出口位于热交换器下端。

2.根据权利要求1所述的利用相变材料自循环供热系统，其特征在于：所述气流管（2）上靠近热交换器端设有单向阀（7），在气流管（2）与储液容器（4）出口之间、液流管（3）与热交换器（1）出口之间以及液流管（3）与储液容器（4）进口之间均设有密封圈（14）。

3.根据权利要求1或2所述的利用相变材料自循环供热系统，其特征在于：所述热交换器（1）底部设有排污管（6），排污管（6）上设有截止阀（8），排污管（6）与热交换器（1）之间设有密封圈（14）。

4.根据权利要求3所述的利用相变材料自循环供热系统，其特征在于：所述外接热源为温度高于相变材料发生相变的温度的水，在储液容器（4）内设有换热盘管（13），换热盘管（13）浸没在相变材料（5）中，换热盘管（13）两端从储液容器（4）中穿出形成进水端（9）和出水端（10）。

5.根据权利要求4所述的利用相变材料自循环供热系统，其特征在于：所述换热盘管（13）从储液容器中穿出部位与储液容器（4）之间设有密封圈（14），在换热盘管进水端（9）设有水处理器（12）和截止阀（8）。

6.根据权利要求5所述的利用相变材料自循环供热系统，其特征在于：所述换热盘管（13）浸没在相变材料中的那段上设有利于换热的肋片（15）。

7.根据权利要求3所述的利用相变材料自循环供热系统，其特征在于：所述外接热源为太阳能，在储液容器外壁上设有吸热材料。

Images