CN103512415A - 一种低温相变蓄热器 - Google Patents

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马素霞
李永辉
张建春
武卫红
刘建华
谢豪
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Taiyuan University of Technology
Electric Power Research Institute of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
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Taiyuan Boiler Group Co ltd
Taiyuan University of Technology
Electric Power Research Institute of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种低温相变蓄热器，包括箱体，以及设置在箱体中的蛇形金属管排，金属管排上间隔套设有金属翅片，金属管排包括蓄热管排和放热管排，两种管排相间布置，蓄热管排和放热管排分别通过各自的进液管和出液管与蓄热蒸发型空气源热泵的蓄热冷剂回路和放热冷剂回路相连，蓄热管排与其进液管和出液管之间分别设置有蓄热联箱，放热管排与其进液管和出液管之间分别设置有放热联箱；箱体夹层中设有保温材料，箱体内部填充有复合相变蓄热材料。本发明主要用于空气源热泵机组工艺流程中，既是蓄热器，又是一个过冷器，还充当辅助蒸发器，可同时进行蓄热和放热，能够提高热泵机组的供热系数，显著改善空气源热泵机组低温环境下的运行性能。

Description

一种低温相变蓄热器
技术领域
本发明涉及能量存储和释放装置，特别是一种具有双蛇形翅式管排结构的低温相变蓄热器。
背景技术
相变蓄热是利用相变材料发生相变时吸收或放出热能来实现热量的储存或者释放，具有单位体积蓄热量大、温度波动小及安全性好等诸多优点。相变蓄热材料的研究成果较多，主要问题是材料稳定性一般，多次蓄放热后，蓄热能力会有不同程度的下降。常见的相变蓄热材料有石蜡、硫酸盐、硝酸盐以及氟化物等。目前研究的相变蓄热蓄冷换热器主要由平板式相变换热器、肋板式相变蓄热器、壳式相变蓄热器、套管式相变换热器和热管式相变蓄热换热器等，相变蓄热材料多为石蜡。
空气源热泵长期在低温环境下运行时存在能量供需矛盾，即：室外温度比较高时系统制热量增加，而热用户需热量减少；温度比较低时系统制热量减少，而热用户的需热量增加。同时，空气源热泵在低温下还存在着系统压缩机运行工况恶化的现象。
为解决低温环境下空气源热泵存在的能量供需矛盾，开发了一种带相变蓄热器的空气源热泵系统，上述已有的蓄热器形式用于空气源热泵系统时，存在着蓄热量小和蓄放热性能差等技术问题，故发明了一种空气源热泵用的相变蓄热器。
目前已有的相关的相变蓄热器技术主要有：（1）公布号为CN102410768A的发明专利“一种用于热泵热水器除霜用的相变蓄热器”，于2011年10月25日申请国家发明专利，其在相变蓄热器箱体内盘绕设置有“S”形金属管，在“S”形金属管上间隔套设有金属翅片，通过相变蓄热材料将淋浴废水和冷凝器出口的余热回收起来，用于冬季除霜。因为只是用于除霜，所以该蓄热器的蓄热量较少。（2）公告号为CN101598513B的发明专利“高温相变蓄热管及蓄热器”，于2009年7月1日申请国家发明专利，该高温相变蓄热管及蓄热器用于蓄存太阳能，主要由蛇形工质导管、蛇形工质导管外侧环形翅片、42.5%氯化钠+20.5%氯化钾+37%无水氯化镁的工质及80.5%LiF+19.5%CaF2的相变材料组成，各高温相变蓄热管之间用隔板隔开。该蓄热器的相变温度较高，用于空气源热泵是不行的，同时在结构上也不能够满足空气源热泵的需求。（3）公开号为CN101004308A的发明专利“一种复合相变蓄冷蓄热器”，于2007年1月24日申请国家发明专利，其包括容器、进液管、出液管、相变蓄冷体和相变蓄热体两种相变蓄能材料，相变蓄冷体有冰水、冰球、蓄冷块等、相变蓄热体为无机结晶水合物或石蜡形成的蓄热球、蓄热块等，该蓄热器同样不能满足空气源热泵工作的要求。
发明内容
本发明提供一种低温相变蓄热器，主要解决空气源热泵在低温环境下运行性能差、相变蓄热器的蓄热量少、蓄放热速度慢的技术问题。
本发明提供的技术方案是：一种低温相变蓄热器，包括箱体，以及设置在箱体中的蛇形金属管排，金属管排上间隔套设有金属翅片，所述金属管排包括蓄热管排和放热管排，两种管排相间布置，蓄热管排和放热管排分别通过各自的进液管和出液管与蓄热蒸发型空气源热泵的蓄热冷剂回路和放热冷剂回路相连，可同时进行蓄热和放热，蓄热管排与其进液管和出液管之间分别设置有蓄热联箱，放热管排与其进液管和出液管之间分别设置有放热联箱；箱体夹层中设有保温材料，箱体内部填充有复合相变蓄热材料。
本发明中所述的金属翅片优选为矩形结构，其尺寸为55×26×0.3mm，翅片节距为5mm。
本发明中所述的蓄热联箱在蓄热管排与其进液管和出液管之间各设置一个，放热联箱在放热管排与其进液管和出液管之间各设置一个。
本发明中所述的复合相变蓄热材料按重量百分比计为：80% Na2SO4·10H2O、20%Na2HPO4·12H2O，相变温度为28到29℃，不仅消除了Na2SO4·10H2O的分层现象，而且消除了Na2HPO4·12H2O的过冷度现象，材料稳定性能较好。
本发明与现有技术相比，具有如下优势：
（1）本发明采用的复合相变蓄热材料，相变温度较低，相变潜热较大，材料稳定性较好，分层现象和过冷现象基本消除；
（2）本发明内置蛇形翅式蓄热管排和放热管排，用于空气源热泵时，其中一个为蓄热换热器，另一个充当辅助蒸发器向系统供热，蓄热和放热可同时进行，能够解决现有空气源热泵技术在低温环境下普遍存在的热量供需矛盾；
（3）本发明内置的蛇形翅式蓄热管排和放热管排，管排数较多，换热面积增大，同时通过优化翅片尺寸和节距，显著地增强了换热效果，极大地提高了蓄热器的蓄热量和蓄热、放热速度；
（4）本发明用于空气源热泵机组时，使热泵机组在低温环境下的制热量显著增加，热泵性能系数（COP）显著提高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、箱体，2、保温材料，3、蓄热管排，4、放热管排，5、金属翅片，6、蓄热管排进液管，7、放热管排进液管，8、蓄热管排出液管，9、放热管排出液管，10、复合相变蓄热材料，11、蓄热联箱，12、放热联箱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对发明做进一步说明，本发明不仅局限于此。
如图1所示，本发明提供的一种低温相变蓄热器，包括箱体，可由钢制成，箱体夹层中设有聚氨酯发泡保温材料，箱体内部设置有蛇形金属管排，包括蓄热管排和放热管排，管内工质为冷剂流体。这两种管排相间布置，两种金属管排上间隔套设有金属翅片，本实施例中优选为矩形结构，其尺寸为55×26×0.3mm，翅片节距为5mm，这种结构以及尺寸布局极大地增加了蓄热面积和放热面积，增加了蓄热量，增强了蓄热和放热性能。
本实施例中，蓄热管排和放热管排分别通过蓄热管排进液管、蓄热管排出液管以及放热管排进液管、放热管排出液管与蓄热蒸发型空气源热泵的蓄热冷剂回路和放热冷剂回路相连，蓄热管排与其进液管之间设置有一个蓄热联箱，由蓄热联箱分配冷剂流体至各蛇形蓄热管的入口；放热管排与其进液管之间设置有一个放热联箱，由放热联箱分配冷剂流体至各蛇形放热管的入口。各蛇形蓄热管和各蛇形放热管的冷剂流体分别汇至出口处的蓄热联箱和放热联箱，经蓄热管排出液管和放热管排出液管流出蓄热器。
箱体内部填充有复合相变蓄热材料，该蓄热材料按重量百分比计为：80% Na2SO4·10H2O、20%Na2HPO4·12H2O，相变温度为28到29℃，不仅消除了Na2SO4·10H2O的分层现象，而且消除了Na2HPO4·12H2O的过冷度现象，材料稳定性能较好。
本发明中的蓄热管排进液管和放热管排进液管分别接蓄热蒸发型空气源热泵冷凝器后的蓄热冷剂回路（主路循环）和放热冷剂回路（补气回路），蓄热管排出液管和放热管排出液管分别连接蓄热蒸发型空气源热泵主路循环的视液镜和补气回路的气液分离器。在蓄热工况下，蓄热管排进液管有冷剂流体流过，进入蓄热管排将所携带的空气热量传给蓄热材料；在放热工况下，放热管排进液管有冷剂流体流过，进入放热管排将蓄存在蓄热材料中的热量带出，此时，蓄热管排进液管仍有冷剂流体流过，蓄热管排相当于一个过冷器，所以，本发明可同时进行蓄热和放热。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明实质和原理的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低温相变蓄热器，包括箱体，以及设置在箱体中的蛇形金属管排，金属管排上间隔套设有金属翅片，其特征在于：所述金属管排包括蓄热管排和放热管排，两种管排相间布置，蓄热管排和放热管排分别通过各自的进液管和出液管与蓄热蒸发型空气源热泵的蓄热冷剂回路和放热冷剂回路相连，可同时进行蓄热和放热，蓄热管排与其进液管和出液管之间分别设置有蓄热联箱，放热管排与其进液管和出液管之间分别设置有放热联箱；箱体夹层中设有保温材料，箱体内部填充有复合相变蓄热材料。
2.根据权利要求1所述的一种低温相变蓄热器，其特征在于：所述的金属翅片为矩形结构，其尺寸为55×26×0.3mm，翅片节距为5mm。
3.根据权利要求1所述的一种低温相变蓄热器，其特征在于：所述的蓄热联箱在蓄热管排与其进液管和出液管之间各设置一个，放热联箱在放热管排与其进液管和出液管之间各设置一个。
4.根据权利要求1所述的一种低温相变蓄热器，其特征在于：所述的复合相变蓄热材料按重量百分比计为：80% Na2SO4·10H2O、20%Na2HPO4·12H2O。
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