CN103925822B - 一种基于相变储热材料的热交换装置及其封装方法 - Google Patents

Abstract

一种基于相变储热材料的热交换装置及其封装方法，涉及间歇式采暖技术领域，为了解决因相变储热材料在相变过程中的体积膨胀致使热交换装置壳体胀裂破坏的问题。所述装置包括用于容纳相变储热材料的、封闭式的壳体，壳体内设有至少一个用于膨胀变形的膨胀分隔部。所述方法主要包括将壳体的上盖面壳体掀开，将膨胀分隔部插入到壳体内固定；将上盖面壳体盖好后密封，再将通气孔的孔塞拔去，使膨胀分隔部分隔后的壳体通过设置在膨胀分隔部上的连通孔形成连通的装置；将漏斗架在进料口上，封住出料口，将液体状的相变材料从漏斗注入，注满后将孔塞塞住并将进料口封住，封装完成。本发明具有储热导热效率高，封装方便，可重复利用，使用寿命长等有点。

Description

一种基于相变储热材料的热交换装置及其封装方法

技术领域

本发明涉及间歇式采暖技术领域，主要应用于火墙或火炕等间歇式采暖方式中，具体涉及一种基于相变储热材料的热交换装置及其封装方法。

背景技术

火墙和火炕是我国严寒地区最早掌握并一直使用的间歇式采暖技术之一，是劳动人民长期生活在严寒气候条件下的智慧结晶，它们目前仍然是我国严寒地区农村建筑中普遍采用的采暖方式。近年来，国内外学者普遍认为，火墙和火炕等古老的采暖方式符合可持续发展理念，能以较低的成本和就地取材的可再生能源(农作物秸秆)消耗解决分散居住众多民众的取暖问题，也符合严寒地区村镇区域的环境特点、生活习惯和生活成本控制要求，也被认为是一种有利于身体健康的供暖方式。传统火墙和火坑的工作原理主要是利用天然石材或烧结砖等砌筑材料将炉膛内高温烟气的热量吸收、储存并与室内空气进行热交换，以满足采暖间歇时间段内的热量补给和供应。然而，由于天然石材和烧结砖这类材料的储热能力较低，对高温烟气中的热量利用率有限，从而导致采暖时段内房间中的温度过高，而在采暖间歇时段内房间温度下降很快，房屋的居住舒适性差。

通过在火墙表面安置可以容纳大量相变储热材料的容器，在采暖期间使相变储热材料吸收大量来自火墙内烟气的热量调节室内温度并将热量通过材料相变而储存起来；在采暖间歇期间，随着室内温度下降引发相变储热材料发生逆向相变而将原来储存的热量释放出来以维持室内温度在较长时间内处于人类生活舒适状态，这一方案可以有效解决目前火墙间歇式采暖的不足之处。

相变储热材料封装有微观封装和宏观封装两种，针对火墙间歇式采暖方式，采用宏观封装方式才能在小面积范围使用大量相变储热材料以提高对热量储存和室内温度调节的效率。

国内外已有的宏观封装方式主要是将相变储热材料封装在金属盒体中或塑料袋中，在封装的装置方面所存在的问题主要是传统封装方式没有消除储热材料在相变过程中因体积膨胀而对封装壳体产生的内胀压力，长期使用过程中会出现壳体胀裂破坏。另外，在传统的封装方法中，也缺乏对壳体封装的规范封装，致使壳体内不能完全充装相变储热材料，导致储热率低，以及可重复利用率低的问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中，由于没有考虑因相变储热材料在相变过程中的体积膨胀致使热交换装置壳体胀裂破坏，而导致使用寿命短的问题，而提供一种基于相变储热材料的热交换装置。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于相变储热材料的热交换装置，包括用于容纳相变储热材料的、封闭式的壳体，其特征在于：所述壳体内设有至少一个用于膨胀变形的膨胀分隔部。

较现有技术相比，本发明采用在壳体内设置膨胀分隔部，使相变储热材料在相变过程中可以通过挤压膨胀分隔部，使其有足够的膨胀空间，防止壳体胀裂。本发明具有结构简单，使用方便，重复利用率高，使用寿命长等优点。

本发明为了解决现有技术中，由于没有考虑因相变储热材料在相变过程中的体积膨胀致使热交换装置壳体胀裂破坏，而导致使用寿命短的问题，以及对热交换装置注入相变储热材料不能充满整个热交换装置而造成的储热效率低的问题，还提供了基于上述相变储热材料的热交换装置的封装方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于相变储热材料的热交换装置的封装方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：将壳体的上盖面壳体掀开，将膨胀分隔部插入到所述壳体内，通过卡槽Ⅰ和卡槽Ⅱ固定；

步骤二：将所述上盖面壳体盖好后密封，再将所述上盖面壳体上的通气孔的孔塞拔去，孔塞拔去后，使膨胀分隔部分隔后的壳体通过设置在所述膨胀分隔部上的连通孔形成连通的装置；

步骤三：将漏斗架在进料口上，封住出料口，将液体状的相变材料从漏斗注入，注满后将孔塞塞住并将进料口封住，封装完成。

较现有技术相比，本发明采用在壳体内设置膨胀分隔部，通过壳体上的卡槽固定，使相变储热材料在相变过程中可以通过挤压膨胀分隔部，使其有足够的膨胀空间，防止壳体胀裂；在封装过程中，采用先将壳体上的通气孔塞拔去，使整个壳体处于连通的状态，利用连通器的原理，将相变储热材料注入到壳体内，使得相变储热材料在封装的过程中可以注满整个壳体，具有较高的储热率，以及在使用过程中可随时更换相变储热材料，使用方便，重复利用率高。

附图说明

图1是本发明基于相变储热材料的热交换装置的结构示意图；

图2是本发明基于相变储热材料的热交换装置的壳体的俯视图；

图3是本发明基于相变储热材料的热交换装置的左视图；

图4是本发明基于相变储热材料的热交换装置的膨胀分隔部的俯视图；

图5是本发明基于相变储热材料的热交换装置的膨胀分隔部的立体图；

图6是本发明基于相变储热材料的热交换装置的膨胀分隔部的主视图；

图中：1、壳体10、通气孔Ⅰ11、底面壳体12、前面壳体121、卡槽Ⅰ13、后面壳体131、卡槽Ⅱ14、左侧面壳体15、右侧面壳体16、上盖面壳体17、进料口18、出料口19、通气孔Ⅱ；2、膨胀分隔部21、柱体Ⅰ22、柱体Ⅱ23、膨胀分隔体231、柔性薄膜232、填充物233、金属骨架24、连通孔3、吸热翅片4、散热翅片5、导热网。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，一种基于相变储热材料的热交换装置，包括用于容纳相变储热材料的、封闭式的壳体1，所述壳体1内设有至少一个用于膨胀变形的膨胀分隔部2。膨胀分隔部2的设置，主要用于壳体内储存的相变储热材料在相变过程中的体积变化，将其对壳体1的压力变形转移到膨胀分隔部2上。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：如图2所示，所述壳体1是由底面壳体11、前面壳体12、后面壳体13、左侧面壳体14、右侧面壳体15和上盖面壳体16围成的封闭式壳体；所述前面壳体12靠近所述壳体1内部的一侧设有多个用于卡接所述膨胀分隔部2的卡槽Ⅰ121，所述后面壳体13靠近所述壳体1内部的一侧设有多个用于卡接所述膨胀分隔部2的卡槽Ⅱ131，所述卡槽Ⅰ121和所述卡槽Ⅱ131相对设置。所述卡槽Ⅰ121和所述卡槽Ⅱ131的相对设置，可以确保膨胀分隔部2可以平行的插入到壳体1内，将壳体1分隔成多个平行的相连通的容纳空间。另外，所述上面盖壳体16是活动设置的，即可以通过其开启与盖合实现膨胀分隔部2的拔插安装。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：如图4至图6所示，所述膨胀分隔部2包括与所述卡槽Ⅰ121卡接配合的柱体Ⅰ21、与所述卡槽Ⅱ131卡接配合的柱体Ⅱ22以及连接所述柱体Ⅰ21和所述柱体Ⅱ22的膨胀分隔体23，所述膨胀分隔体23上设有至少一个连通孔24。所述柱体Ⅰ21和所述柱体Ⅱ22可以采用空心塑料制成，用于卡接支撑整个膨胀分隔部2，所述柱体Ⅰ21和所述柱体Ⅱ22之间可以设置金属骨架233进行连接，用于固定柔性薄膜231，使所述柔性薄膜231与柱体之间的连接更加紧固。所述膨胀分隔部2将所述壳体1分隔成多个平行设置的容纳空间，连通孔24的设置使相变储热材料可以贯通。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：如图4所示，所述膨胀分隔体23由柔性薄膜231内填充大孔隙率的填充物232制成。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述壳体1上设有进料口17和出料口18，所述进料口17和所述出料口18的开口端可设置螺纹与盖进行螺纹连接实现密封，开启关闭方便实用。在传统的封装方式，并没有对宏观封装壳体设计相变储热的注入和排卸通道，不能根据需要灌注和更换相变储热材料，因而封装壳体不能重复利用。而此部分的设置使得整个热交换装置的重复利用率提高。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：如图2所示，所述壳体1上还设有吸热翅片3，与所述壳体1上设置所述吸热翅片4相对的一侧设有散热翅片3，所述吸热翅片3和所述散热翅片4可采用翅片形式相同或不同的翅片，靠近热源一侧的翅片为吸热翅片3，远离热源靠近室内的一侧的翅片为散热翅片4。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：如图2所示，所述壳体1内设有导热网5，导热网的设置可以增大相变储热材料的接触面积，增大导热率。在传统的宏观封装方式中，由于封装壳体与外界接触面积小以及有机类相变储热导热系数低的原因，用于火墙时不能使内部的相变储热材料在短时间内快速吸收烟气所带来的大量热量，因而储热效率较低。结合具体实施方式六，通过在壳体内设置导热网和在壳体上下表面设置吸、散热翅片，使得热交换装置的储热导热效率提高。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二不同的是：如图2所示，所述上盖面壳体16上还设有通气孔Ⅰ10和与所述通气孔Ⅰ10相匹配的孔塞；所述上盖面壳体16上与所述膨胀分隔部2盖合的位置上还设有通气孔Ⅱ19。通气孔Ⅰ10的设置是为了确保在注入相变储热材料时，使膨胀分隔部2分离后的壳体的各个容纳空间能保持连通的状态。通气孔Ⅱ19的设置是为了连通所述膨胀分隔部2的内部与环境气体相通，减小气体压缩产生的膨胀力，通过通气孔Ⅱ19可以插入连通管，使空心体和火墙内烟道相通，气压平衡，否则柔性薄膜231由于内部存在气压而无法轻易变形。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七不同的是：所述壳体1和所述导热网5均采用导热耐腐蚀的金属材料制成，所述柔性薄膜231采用耐高温的柔性橡胶材料制成。

具体实施方式十：本实施方式基于具体实施方式一至具体实施方式九，

一种基于相变储热材料的热交换装置的封装方法，包括如下步骤：

步骤一：将壳体1的上盖面壳体16掀开，将膨胀分隔部2插入到所述壳体1内，通过卡槽Ⅰ121和卡槽Ⅱ131固定；

步骤二：将所述上盖面壳体16盖好后密封，再将所述上盖面壳体16上的通气孔Ⅰ10的孔塞拔去，孔塞拔去后，使膨胀分隔部2分隔后的壳体1通过设置在所述膨胀分隔部2上的连通孔24形成连通的装置；

步骤三：将漏斗架在进料口17上，封住出料口18，将液体状的相变材料从漏斗注入，注满后将孔塞塞住并将进料口17封住，封装完成。

实施例1

如图1所示，一种基于相变储热材料的热交换装置，包括用于容纳相变储热材料的、封闭式的壳体1，所述壳体1可采用金属铝、铜或不锈钢等材料制成，所述壳体1内设有至少一个用于膨胀变形的膨胀分隔部2。膨胀分隔部2的设置，主要用于壳体内储存的相变储热材料在相变过程中的体积变化，将其对壳体1的压力变形转移到膨胀分隔部2上。

如图2所示，所述壳体1是由底面壳体11、前面壳体12、后面壳体13、左侧面壳体14、右侧面壳体15和上盖面壳体16围成的封闭式壳体；所述前面壳体12靠近所述壳体1内部的一侧设有多个用于卡接所述膨胀分隔部2的卡槽Ⅰ121，所述后面壳体13靠近所述壳体1内部的一侧设有多个用于卡接所述膨胀分隔部2的卡槽Ⅱ131，所述卡槽Ⅰ121和所述卡槽Ⅱ131相对设置。所述卡槽Ⅰ121和所述卡槽Ⅱ131的相对设置，可以确保膨胀分隔部2可以平行的插入到壳体1内，将壳体1分隔成多个平行的相连通的容纳空间。另外，所述上面盖壳体16是活动设置的，即可以通过其开启与盖合实现膨胀分隔部2的拔插安装。

如图4至图6所示，所述膨胀分隔部2包括与所述卡槽Ⅰ121卡接配合的柱体Ⅰ21、与所述卡槽Ⅱ131卡接配合的柱体Ⅱ22以及连接所述柱体Ⅰ21和所述柱体Ⅱ22的膨胀分隔体23，所述膨胀分隔体23由柔性薄膜231(采用耐高温硅橡胶薄膜)内填充大孔隙率的填充物232(高孔隙率耐高温海绵)制成。所述膨胀分隔体23上设有至少一个连通孔24(连通孔24可采用塑料管制成)。所述柱体Ⅰ21和所述柱体Ⅱ22可以采用空心塑料制成，用于卡接支撑整个膨胀分隔部2，所述柱体Ⅰ21和所述柱体Ⅱ22之间可以设置金属骨架233进行连接，用于固定柔性薄膜231，使所述柔性薄膜231与柱体之间的连接更加紧固。所述膨胀分隔部2将所述壳体1分隔成多个平行设置的容纳空间，连通孔24的设置使相变储热材料可以贯通。

所述壳体1上设有进料口17和出料口18，所述进料口17和所述出料口18的开口端可设置螺纹与盖进行螺纹连接实现密封，开启关闭方便实用。

如图2所示，所述壳体1上还设有吸热翅片3，与所述壳体1上设置所述吸热翅片3相对的一侧设有散热翅片4，所述吸热翅片3和所述散热翅片4可采用翅片形式相同或不同的翅片，可采用波纹型翅片或平板型翅片，靠近热源一侧的翅片为吸热翅片3，远离热源靠近室内的一侧的翅片为散热翅片4。所述壳体1内设有导热网5，导热网的设置可以增大相变储热材料的接触面积，增大导热率。所述上盖面壳体16上还设有通气孔Ⅰ10和与所述通气孔Ⅰ10相匹配的孔塞。所述上盖面壳体16上与所述膨胀分隔部2盖合的位置上还设有通气孔Ⅱ19。通气孔Ⅰ10的设置是为了确保在注入相变储热材料时，由膨胀分隔部2分离后的壳体的各个容纳空间能保持连通的状态。通气孔Ⅱ19的设置是为了连通所述膨胀分隔部2的内部与环境气体相通，减小气体压缩产生的膨胀力，通过通气孔Ⅱ19可以插入连通管，使空心体和火墙内烟道相通，气压平衡，否则柔性薄膜231由于内部存在气压而无法轻易变形。

实施例2

一种基于相变储热材料的热交换装置的封装方法，包括如下步骤：

步骤一：将壳体1的上盖面壳体16掀开，将膨胀分隔部2插入到所述壳体1内，通过卡槽Ⅰ121和卡槽Ⅱ131固定；

步骤二：将所述上盖面壳体16盖好后密封，再将所述上盖面壳体16上的通气孔Ⅰ10的孔塞拔去，孔塞拔去后，使膨胀分隔部2分隔后的壳体1通过设置在所述膨胀分隔部2上的连通孔24形成连通的装置；

步骤三：将漏斗架在进料口17上，封住出料口18，将液体状的相变材料从漏斗注入，注满后将孔塞塞住并将进料口17封住，封装完成。

本发明采用在壳体内设置膨胀分隔部，通过壳体上的卡槽固定，使相变储热材料在相变过程中可以通过挤压膨胀分隔部，使其有足够的膨胀空间，防止壳体胀裂；在封装过程中，进料时，采用先将壳体上的通气孔塞拔去，使整个壳体处于连通的状态，利用连通器的原理，液体相变储热材料可以通过连通孔24进入各个容纳空间，将相变储热材料注入到壳体内，使得相变储热材料在封装的过程中可以注满整个壳体，装置中的耐高温的柔性橡胶材料薄膜和内部填充的填充物可以自由变形，吸、散热翅片增加壳体吸热面积和散热面积，填充式导热网增强材料的导热性能。本发明具有较高的储热率，以及在使用过程中可随时更换相变储热材料，使用方便，重复利用率高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于相变储热材料的热交换装置，包括用于容纳相变储热材料的、封闭式的壳体(1)，所述壳体(1)内设有至少一个用于膨胀变形的膨胀分隔部(2)；其特征在于：所述壳体(1)是由底面壳体(11)、前面壳体(12)、后面壳体(13)、左侧面壳体(14)、右侧面壳体(15)和上盖面壳体(16)围成的封闭式壳体；所述前面壳体(12)靠近所述壳体(1)内部的一侧设有多个用于卡接所述膨胀分隔部(2)的卡槽Ⅰ(121)，所述后面壳体(13)靠近所述壳体(1)内部的一侧设有多个用于卡接所述膨胀分隔部(2)的卡槽Ⅱ(131)，所述卡槽Ⅰ(121)和所述卡槽Ⅱ(131)相对设置。

2.根据权利要求1所述的基于相变储热材料的热交换装置，其特征在于：所述膨胀分隔部(2)包括与所述卡槽Ⅰ(121)卡接配合的柱体Ⅰ(21)、与所述卡槽Ⅱ(131)卡接配合的柱体Ⅱ(22)以及连接所述柱体Ⅰ(21)和所述柱体Ⅱ(22)的膨胀分隔体(23)，所述膨胀分隔体(23)上设有至少一个连通孔(24)。

3.根据权利要求2所述的基于相变储热材料的热交换装置，其特征在于：所述膨胀分隔体(23)由柔性薄膜(231)内填充大孔隙率的填充物(232)制成。

4.根据权利要求1所述的基于相变储热材料的热交换装置，其特征在于：所述壳体(1)上设有进料口(17)和出料口(18)。

5.根据权利要求1所述的基于相变储热材料的热交换装置，其特征在于：所述壳体(1)上还设有吸热翅片(3)，与所述壳体(1)上设置所述吸热翅片(3)相对的一侧设有散热翅片(4)。

6.根据权利要求1所述的基于相变储热材料的热交换装置，其特征在于：所述壳体(1)内设有导热网(5)。

7.根据权利要求1所述的基于相变储热材料的热交换装置，其特征在于：所述上盖面壳体(16)上还设有通气孔Ⅰ(10)和与所述通气孔Ⅰ(10)相匹配的孔塞；所述上盖面壳体(16)上与所述膨胀分隔部(2)盖合的位置上还设有通气孔Ⅱ(19)。

8.根据权利要求3所述的基于相变储热材料的热交换装置，其特征在于：所述柔性薄膜(231)采用耐高温的柔性橡胶材料制成。

9.根据权利要求6所述的基于相变储热材料的热交换装置，其特征在于：所述壳体(1)和所述导热网(5)均采用导热耐腐蚀的金属材料制成。

10.一种权利要求1-7任意一个权利要求所述的基于相变储热材料的热交换装置的封装方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：将壳体(1)的上盖面壳体(16)掀开，将膨胀分隔部(2)插入到所述壳体(1)内，通过卡槽Ⅰ(121)和卡槽Ⅱ(131)固定；

步骤二：将所述上盖面壳体(16)盖好后密封，再将所述上盖面壳体(16)上的通气孔Ⅰ(10)的孔塞拔去，孔塞拔去后，使膨胀分隔部(2)分隔后的壳体(1)通过设置在所述膨胀分隔部(2)上的连通孔(24)形成连通的装置；

步骤三：将漏斗架在进料口(17)上，封住出料口(18)，将液体状的相变材料从漏斗注入，注满后将孔塞塞住并将进料口(17)封住，封装完成。