CN103925825A - 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，所述壳体的壳体表面向壳体内部方向上设有至少一个向内凹陷的、用于膨胀变形的膨胀分隔部，所述膨胀分隔部的侧壁或部分侧壁是由柔性薄膜制成的。所述方法主要包括将壳体上通气孔的孔塞拔去，使膨胀分隔部分隔后的壳体形成连通的装置；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，使用寿命长等优点。

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：所述壳体的壳体表面向壳体内部方向上设有至少一个向内凹陷的、用于膨胀变形的膨胀分隔部，所述膨胀分隔部的侧壁或部分侧壁是由柔性薄膜制成的。

较现有技术相比，本发明采用在壳体上设置膨胀分隔部，使相变储热材料在相变过程中有足够的膨胀空间，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，以及缺乏对壳体封装的规范封装方法，致使壳体内不能完全充装相变储热材料，导致储热率低，可重复利用率低的问题，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：将壳体上通气孔的孔塞拔去，孔塞拔去后，使膨胀分隔部分隔后的壳体形成连通的装置；

步骤二：将漏斗架在进料口上，封住出料口；

步骤三：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，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是本发明图1中B-B向的剖视图；

图5是本发明图1中A-A向的剖视图；

图中：1、壳体10、孔11、底面壳体12、前面壳体13、后面壳体14、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；2、膨胀分隔部21、防尘密封盖3、柔性薄膜4、吸热翅片5、散热翅片6、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的壳体表面向壳体内部方向上设有至少一个向内凹陷的、用于膨胀变形的膨胀分隔部2，所述膨胀分隔部2的侧壁或部分侧壁是由柔性薄膜3制成的。所述膨胀分隔部2的上侧与大气相通，即膨胀分隔部2是一个从壳体上表面相壳体内部增设的凹陷，此凹陷仅上部与大气相通，即从主视图(图1)方向看，壳体成“凹”字形结构，下部连通用于注入相变储热材料。

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；如图1所示，所述膨胀分隔部2是从所述上盖面壳体16向所述底面壳体11方向上设置的凹陷。所述膨胀分隔部2表现为将所述上盖面壳体16分隔成与大气相通的空间，所述膨胀分隔部2向壳体内延伸的侧壁可由与壳体1材质相同的金属板材中间镶嵌柔性薄膜3制成，柔性薄膜3可以是平整式的膜片也可以是褶皱式的膜片。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述膨胀分隔部2上方设有防尘密封盖21，所述防尘密封盖21与所述上盖面壳体16在同一水平面上。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述前面壳体12与所述膨胀分隔部2贴合的部分设有用于调节所述膨胀分隔部2气压平衡的孔10。所述前面壳体12和所述后面壳体13将所述膨胀分隔部2的两侧密封，靠近室内一侧的所述前面壳体12上设置孔10可以平衡所述膨胀分隔部2内部的气压，使柔性薄膜3膨胀时无气压阻力。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：如图3、图4所示，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。在传统的宏观封装方式中，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，通过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3所示，所述壳体1上还设有吸热翅片4，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5，所述吸热翅片4和所述散热翅片5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4，远离热源靠近室内的一侧的翅片为散热翅片5。

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5所示，所述壳体1内设有导热网6，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，发明通过在壳体内设置导热网和在壳体前后端面设置吸、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一不同的是：如图2所示，所述壳体1上还设有通气孔19和与所述通气孔19相匹配的孔塞，通气孔19的设置是为了确保由膨胀分隔部2分离后的壳体的各个部分在注入相变储热材料时能保持连通的状态。

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6均采用导热耐腐蚀的金属材料制成，所述柔性薄膜3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上通气孔19的孔塞拔去，孔塞拔去后，使膨胀分隔部2分隔后的壳体1形成连通的装置；

步骤二：将漏斗架在进料口17上，封住出料口18；

步骤三：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；所述壳体1的壳体上表面(即上盖面壳体16)向壳体内部方向上设有两个向内凹陷的、用于膨胀变形的膨胀分隔部2，所述膨胀分隔部2的上面与大气相通，所述壳体1底部相通，主视图的透视表现为“凹”字形结构。即所述膨胀分隔部2将所述上盖面壳体16分隔成与大气相通的空间，所述膨胀分隔部2向壳体内延伸的侧壁可由与壳体1材质相同的金属板材中间镶嵌柔性薄膜3制成(如图4所示)，柔性薄膜3可以是平整式的膜片也可以是褶皱式的膜片，柔性薄膜3可以采用耐高温硅橡胶薄膜，柔性薄膜3与壳体1的密封可以采用胶粘或其他防腐连接方式。所述膨胀分隔部2上方设有防尘密封盖21，所述防尘密封盖21与所述上盖面壳体16在同一水平面上。所述前面壳体12与所述膨胀分隔部2贴合的部分设有用于调节所述膨胀分隔部2气压平衡的孔10。所述前面壳体12和所述后面壳体13将所述膨胀分隔部2的两侧密封(表现为：在使用时，前面壳体12是面向室内方向的，而后面壳体13是面向火墙烟道一侧的方向，因此在实际制作壳体1时，可以先将上面盖壳体16和分隔部2的侧壁通过轧制成型的方式轧制成连续的“几”型结构，然后在分隔部2的侧壁上开设用于安装柔性薄膜3的孔，再将前面壳体12与“几”型结构采用胶结的方式固定，而后面壳体13则采用耐高温胶结或焊接的方式固定，最后再将底面壳体11、左侧面壳体14和右侧面壳体15焊接固定好，完成壳体1的制作)，靠近室内一侧的所述前面壳体12上设置孔10可以平衡所述膨胀分隔部2内部的气压，使柔性薄膜3膨胀时自由张开，无气压阻力，减小对薄膜的张拉力。如图3、图4所示，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。所述壳体1上还设有吸热翅片4，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5，所述吸热翅片4和所述散热翅片5可采用翅片形式相同或不同的翅片，如波纹式或平板式翅片，靠近热源一侧的翅片为吸热翅片4，远离热源靠近室内的一侧的翅片为散热翅片5，为了减少室内热源的散热速度，也可以适当减少或不设置散热翅片5。如图5所示，所述壳体1内设有导热网6，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。所述壳体1上还设有通气孔19和与所述通气孔19相匹配的孔塞，通气孔19的设置是为了确保由膨胀分隔部2分离后的壳体的各个部分在注入相变储热材料时能保持连通的状态。

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上通气孔19的孔塞拔去，孔塞拔去后，使膨胀分隔部2分隔后的壳体1形成连通的装置；

步骤二：将漏斗架在进料口17上，封住出料口18；

步骤三：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，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，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可以自由向外变形，吸、散热翅片增加盒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)，其特征在于：所述壳体(1)的壳体表面向壳体内部方向上设有至少一个向内凹陷的、用于膨胀变形的膨胀分隔部(2)，所述膨胀分隔部(2)的侧壁或部分侧壁是由柔性薄膜(3)制成的。

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；所述膨胀分隔部(2)是从所述上盖面壳体(16)向所述底面壳体(11)方向上设置的凹陷。

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：所述膨胀分隔部(2)上方设有防尘密封盖(21)，所述防尘密封盖(21)与所述上盖面壳体(16)在同一水平面上。

4.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：所述前面壳体(12)与所述膨胀分隔部(2)贴合的部分设有用于调节所述膨胀分隔部(2)气压平衡的孔(10)。

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)上设有进料口(17)和出料口(18)。

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)上还设有吸热翅片(4)，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(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：所述壳体(1)内设有导热网(6)。

8.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)上还设有通气孔(19)和与所述通气孔(19)相匹配的孔塞。

9.根据权利要求7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(6)均采用导热耐腐蚀的金属材料制成，所述柔性薄膜(3)采用耐高温的柔性橡胶材料制成。

10.一种权利要求1-9任意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)上通气孔(19)的孔塞拔去，孔塞拔去后，使膨胀分隔部(2)分隔后的壳体(1)形成连通的装置；

步骤二：将漏斗架在进料口(17)上，封住出料口(18)；

步骤三：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。