CN104390256A - 一种新型相变蓄热供暖装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型相变蓄热供暖装置，包括相变蓄热模块、水箱、风机、换热器和保温层。相变蓄热模块由电加热器、相变蓄热材料构成，相变蓄热模块里填装一定量的相变材料，电加热装置安装固定在箱体内的空腔里，并内置在相变材料中。本发明装置利用相变材料将不稳定的电能持续的存储起来，然后稳定的输出，使电能得到更加高效的利用，起到连续供应热水的作用。本发明装置通过循环空气带走相变材料蓄积的热量，再将其传递给换热器中的冷水，从而避免了相变蓄热模块与换热水直接接触，避免冷水被污染的危险。相变蓄热模块通过相同尺寸的卡槽固定在底座上，可以灵活控制蓄热模块的数量，从而调节其蓄热功率。本发明具有模块化组装，维护方便，效率高，成本低，投资少，占地空间小等优点。

Description

一种新型相变蓄热供暖装置

技术领域

本发明涉及相变蓄热节能领域，具体涉及一种具有加热、蓄热、供热水功能的新型相变蓄热供暖装置，该装置采用相变蓄热原理，工艺上将换热水管与蓄热模块分开的加热模式，利用蓄热箱体的模块化设置，从而便于供暖装置的制作与维护。

背景技术

随着经济的不断发展以及能源的大量消耗，节能已经成为全球关注的话题。太阳能、风能、地热能等清洁可再生能源和工业余热、废热的回收利用已经成为各国研究开发的重点。然而这些能源所具有的间断性和不稳定性使其利用效率低下，浪费现象严重。

蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，可用于解决热能供给与需求失配的矛盾，在太阳能利用、电力“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，是世界范围内的研究热点。

现在大多数的工厂应用的热水供应设备以及北方建筑冬天的供暖系统都以煤为主要能量来源。我国虽然煤资源总量丰富，但是中国人口众多，对煤的需求量也很大。煤为非可再生能源，并非用之不竭，取之不尽。除此之外，煤中含有大量的硫成分，其燃烧会产生二氧化硫，而二氧化硫是酸雨的主要来源，对环境危害十分严重；并且煤的燃烧也会产生大量的二氧化碳、粉尘等物质，前者是导致全球变暖的主要物质，后者则会危害人类身体健康。

而现在家庭、学生宿舍以及公司公寓等使用的热水器大部分为电热水器或是太阳能热水器。电热水器虽然方便，但是水的加热过程需要一段时间，所以在急需热水时十分不便。太阳能热水器则受季节、地域、天气等因素影响，变得十分不稳定。

基于以上热水器的种种不足，有的公司开发了一些蓄热设备，例如电油汀。但是，电油汀使用的蓄热物质为导热油，其以显热方式储存热量，与相变蓄热材料的潜热蓄热方式相比，不仅蓄热密度低，而且导热油亦存在不安全隐患。

发明内容

根据既有的供暖装置的缺陷，本发明的目的在于提出一种新型相变蓄热供暖装置。该装置将相变蓄热材料单独封装，不与换热水管接触，这样就避免了蓄热材料的腐蚀所带来的危害。并且将换热水箱单独设置，通过冷空气气流带走相变材料蓄积的热量，在换热器中将热量传递给冷水管，以达到给水加热目的。

本发明提出的一种新型相变蓄热供暖装置，由保温层1、金属外壳2、相变蓄热模块3、相变蓄热材料4、电极5、 电加热丝6、金属肋片7、冷水加热器8、进水管 9、出水管10、循环水泵11、补水管12、风机13、蓄水箱14和固定支架15构成，其中：保温层1外侧包裹有金属外壳2，保温层1内平行布置有若干个相变蓄热模块3，若干个相变蓄热模块3和保温层1内壁之间留有外风道15，每个相变蓄热模块3内装有相变蓄热材料4，并内置电加热丝6，所述电加热丝6通过电极5连接电源；保温层1底部设有带若干个卡槽的固定支架15，每个相变蓄热模块3固定于相应的卡槽上；相邻的相变蓄热模块3之间有留有间隙，为空气通道，相变蓄热模块3外壁上分布有金属肋片7；冷水加热器8位于相变蓄热模块3一侧，且固定于固定支架15上，冷水加热器8通过进水管9和出水管10分别与蓄水箱14相连，进水管9上连有补水管12，出水管10上装有循环水泵11；风机13安装于冷水加热器8一侧，且风机13进风口冷水加热器8侧的风口处，为冷热空气的循环提供动力；工作时，开启循环水泵11，冷水通过补水管12，进水管9和出水管10进入蓄水箱14；外接电源连接电极5，使电加热丝6加热，相变蓄热模块3中的相变蓄热材料4蓄积热量；开启风机13，冷风通过外风道15进入相变蓄热模块3之间的空气通道，金属肋片7将热量传递给冷空气，然后加热成热空气后到达冷水加热器8，给水加热。

本发明中，固定支架15上、下、左、右四个用金属面板将若干个相变蓄热模块3和冷水加热器封装，只保留固定支架前、后空气出口风道。

本发明中，固定支架15和保温层1之间留有空隙。

本发明中，金属外壳2内壁有一层较厚的保温层1，该保温层耐高温，能够有效的避免热量的散失，提高能源利用效率。

本发明中，相变蓄热材料4封装在相变蓄热模块3中，不仅便于拆卸与安装。还可以根据实际需要选择相变蓄热模块的数量，对整个蓄热装置的功率做到了可控可调。

本发明中，相变蓄热模块3周围装有金属肋片7，其可以强化蓄热模块与空气之间的换热性能，除此之外，该所述肋片7有一定的倾斜角度，可以保证了空气高效换热。

本发明中，冷水加热器8采用翅片换热，换热效率高，能够使热空气和来自进水管9的冷水进行快速的热量传递，提高装置效率。

本发明中，风机13有电机和叶片两部分组成，叶片在保温层内部，电机在金属壳外部，两者通过轴杆连接。

本发明与现有广泛使用的热水供应设备相比，其特点及优势在于：

（1）    该一种新型相变蓄热供暖装置，蓄热材料使用的是相变蓄热材料，而不是传统的油、金属等其他材料。此类相变蓄热材料利用其相态的变化来达到蓄放热的目的，并且蓄放热过程近似于等温过程。

（2）    该一种新型相变蓄热供暖装置，换热水管与蓄热材料分离，这样可以有效的避免大部分相变蓄热材料所具有的腐蚀性，延长系统使用寿命。

（3）    该一种新型相变蓄热供暖装置，可以将不连续的，不稳定的太阳能、风能等以相变潜热的方式储存在相变蓄热材料中，单位体积蓄热量比显热方式多。

（4）    该一种新型相变蓄热供暖装置，相变蓄热材料封装在蓄热模块中，这种模块化的结构可以直接插在具有卡槽的装置底板上。这种设计便于整个装置的运输与安装，而且还能够做到根据实际需要选择使用的蓄热模块数量，方便安装。

（5）    该一种新型相变蓄热供暖装置，风机有电机和叶片两部分组成，叶片在保温层内部，电机在金属壳外部，两者通过轴杆连接，这样可以保证电机不受保温层内部的高温空气影响。

附图说明

图1本发明一种新型相变蓄热供暖装置整体结构示意图。

图中标号：1保温层，2金属外壳，3相变蓄热模块，4相变蓄热材料，5电极，6电加热丝， 7金属肋片，8冷水加热器，9进水管，10出水管，11循环水泵，12补水管，13风机，14蓄水箱，15固定支架。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图1和发明人依本发明技术方案所完成的具体实例，对本发明作进一步地描述。

实施例1：一种新型相变蓄热供暖装置的运行过程，如图1所示，所述装置由保温层1、金属外壳2、相变蓄热模块3、冷水加热器8、进水管 9、出水管10、循环水泵11、补水管12、风机13、蓄水箱14、固定支架15组成。相变蓄热模块3由内装有相变蓄热材料4，内置电加热丝6，连接电源的电极5以及封装蓄热整体的带有金属肋片的外壳7组成。保温层1底部带有多个卡槽的固定支架15，每一个相变蓄热模块3可以固定在设计好的卡槽上，固定支架15可以放置多个相变蓄热模块3，相变蓄热模块3之间有留有空气通过的风道。冷水加热器8通过进水管9和出水管10与单独设置的蓄水箱14相连，进水管9上连有补水管12，出水管10上装有水泵11。冷水加热器8固定在固定支架15上，固定支架15上下左右面用金属面板将若干个相变蓄热模块3以及冷水加热器8封装，只保留前后空气出口风道。固定支架15与保温层1之间留有一定距离的空隙，金属外壳2与固定支架15之间安装风机13，风机地3进风口位置置于靠近冷水加热器8侧的固定支架15风口处。在装置的底座上设有带卡槽的面板，固定相变蓄热模块3，并且可以简单实现其模块化，使其使用灵活高效。相变蓄热模块3包括内部的相变蓄热材料4、内置在相变蓄热模块内部并内置在相变蓄热材料中的电加热丝6、连接外接电源的电极5和外部金属肋片7组成。相变蓄热材料4利用其相变蓄热特性将来自太阳能、风能等其他不稳定的电能以热量的形式蓄积起来，再以热量的形式稳定的输出。冷空气气流在风机13的作用下，从外风道穿过，然后沿着相变蓄热模块3之间的热空气通道回流，带走相变蓄热材料蓄积的热量，传递给冷水加热器8。冷水加热器8的进水管 9和出水管10与蓄水箱14连接，进水管上连有补水管12，补充冷水，出水管上连接有一循环水泵11，可以保证蓄水箱中水的循环动力。为了防止热量的损失，在相变蓄热模块组整体外侧置有保温层1；在保温层1与蓄热模块3之间留有多条让空气流通的通道，供空气气流能够循环流动。

来自于发电设备的不连续或不稳定的电能通过连接电极5传递给电加热丝6，然后再将电能以热能的形式传递给包裹在相变蓄热模块3中的相变蓄热材料4，相变蓄热材料4由固态逐渐变为液态，使热能主要以潜热形式储存在相变蓄热材料内。经过一定时间后，固态相变蓄热材料4完全转化为液态时可以实现热量存储的最大化。在蓄热的过程中，启动风机13，冷空气气流在风机13的作用下，从外风道穿过，然后沿着相变蓄热模块3之间的热空气通道回流，带走相变蓄热材料蓄积的热量，传递给冷水加热器8。在冷水加热器8内部，来自相变蓄热模块3空气通道的热空气将热量传递给来自进水管9的冷水，然后在循环水泵11的驱动下，通过出水管10进入蓄水箱14中。当蓄热材料放出部分热量后，换热单元管外壁面的液体逐渐凝固，随着放热量的增加，相变蓄热材料由液态渐变为固态，待全部转变为固态后，不再释放热量。由于箱体外侧设有保温层1，可以较长时间保持蓄热箱体及空气气流中的热量不散失。在实际的运行中，通过控制电加热丝6和风机13的运行，可以对蓄热放热过程进行调控，并且可以控制蓄放热程度，实现电能、固液相变蓄热材料与水的热能之间的高效换热。

本发明未涉及部分及蓄热换热装置的具体结构等均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种新型相变蓄热供暖装置，由保温层(1)、金属外壳(2)、相变蓄热模块(3)、相变蓄热材料(4)、电极(5)、电加热丝(6)、金属肋片(7)、冷水加热器(8)、进水管 (9)、出水管(10)、循环水泵(11)、补水管(12)、风机(13)、蓄水箱(14)和固定支架(15)构成，其特征在于：保温层(1)外侧包裹有金属外壳(2)，保温层(1)内平行布置有若干个相变蓄热模块(3)，若干个相变蓄热模块(3)和保温层(1)内壁之间留有外风道(15)，每个相变蓄热模块(3)内装有相变蓄热材料(4)，并内置电加热丝(6)，所述电加热丝(6)通过电极(5)连接电源；保温层(1)底部设有带若干个卡槽的固定支架(15)，每个相变蓄热模块(3)固定于相应的卡槽上；相邻的相变蓄热模块(3)之间有留有间隙，为空气通道，相变蓄热模块(3)外壁上分布有金属肋片(7)；冷水加热器(8)位于相变蓄热模块(3)一侧，且固定于固定支架(15)上，冷水加热器(8)通过进水管(9)和出水管(10)分别与蓄水箱(14)相连，进水管(9)上连有补水管(12)，出水管(10)上装有循环水泵(11)；风机(13)安装于冷水加热器(8)一侧，且风机(13)进风口冷水加热器(8)侧的风口处，为冷热空气的循环提供动力；工作时，开启循环水泵(11)，冷水通过补水管(12)，进水管(9)和出水管(10)进入蓄水箱(14)；外接电源连接电极(5)，使电加热丝(6)加热，相变蓄热模块3中的相变蓄热材料(4)蓄积热量；开启风机(13)，冷风通过外风道(15)进入相变蓄热模块(3)之间的空气通道，金属肋片(7)将热量传递给冷空气，然后加热成热空气后到达冷水加热器(8)，给水加热。

2.根据权利要求1所述的新型相变蓄热供暖装置，其特征在于固定支架(15)上、下、左、右四个用金属面板将若干个相变蓄热模块(3)和冷水加热器封装，只保留固定支架前、后空气出口风道。

3.根据权利要求1所述的新型相变蓄热供暖装置，其特征在于固定支架(15)和保温层(1)之间留有空隙。