CN104390352B - 一种基于相变蓄热箱的废热能热换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相变蓄热箱的废热能热换系统，包括相变蓄热箱组件和可移动储水箱组件，相变蓄热箱组件包括相变蓄热箱及设置在相变蓄热箱内腔中的回形废热水箱、格栅换热器、换热气囊以及相变介质石蜡；可移动储水箱包括箱体，在箱体上设置有热源入水口和热源出水口，在箱体的下端设有滚轮；所述格栅换热器出水口通过一电子排水泵连接所述储水箱热源入水口，在所述储水箱热源出水口连接微型增压泵，微型增压泵连接供暖装置。本发明能大幅度提高蓄热装置的蓄热能力，利用物质的相变来实现能量的转移，具有热交换面积大，储热量大，换热效率提高的优点，可同时使用气暖和水暖，充分回收再利用了废水热量，该装置能够实现连续蓄热和放热功能，结构简单，适用于流体废热的余热回收利用。

Description

一种基于相变蓄热箱的废热能热换系统

技术领域

本发明涉及一种废热能回收再利用技术领域，尤其涉及一种相变蓄热箱及其废热回收再利用系统。

背景技术

随着社会的发展，能源问题受到越来越多的关注，化石能源日益紧缺，能源成为制约世界经济发展的重要因素。科学家说认识新能源和正确地运用能源，就意味着认识通往未来的道路。根据现有社会经济的发展存在着资源与能源问题，所以在保证舒适、健康要求的同时，如何有效且合理地分配利用资源，减少常规能源消耗成为人们不得不面对的问题。利用相变蓄热材料进行储能，可以充分回收废热能，利用物质的相变来实现能量的转换，而现有相变储能普遍存在充放热时间长，功能单一，热交换面积和储热量小等缺点。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可回收热能的新型蓄热箱，利用相变蓄热材料进行储能，可以充分回收废热能，再利用时节能率可以达到百分之三十以上，可移动储水箱还可以利用夜间低谷价电进行蓄能，缓解电力负荷峰谷差，提高了系统的经济性，本发明能大幅度提高蓄热装置的蓄热能力，具有热交换面较大，换热效率提高的优点，可同时使用气供暖和水供暖，充分回收再利用了废水热量，该装置能够实现连续蓄热和放热功能，该装置结构简单，适用于流体废热的余热回收利用。

技术方案：为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于相变蓄热箱的废热能热换系统，其特征在于：包括相变蓄热箱组件和可移动储水箱组件，所述相变蓄热箱组件包括相变蓄热箱及设置在相变蓄热箱内腔中的回形废热水箱、格栅换热器、换热气囊以及相变介质石蜡；在所述相变蓄热箱的箱体上设有回形废热水箱入水端口、回形废热水箱出水端口、格栅换热器进水口、格栅换热器出水口、换热气囊进气口以及换热气囊出气口；所述的回形废热水箱入水端口和回形废热水箱出水端口连接在所述回形废热水箱的两端，所述格栅换热器进水口和格栅换热器出水口连接在所述格栅换热器的两端，所述换热气囊进气口和换热气囊出气口连接在所述换热气囊的两端，所述的回形废热水箱包括回形水通道和与所述回形水通道换热的换热介质腔体，所述的回形废热水箱入水端口和回形废热水箱出水端口连接在所述回形水通道上，所述的格栅换热器和换热气囊均设置在该换热介质腔体内，在所述换热介质腔体内充满了包围所述格栅换热器和换热气囊的相变介质石蜡；所述的格栅换热器由若干间隔连通的换热管组成，格栅换热器进水口连接外部冷水，格栅换热器出水口连接外部电子排水泵；所述的换热气囊内设置有蜂窝轮缓冲器，所述换热气囊进气口连接采暖房的进气风扇；所述换热气囊出气口连接采暖房的出气风扇；所述可移动储水箱包括箱体，在所述的箱体上设置有热源入水口和热源出水口，在箱体的下端设有滚轮；所述格栅换热器出水口通过一电子排水泵连接所述热源入水口，在所述热源出水口连接微型增压泵，微型增压泵连接供暖装置。

所述废热水箱入水口连接一废热水入水管的一端，废热水入水管的另一端穿过相变蓄热箱的一侧端板与外界的电子闸阀连接；所述废热水箱出水口连接一废热水出水管的一端，废热水出水管的另一端穿过相变蓄热箱另一侧端板与外界的排水阀连接，排水阀与废水处理池连接。

所述的相变蓄热箱还包括一保温壳体，在该保温壳体内也填充有相变介质石蜡。

所述的换热气囊为圆筒体结构，在圆筒体内设置有蜂窝轮缓冲器，该蜂窝轮缓冲器为间隔式阻风组件，每组缓冲器由至少三只蜂窝轮经空心轴管连接而成。

所述箱体的内桶体采用不锈钢制作，箱体的外壳采用玻璃钢制作，在内桶体和外壳之间充满保温材料。

在所述相变蓄热箱内设置有定时器和控制开关；所述控制开关的信号输出端分别与电子闸阀和电子排水阀的信号输入端连接。

在所述相变蓄热箱内设有水温传感器和温控开关，水温传感器通过温控开关控制电子排水泵的工作状态；所述水温传感器的信号输出端与温控开关的信号输入端连接，温控开关的信号输出端与电子排水泵的信号输入端连接；所述水温传感器的测量端伸入至格栅换热器内，测得格栅换热器内的水温高于或低于某一设定值时，决定开启或关闭电子排水泵。

在所述箱体内设有加热棒温度传感器、陶瓷加热棒和加热棒温控开关。

有益效果

1、本发明的相变蓄热箱适用于废热的余热回收利用，在相变蓄热箱的保温壳体内设置有气换热装置和水换热装置，根据需要相变蓄热箱既可以提供采暖房的暖气供应，也可以提供洗浴用水和日常洗涤用水。该装置能够实现连续蓄热和放热功能，适用于流体废热的余热回收利用。

2、本发明的相变蓄热箱内设置有格栅换热器，所述的格栅换热器采用导热金属制作，格栅换热器由若干间隔连通的换热管组成换热管排，换热管排扩大了换热面积，加快了换热速度。

3、本发明的新型相变蓄热箱及其废热能回收系统，还设有可移动储水箱，系统在正常工况下，可移动储水箱可以将储存的热介质直接供暖，必要时还可以利用夜间低谷价电进行蓄能，缓解电力负荷峰谷差，提高了系统的经济性。

附图说明

图1为本发明的相变蓄热箱的内部结构俯视图；

图2为本发明的相变蓄热箱的正面剖视图；

图3为本发明的格栅换热器的结构图；

图4为本发明的相变蓄热箱和可移动储水箱的外视图；

图5为本发明的智能控制盒的结构示意图。

图中：智能控制盒1、相变蓄热箱2、定时器3、回形废热水箱4、相变介质石蜡5、控制开关6、水温传感器7、温控开关8、可移动储水箱9、储水箱出水管10、第一水管道11、第二水管道12、电子进水阀13、电子排水泵14、格栅换热器15、水温控制器16、换热气囊17、蜂窝轮缓冲器18、第一气管道19、第二气管道20、微型增压风扇21、废热水入水管22、废热水出水管23、电子闸阀24、电子排水阀25、加热棒温度传感器26、陶瓷加热棒27、加热棒温控开关28、微型增压泵29。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明

如图1、2和3所示，一种基于相变蓄热箱的废热能热换系统，包括相变蓄热箱组件和移动储水箱组件，相变蓄热箱组件包括相变蓄热箱2的保温壳体，设置在保温壳体内腔中的回形废热水箱4、格栅换热器15、换热气囊17以及相变介质石蜡5；相变蓄热箱2的一侧端部设有回形废热水箱4的入水端口，另一侧端部设有回形废热水箱的出水端口；相变介质石蜡5充满了这个相变蓄热箱保温壳体的内腔，包围在回形废热水箱4、格栅换热器15和换热气囊17之间；回形废热水箱系密封式箱体，无渗漏；在回形废热水箱的外壁焊接有若干导热肋片；回形废热水箱环绕固定在相变蓄热箱保温壳体的内侧。

在相变蓄热箱2内设有格栅换热器15，格栅换热器15由若干间隔连通的换热管组成；格栅换热器的一侧上端设有进水口连有第一水管道11的一端，第一水管道11另一端连接 电子进水阀13；在格栅换热器15的另一侧下端设有出水口连有第二水管道12的一端，第二水管道12的另一端连接电子排水泵14；格栅换热器采用不锈钢薄板制作；格栅换热器的扁薄型空心换热管，扩大了换热面积。

在相变蓄热箱2内设有换热气囊17，换热气囊内设置有蜂窝轮缓冲器18，该蜂窝轮缓冲器18为间隔式阻风组件，每组缓冲器由至少三只蜂窝轮经空心轴管连接而成；在换热气囊的外壁有序焊接有若干导热翼片，翼片为空心体；空心翼片内腔与换热气囊的内腔相通；换热气囊17和翼片均采用导热金属制作；在换热气囊的一端设有进气口连有第一气管道19的一端，第一气管道19的另一端连接采暖房的进气风扇；在换热气囊的另一端设有出气口连有第二气管道20的一端，第二气管道20的另一端连接采暖房的出气风扇。

系统还设有可移动储水箱；可移动储水箱是方形箱体，箱体的内桶体采用不锈钢制作，箱体的外壳采用玻璃钢制作，在内桶体和外壳之间充满保温材料；在可移动储水箱9的底盘装有滚轮；在可移动储水箱的上端(顶部)设置有热源入水口，在储水箱的下端设有热源出水口连有储水箱出水管10的一端；储水箱出水管10的另一端连接微型增压泵29的入水端口，微型增压泵29的出水端口连接供暖装置。

第一气管道19通过进气风扇从外界(采暖房)抽入空气进入换热气囊17，经过与相变介质换热后，通入第二气管道20，经微型增压风扇21将热气流输入到外界(采暖房)。

如图3所示，在格栅换热器15的一侧上端设有进水口连有第一水管道11，在格栅换热器15的另一侧下端设有出水口连有第二水管道12；第一水管道11通过电子进水阀13从外界抽入冷水，流入格栅换热器15经过与相变介质换热后，流入第二水管道12，再经电子排水泵14流入可移动储水箱9。

如图4所示，系统还设有可移动储水箱9，可移动储水箱9是方形箱体，箱体的内桶体采用不锈钢制作，箱体的外壳采用玻璃钢制作，在内桶体和外壳之间充满保温材料；在可移动储水箱的底盘安装有滚轮；在可移动储水箱的上端(顶部)设置有热源入水口，在储水箱的下端设有热源出水口连有储水箱出水管10一端；储水箱出水管10的另一端连接微型增压泵29，微型增压泵29连接供暖装置。

如图1、2和3所示，在相变蓄热箱2内设置有回形废热水箱4；回形废热水箱4是封闭式方管箱体，无渗漏；在回形废热水箱4的外壁焊接有若干导热肋片；回形废热水箱环绕固定在相变蓄热箱2保温壳体的内侧；在回形废热水箱的一边的方形管体上设置有废热水入水口，连有废热水入水管22的一端，废热水入水管22的另一端穿过相变蓄热箱2 的保温壳体与外界的电子闸阀24连接，电子闸阀24与废热水管道连接；在回形废热水箱4的另一边的方形管体上设置有废热水出水口连有废热水出水管23的一端，废热水出水管23的另一端穿过相变蓄热箱2的保温壳体与外界的电子排水阀25连接，电子排水阀25与废水处理池连接。在相变蓄热箱的一侧外部设置有电子闸阀24；相变蓄热箱的另一侧外部设置有电子排水阀25；电子闸阀24用于回形废热水箱4的进水；电子排水阀25用于回形废热水箱的出水。

在相变蓄热箱内设置有格栅换热器15；格栅换热器为长方形箱体结构；格栅换热器由框架和若干间隔连通的换热管组成；格栅换热器的一侧设有进水口连有第一水管道11的一端，第一水管道11的另一端与外界的电子进水阀13连接；格栅换热器15的另一侧设有出水口连有第二水管道12的一端，第二水管道12的另一端与外界的电子排水泵14连接；格栅换热器采用不锈钢薄板制作；格栅换热器的扁薄型空心方管扩大了换热面积。

在相变蓄热箱内设置有换热气囊；换热气囊为圆筒体结构，在圆筒体内设置有蜂窝轮缓冲器18，该蜂窝轮缓冲器为间隔式阻风组件，每组缓冲器由至少三只蜂窝轮经空心轴管连接而成；在换热气囊17的外壁焊接有若干导热翼片；翼片为空心体；空心翼片内腔与换热气囊17的内腔连通；换热气囊17和空心翼片均采用导热金属制作；在换热气囊的一端设有进气口连有第一气管道19的一端，第一气管道19的另一端连接采暖房，在换热气囊17的另一端设有出气口连有第二气管道20的一端，第二气管道20的另一端连接微型增压风扇21，管道增压风扇连接采暖房。

如图5所示，在相变蓄热箱2保温壳体外侧上端设有智能控制盒1；在智能控制盒1内设置有定时器3连有控制开关6；定时器3根据设定读数通过控制开关6分别控制电子闸阀24和电子排水阀25的工作状态；控制开关6的信号输出端分别与电子闸阀24和电子排水阀25的信号输入端连接；电子闸阀24打开时，电子排水阀25关闭，电子排水阀打开时，电子闸阀处于关闭状态。

如图5所示，在智能控制盒1内设有水温传感器7，连有温控开关8，水温传感器7通过温控开关8控制电子排水泵14的工作状态；水温传感器7的信号输出端与温控开关8的信号输入端连接，温控开关的信号输出端与电子排水泵14的信号输入端连接；水温传感器的测量端伸入至格栅换热器15内，测得格栅换热器内的水温高于或低于某一设定值时，决定开启或关闭电子排水泵，系统正常工况下，当格栅换热器内的水温高于设定值时， 水温传感器将信号传递至温控开关，温控开关启动排水泵，排水泵工作一段时间，无水自停装置关闭排水泵。

如图3所示，格栅换热器15内设置有水位控制器16；格栅换热器15外侧进水管的一端设置有电子进水阀13；水位控制器16的信号输出端与电子进水阀13的信号输入端连接，当格栅换热器中的水量低于或者高于某一设定值时，可以自动给水或停止供水。初始状态，格栅换热器内盛满冷水，电子进水阀处于关闭状态，经过相变换热产生热介质，根据系统设定值，当电子排水泵14将换热后的热水排入可移动储水箱后，电子排水泵自动关闭，此时水位控制器16将信号传递到电子进水阀13，打开电子进水阀给格栅换热器进水，根据水位控制器的读数，一段时间后电子进水阀自动停止工作。

在可移动储水箱9的一侧外壁上端设有加热棒温度传感器26连有加热棒温控开关28；在可移动储水箱9内设有陶瓷加热棒27；加热棒温度传感器26的测量端伸入至储水箱中，测得储水箱的水温低于或高于某一设定值时将信号传递至加热棒温控开关28，加热棒温控开关决定陶瓷加热棒27的开启或关闭；加热棒温度传感器的信号输出端与加热棒温控开关28的信号输入端连接，加热棒温控开关的信号输出端与陶瓷加热棒27的信号输入端连接；在储水箱的外侧上部设置有电源开关和插座，主要用于辅助加热，保证和维持供暖系统运行的稳定性，同时还可以利用夜间低谷价电进行蓄能，缓解电力负荷峰谷差，提高系统的经济性。

系统可以在相变蓄热箱2内放置若干组相变换热气囊17，本发明中的换热气囊为一组；第一气管道19通过进气扇从外界(采暖房)抽入空气流入换热气囊，经过与相变介质换热后进入第二气管道20，经微型增压风扇21再通入排气扇将热气流输入到外界(采暖房)。

相变蓄热箱是整个废热能回收利用系统的重要部分，在相变蓄热箱内设置有气换热装置和水换热装置，为了保证气换热装置的供暖效果，系统在换热气囊内设有蜂窝轮缓冲器，从而使进入换热气囊的气体形成曲线流向，相对延长流程，达到充分换热的目的，为了将换热后的暖气迅速输送到采暖房，系统在换热气囊的出气端安装有管道增压风扇，为了避免热介质与外界形成二次换热，系统所用气管道，外露管道、入墙管道的外壁均包覆有保温材料；气供暖装置的第一气管道的进气端口和第二气管道的出气端口均安装在同一采暖房。

为了保证水换热装置的供暖效果，系统将格栅换热器的换热管设计成扁薄型空心管，从而扩大了换热面积，使通入格栅换热器的冷水能够充分快速的换热，换热后的热介质经 电子排水泵输送到可移动储水箱，根据实际采暖需要可提供直接供暖(洗浴或日常用水)或间接供暖，可通过采用管道分水器和管道集水器提供若干水暖散热器或超导液散热器供暖。

Claims (8)

1.一种基于相变蓄热箱的废热能热换系统，其特征在于：包括相变蓄热箱组件和可移动储水箱组件，所述相变蓄热箱组件包括相变蓄热箱（2）及设置在相变蓄热箱（2）内腔中的回形废热水箱（4）、格栅换热器（15）、换热气囊（17）以及相变介质石蜡（5）；在所述相变蓄热箱（2）的箱体上设有回形废热水箱入水端口、回形废热水箱出水端口、格栅换热器进水口、格栅换热器出水口、换热气囊进气口以及换热气囊出气口；所述的回形废热水箱入水端口和回形废热水箱出水端口连接在所述回形废热水箱的两端，所述格栅换热器进水口和格栅换热器出水口连接在所述格栅换热器的两端，所述换热气囊进气口和换热气囊出气口连接在所述换热气囊的两端；所述的回形废热水箱（4）包括回形水通道和与所述回形水通道换热的换热介质腔体，所述的回形废热水箱入水端口和回形废热水箱出水端口连接在所述回形水通道上，所述的格栅换热器（15）和换热气囊（17）均设置在该换热介质腔体内，在所述换热介质腔体内充满了包围所述格栅换热器（15）和换热气囊（17）的相变介质石蜡（5）；所述的格栅换热器（15）由若干间隔连通的换热管组成，栅换热器进水口连接外部冷水；所述的换热气囊（17）内设置有蜂窝轮缓冲器（18），所述换热气囊进气口连接采暖房的进气风扇；所述换热气囊出气口连接采暖房的出气风扇；所述可移动储水箱组件包括箱体，在所述的箱体上设置有热源入水口和热源出水口，在箱体的下端设有滚轮；所述格栅换热器出水口通过一电子排水泵（14）连接所述热源入水口，在所述热源出水口连接微型增压泵（29），微型增压泵（29）连接供暖装置。

2.根据权利要求1所述的基于相变蓄热箱的废热能热换系统，其特征在于：所述废热水箱入水口连接一废热水入水管（22）的一端，废热水入水管（22）的另一端穿过相变蓄热箱（2）与外界的电子闸阀（24）连接；所述废热水箱出水口连接一废热水出水管（23）的一端，废热水出水管（23）的另一端穿过相变蓄热箱与外界的排水阀（25）连接，排水阀与废水处理池连接。

3.根据权利要求1所述的基于相变蓄热箱的废热能热换系统，其特征在于：所述的换热气囊（17）为圆筒体结构，在圆筒体内设置有蜂窝轮缓冲器（18），该蜂窝轮缓冲器为间隔式阻风组件，每组缓冲器由至少三只蜂窝轮经空心轴管连接而成。

4.根据权利要求1所述的基于相变蓄热箱的废热能热换系统，其特征在于：所述的相变蓄热箱还包括一保温壳体，在该保温壳体内也填充有相变介质石蜡。

5.根据权利要求1所述的基于相变蓄热箱的废热能热换系统，其特征在于：所述可移动储水箱的内桶体采用不锈钢制作，箱体的外壳采用玻璃钢制作，在内桶体和外壳之间充满保温材料。

6.根据权利要求1所述的基于相变蓄热箱的废热能热换系统，其特征在于：在所述相变蓄热箱（2）外侧上端设有智能控制盒（1），在该智能控制盒内设置有定时器（3）和控制开关（6）；所述控制开关的信号输出端分别与电子闸阀（24）和电子排水阀（25）的信号输入端连接。

7.根据权利要求6所述的基于相变蓄热箱的废热能热换系统，其特征在于：在所述智能控制盒内还设有水温传感器（7）和温控开关（8），水温传感器（7）通过温控开关（8）控制电子排水泵（14）的工作状态；所述水温传感器的信号输出端与温控开关的信号输入端连接，温控开关的信号输出端与电子排水泵的信号输入端连接；所述水温传感器的测量端伸入至格栅换热器（15）内，测得格栅换热器内的水温高于或低于某一设定值时，决定开启或关闭电子排水泵。

8.根据权利要求1所述的基于相变蓄热箱的废热能热换系统，其特征在于：在所述可移动储水箱内设有加热棒温度传感器（26）、陶瓷加热棒（27）和加热棒温控开关（28）。