CN104896565A - 恒温放热蓄热装置 - Google Patents

Abstract

恒温放热蓄热装置，属于太阳能蓄热领域。解决了现有储热装置不能同时兼顾放热均匀和结构简单的问题。它包括保温箱体、鹅卵石蓄热层和相变蓄热层，保温箱体具有上开口结构，且保温箱体的一个侧面的底部设有一个空气入口阀门，且与上述侧面相对设置的保温箱体的另一个侧面的上部开设有一个空气出口阀门，鹅卵石蓄热层铺设在保温箱体内，在鹅卵石蓄热层上设有相变蓄热层，且该相变蓄热层包括两层混凝土层和一层相变材料层，相变材料层位于两层混凝土层中间，鹅卵石蓄热层为上、下两层，鹅卵石蓄热层的上、下两层厚度比例为4:15到3:10之间。本发明主要用于对太阳能进行蓄热。

Description

恒温放热蓄热装置

技术领域

本发明属于太阳能蓄热领域。

背景技术

太阳能建筑采暖的关键问题在于白天能量的蓄积与夜晚能量的释放，这常常需要蓄热材料。

现有储热方式主要分为两种：显热蓄热、相变蓄热。

显热蓄热具有成本低廉、材料易得的优势，但是存在输入和输出热量时的温度变化范围大、热流不稳定、需要复杂的调节和控制装置的问题。

相变储热具有恒温放热、热流稳定以及蓄热密度大、热量储存时间长等优势，但是成本高于显热储热，且结构复杂。

现有鹅卵石蓄热装置，存在输入和输出热量时的温度变化范围大、热流不稳定、需要复杂的调节和控制装置的问题。

发明内容

本发明是为了解决现有储热装置不能同时兼顾放热均匀和结构简单的问题，本发明提供了一种恒温放热蓄热装置。

恒温放热蓄热装置，它包括保温箱体、鹅卵石蓄热层和相变蓄热层，

所述的保温箱体具有上开口结构，且保温箱体的一个侧面的底部设有一个空气入口阀门，且与上述侧面相对设置的保温箱体的另一个侧面的上部开设有一个空气出口阀门，

鹅卵石蓄热层铺设在保温箱体内，

在鹅卵石蓄热层上设有相变蓄热层，且该相变蓄热层包括两层混凝土层和一层相变材料层，相变材料层位于两层混凝土层中间，

鹅卵石蓄热层为上、下两层，

鹅卵石蓄热层的上、下两层厚度比例为4:15到3:10之间，且鹅卵石蓄热层的上层鹅卵石的铺设孔隙率为大于0.15且小于0.25、粒径大于15mm且小于20mm，

鹅卵石蓄热层的下层鹅卵石的铺设孔隙率为大于0.35且小于0.55、粒径大于35mm且小于55mm。

所述的相变蓄热层采用混凝土与相变材料混合实现。

所述的恒温放热蓄热装置，它还包括多个导热通风管，且多个导热通风管垂直固定在保温箱体底部，多个导热通风管均匀排布，

每个导热通风管的高度与鹅卵石蓄热层的厚度相同，

每个导热通风管上均设有多个通风孔。

所述的多个导热通风管均匀排布，所形成的图形为矩形。

相邻的两个导热通风管的中心距为1000mm。

所述的多个导热通风管中每3个导热通风管所形成的图形为正三角形，且所述的3个导热通风管两两相邻。

所述的正三角形的边长为1000mm。

导热通风管采用2mm厚的铁皮制成。

所述的相变材料层采用石蜡、无机水合盐、脂肪酸或聚乙烯实现，且所述的无机水合盐为十水硫酸钠或六水氯化钙。

放热实验效果如图6和图7所示，从图6可以看出鹅卵石放热不稳定，从图7可看出，但本发明在58℃附近出现温度平台，相变材料恒温放热。

本发明将廉价易得的鹅卵石显热蓄热材料铺放在蓄热层下部，上部覆盖一层相变蓄热材料。白天，鹅卵石温度过高时，相变材料吸收热能；晚上，温度降低，鹅卵石和相变材料释放热能，维持室内气温平衡。

本发明带来的有益效果是，本发明所述的恒温放热蓄热装置具有结构简单与放热均匀同时兼具的优点，采用廉价易得的鹅卵石和恒温放热的相变材料组合使用，实现了太阳能的储存及稳定释放；装置节约能源、结构简单、初期投资比只用相变材料的蓄热装置少但效果等同、运行成本低40％～60％，可广泛应用于低密度人口地区的民宅太阳能采暖、太阳能种植蔬菜花卉等，有改善室内环境、节约能源的双重意义。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的恒温放热蓄热装置的结构示意图；

图2为具体实施方式二所述的恒温放热蓄热装置的结构示意图；

图3为具体实施方式三所述的恒温放热蓄热装置的结构示意图；

图4为具体实施方式四所述的多个导热通风管的横向截面示意图；

图5为具体实施方式六所述的多个导热通风管的横向截面示意图；

图6为现有鹅卵石蓄热装置的放热曲线图；

图7为本发明所述的恒温放热蓄热装置的放热曲线图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的恒温放热蓄热装置，它包括保温箱体1、鹅卵石蓄热层3和相变蓄热层，

所述的保温箱体1具有上开口结构，且保温箱体1的一个侧面的底部设有一个空气入口阀门2，且与上述侧面相对设置的保温箱体1的另一个侧面的上部开设有一个空气出口阀门4，

鹅卵石蓄热层3铺设在保温箱体1内，

在鹅卵石蓄热层3上设有相变蓄热层，且该相变蓄热层包括两层混凝土层5和一层相变材料层6，相变材料层6位于两层混凝土层5中间，

鹅卵石蓄热层3为上、下两层，

鹅卵石蓄热层3的上、下两层厚度比例为4:15到3:10之间，且鹅卵石蓄热层3的上层鹅卵石的铺设孔隙率为大于0.15且小于0.25、粒径大于15mm且小于20mm，

鹅卵石蓄热层3的下层鹅卵石的铺设孔隙率为大于0.35且小于0.55、粒径大于35mm且小于55mm。

本实施方式中，下层的混凝土层5起到支撑相变材料层6及其上层的混凝土层5作用。

鹅卵石蓄热层3的上层鹅卵石主要为热传导形式传热。

鹅卵石蓄热层3的下层鹅卵石主要为热对流方式传热。

日照充足时空气入口阀门2和空气出口阀门4打开，被太阳能空气集热器加热后的空气从空气入口阀门2进入鹅卵石蓄热层3，加热鹅卵石，通过空气出口阀门4流出。鹅卵石蓄热层3加热相变材料层6，相变材料层6再放热给室内供暖，多余的热量储存起来。

日照不足时，空气入口阀门2和空气出口阀门4闭，无空气流动。鹅卵石蓄热层3和相变材料层6同时供暖。

理论计算：

哈尔滨某年一月份太阳辐射强度如下表：

表1 哈尔滨1月逐时太阳辐射强度(W/m²)

日总量1728.04W/m²，辐射集热面积假定为200m²。

将每小时太阳辐射量加和，计算得太阳日总辐射量为：

1728.04×3600＝1.24×10⁶kJ，

建筑面积大于120m²的农宅户均供热能耗均值为2674kgce/a(7.84×10⁸kJ/a)。假定农户住宅面积为150m²，供暖天数为180天，则住宅单日耗能为：

$\frac{7.84\×{10}^8}{180}=4.35\×{10}^5\mathrm{kJ},$

所以，冬季太阳能完全可以满足农户的供暖需求。

根据市场调研，黑龙江省哈尔滨市的鹅卵石价格为140元/吨(含运费)。根据大庆石化的最新报价，58号石蜡的价格为8200元/吨。

石蜡作为储热材料：根据上述实验所测，58号石蜡的蓄热密度为189.51kJ/kg。所以，石蜡提供单位热量的成本为：

总花费为：

4.35×10⁵kJ×0.043＝18822元，

鹅卵石作为储热材料：鹅卵石的比热容为0.78kJ/(kg·℃)。假设鹅卵石在供热过程中温度升高了20℃，则鹅卵石提供单位热量的成本为：

若用鹅卵石为储热材料，花费为：

4.35×10⁵kJ×0.009＝3910元。

所以，鹅卵石作为太阳能建筑储热材料，其经济性远远高于相变材料，节省79.23％的初期投资费用。鹅卵石加上相变材料进行调温，比纯相变材料成本降低40％～60％。

具体实施方式二：参见图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的恒温放热蓄热装置的区别在于，所述的相变蓄热层采用混凝土与相变材料混合实现。

本实施方式中，所述的相变蓄热层起到支撑与蓄热的作用。

具体实施方式三：参见图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的恒温放热蓄热装置的区别在于，它还包括多个导热通风管9，且多个导热通风管9垂直固定在保温箱体1底部，多个导热通风管9均匀排布，

每个导热通风管9的高度与鹅卵石蓄热层3的厚度相同，

每个导热通风管9上均设有多个通风孔。

本实施方式中，通风孔沿导热通风管9侧壁的圆周方向均匀排列，且其截面上等距四个通风孔，每个通风孔的直径为大于8mm且小于10mm，沿导热通风管9的轴向方向的上下两个通风孔的中心距离为大于55mm且小于75mm。

本实施方式中，加装导热通风管9既有利于传热、降低通风阻力，还可以作为蓄热层的结构支撑材料。

具体实施方式四：参见图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的恒温放热蓄热装置的区别在于，所述的多个导热通风管9均匀排布，所形成的图形为矩形。

本实施方式中，多个导热通风管9的排布方式，更加利于均匀散热。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四所述的恒温放热蓄热装置的区别在于，相邻的两个导热通风管9的中心距为1000mm。

具体实施方式六：参见图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的恒温放热蓄热装置的区别在于，所述的多个导热通风管9中每3个导热通风管9所形成的图形为正三角形，且所述的3个导热通风管9两两相邻。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六所述的恒温放热蓄热装置的区别在于，所述的正三角形的边长为1000mm。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三所述的恒温放热蓄热装置的区别在于，导热通风管9采用2mm厚的铁皮制成。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一所述的恒温放热蓄热装置的区别在于，所述的相变材料层6采用石蜡、无机水合盐、脂肪酸或聚乙烯实现，且所述的无机水合盐为十水硫酸钠或六水氯化钙。

Claims (9)

1.恒温放热蓄热装置，其特征在于，它包括保温箱体(1)、鹅卵石蓄热层(3)和相变蓄热层，

所述的保温箱体(1)具有上开口结构，且保温箱体(1)的一个侧面的底部设有一个空气入口阀门(2)，且与上述侧面相对设置的保温箱体(1)的另一个侧面的上部开设有一个空气出口阀门(4)，

鹅卵石蓄热层(3)铺设在保温箱体(1)内，

在鹅卵石蓄热层(3)上设有相变蓄热层，且该相变蓄热层包括两层混凝土层(5)和一层相变材料层(6)，相变材料层(6)位于两层混凝土层(5)中间，

鹅卵石蓄热层(3)为上、下两层，

鹅卵石蓄热层(3)的上、下两层厚度比例为4:15到3:10之间，且鹅卵石蓄热层(3)的上层鹅卵石的铺设孔隙率为大于0.15且小于0.25、粒径大于15mm且小于20mm，

鹅卵石蓄热层(3)的下层鹅卵石的铺设孔隙率为大于0.35且小于0.55、粒径大于35mm且小于55mm。

2.根据权利要求1所述的恒温放热蓄热装置，其特征在于，所述的相变蓄热层采用混凝土与相变材料混合实现。

3.根据权利要求1所述的恒温放热蓄热装置，其特征在于，它还包括多个导热通风管(9)，且多个导热通风管(9)垂直固定在保温箱体(1)底部，多个导热通风管(9)均匀排布，

每个导热通风管(9)的高度与鹅卵石蓄热层(3)的厚度相同，

每个导热通风管(9)上均设有多个通风孔。

4.根据权利要求3所述的恒温放热蓄热装置，其特征在于，所述的多个导热通风管(9)均匀排布，所形成的图形为矩形。

5.根据权利要求4所述的恒温放热蓄热装置，其特征在于，相邻的两个导热通风管(9)的中心距为1000mm。

6.根据权利要求3所述的恒温放热蓄热装置，其特征在于，所述的多个导热通风管(9)中每3个导热通风管(9)所形成的图形为正三角形，且所述的3个导热通风管(9)两两相邻。

7.根据权利要求6所述的恒温放热蓄热装置，其特征在于，所述的正三角形的边长为1000mm。

8.根据权利要求3所述的恒温放热蓄热装置，其特征在于，导热通风管(9)采用2mm厚的铁皮制成。

9.根据权利要求1所述的恒温放热蓄热装置，其特征在于，所述的相变材料层(6)采用石蜡、无机水合盐、脂肪酸或聚乙烯实现，且所述的无机水合盐为十水硫酸钠或六水氯化钙。