CN105066232A - 一种利用毛细管在相变材料中流动换热的蓄热结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用毛细管在相变材料中流动换热的蓄热结构，它包含壳体(1)，该壳体(1)整体为长方体的盒状结构，其内侧设置有一圈保温层(2)，所述的壳体(1)内安装有对角布置的进水静压箱(3)和出水静压箱(4)，所述进水静压箱(3)的出水端密封安装有数条等距排列的第一毛细主管(6)，所述出水静压箱(4)的进水端密封安装有数条与第一毛细主管(6)相对应的第二毛细主管(9)。本发明结构简单，散热效果理想，通过利用这一蓄热系统，可以在晚间谷电时使用污水源热泵制备热水，一部分供热，一部分蓄热，并在白天释放，不仅利用了可再生能源，而且降低了运行费用。

Description

一种利用毛细管在相变材料中流动换热的蓄热结构

技术领域

本发明涉及一种利用相变材料进行蓄热的系统，具体涉及到相变储能与建筑供热领域。

背景技术

通过使用相变储能装置可以较好的解决能量在时间和空间上不匹配的问题，达到优化能源利用的目的，比如：利用相变储能蓄存太阳能、蓄存晚间谷电、谷电驱动热泵产生的热能、工业废热等达到节能或节钱的目的。但是，相变材料的封装成本一般较高，严重影响相变储能技术推广。因此，有必要采用使用既简单又有效的途径实现具有性价比的相变蓄热系统。已有的专利(申请号：2013104980042)在壳体内封装相变蓄热材料，封装壳体内布置安装毛细管网流动换热，是一种很好的单层蓄热形式，但是只适合用于炕面板等小型蓄热场合，对于大规模的蓄热系统而言，需要有新的多层蓄热形式的设计方案。

发明内容

本发明目的是提供一种利用毛细管在相变材料中流动换热的蓄热结构，它能有效地解决背景技术中所存在的问题。

为了解决背景技术中所存在的问题，它包含壳体1，该壳体1整体为长方体的盒状结构，其内侧设置有一圈保温层2，所述的壳体1内安装有对角布置的进水静压箱3和出水静压箱4，所述进水静压箱3的出水端密封安装有数条等距排列的第一毛细主管6，所述出水静压箱4的进水端密封安装有数条与第一毛细主管6相对应的第二毛细主管9，位于同一列的第一毛细主管6与第二毛细主管9之间通过数根等距排列的毛细管7连通，所述的毛细管7之间填充有相变材料8。

所述的进水静压箱3截面为正方形结构，其断面的边长为第一毛细主管6直径的4-6倍。

所述的出水静压箱4截面为正方形结构，其断面的边长为第二毛细主管9直径的4-6倍。

所述的第一毛细主管6通过密封圈5与进水静压箱3密封连接。

所述的第二毛细主管9通过密封圈5与出水静压箱4密封连接。

所述的相变材料8为相变温度在46℃左右的46号石蜡。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：结构简单，散热效果理想，通过利用这一蓄热系统，可以在晚间谷电时使用污水源热泵制备热水，一部分供热，一部分蓄热，并在白天释放，不仅利用了可再生能源，而且降低了运行费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A向剖视图；

图3是图1的B-B向剖视图；

图4是实施例3中蓄热0.5小时的热能分布图；

图5是实施例3中蓄热1小时的热能分布图；

图6是实施例3中蓄热2小时的热能分布图；

图7是实施例3中放热0.5小时的热能分布图；

图8是实施例3中放热1小时的热能分布图；

图9是实施例3中放热2小时的热能分布图；

图10是实施例3中放热3小时的热能分布图；

图11是实施例3中放热4小时的热能分布图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

参看图1-3，一种利用毛细管在相变材料中流动换热的蓄热结构，至少包含一块壳体1，该壳体1整体为长方体的盒状结构，其内侧设置有一圈保温层2，所述的壳体1内安装有对角布置的进水静压箱3和出水静压箱4，所述进水静压箱3的出水端密封安装有数条等距排列的第一毛细主管6，所述出水静压箱4的进水端密封安装有数条与第一毛细主管6相对应的第二毛细主管9，位于同一列的第一毛细主管6与第二毛细主管9之间通过数根等距排列的毛细管7连通，所述的毛细管7之间填充有相变材料8。

所述的进水静压箱3截面为正方形结构，其断面的边长为第一毛细主管6直径的4-6倍。

所述的出水静压箱4截面为正方形结构，其断面的边长为第二毛细主管9直径的4-6倍。

所述的第一毛细主管6通过密封圈5与进水静压箱3密封连接。

所述的第二毛细主管9通过密封圈5与出水静压箱4密封连接。

所述的相变材料8为相变温度在46℃左右的46号石蜡。

实施例2

首先建造壳体1与保温层2，可以做成钢筋混凝土的结构或者不锈钢结构，建造时通过如图1的方式预留进水静压箱3和出水静压箱4，在水箱中排布由第一毛细主管6，第二毛细主管9和毛细管7所组成的毛细管网，毛细管网中的第一毛细主管6插入到进水静压箱3内，第二毛细主管9插入到出水静压箱4内，如果毛细管7过长，中间可以拉线进行支撑。在晚间谷电时段(一般晚上11点-次日6点)，谷电驱动热泵制备热水进入毛细管7，通过对流和导热的形式将热量蓄存在相变材料8中，相变材料8开始发生由固态向液态转变的相变过程，这一阶段通过相变材料的相变潜热蓄热；在白天时段，温度低的用户回水从进水静压箱进入，也通过对流和导热的形式提取相变材料中的热量，相变材料开始发生由液态向固态转变的相变过程，这一阶段通过相变材料的相变潜热放热。

实施例3

假设相变蓄热系统的周围保温理想，不存在热损失，根据对称结构原理，只需要模拟一根毛细管7与周围相变材料的换热，即可以反应整体相变蓄热系统的性能。

模拟使用CFD的融化-凝固模型，模拟条件如下：

(1)毛细管直径4mm，长度为6m，相变材料导热系数0.2W/(mK)；

(2)周边绝热；

(3)初始温度42℃；

(4)蓄热时进口水温为50℃(模拟地暖供水温度)；

(5)蓄热时进口水温为38℃(模拟地暖回水温度)；

模拟结果参看图4-11(液相率，液相率可以反映相变材料融化和凝固的程度)，模拟结果显示：该相变储能系统只需要2个小时时间就可以实现完全蓄热，只需要4个小时时间就几乎可以实现完全放热，完全可以用于建筑供热系统，具有移峰填谷和节省运行费用的实际作用，且不受蓄热容量的限制，有潜力用于大型蓄热系统。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种利用毛细管在相变材料中流动换热的蓄热结构，其特征在于它包含壳体(1)，该壳体(1)整体为长方体的盒状结构，其内侧设置有一圈保温层(2)，所述的壳体(1)内安装有对角布置的进水静压箱(3)和出水静压箱(4)，所述进水静压箱(3)的出水端密封安装有数条等距排列的第一毛细主管(6)，所述出水静压箱(4)的进水端密封安装有数条与第一毛细主管(6)相对应的第二毛细主管(9)，位于同一列的第一毛细主管(6)与第二毛细主管(9)之间通过数根等距排列的毛细管(7)连通，所述的毛细管(7)之间填充有相变材料(8)。

2.根据权利要求1所述的一种利用毛细管在相变材料中流动换热的蓄热结构，其特征在于所述的进水静压箱(3)截面为正方形结构，其断面的边长为第一毛细主管(6)直径的4-6倍。

3.根据权利要求1所述的一种利用毛细管在相变材料中流动换热的蓄热结构，其特征在于所述的出水静压箱(4)截面为正方形结构，其断面的边长为第二毛细主管(9)直径的4-6倍。

4.根据权利要求1所述的一种利用毛细管在相变材料中流动换热的蓄热结构，其特征在于所述的第一毛细主管(6)通过密封圈(5)与进水静压箱(3)密封连接。

5.根据权利要求1所述的一种利用毛细管在相变材料中流动换热的蓄热结构，其特征在于所述的第二毛细主管(9)通过密封圈(5)与出水静压箱(4)密封连接。

6.根据权利要求1所述的一种利用毛细管在相变材料中流动换热的蓄热结构，其特征在于所述的相变材料(8)为相变温度在46℃左右的46号石蜡。