CN105783099A - 具有加热室内空气功能的蓄能炕 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有加热室内空气功能的蓄能炕，包括炕盒，其特征在于该蓄能炕还包括相变蓄热结构和热风系统，相变蓄热结构和热风系统放置于炕盒内，且通过绝热隔板分开；所述炕盒为凹形木质炕盒，在炕盒的凹形内壁中从上至下依次铺有铝箔辐射膜和绝热层，炕盒底部设有两个水管安装孔和两个风扇安装孔，炕盒靠近风扇安装孔的侧面设有百叶安装孔，炕盒的上部设有炕盒盖，炕盒盖设在炕盒空腔之上，与凹形木质炕盒凹面相匹配；所述相变蓄热结构包括导热密封盒、加热管、倾斜肋板和相变填充材料；加热管、倾斜肋板和相变填充材料均密封在导热密封盒内；倾斜肋板倾斜均匀布置在导热密封盒内，加热管呈S型铆固在倾斜肋板上。

Description

具有加热室内空气功能的蓄能炕
技术领域
[0001]本发明涉及新型火炕技术领域，具体涉及具有加热室内空气功能的蓄能炕。
背景技术
[0002]火炕在中国北方已经有近千年的使用历史，火炕是北方寒冷地区的一种重要的冬季取暖设施，它的舒适性为人所乐道，但是随着经济发展、人们生活水平的提高，慢慢的火炕因为其热效率低、不洁净性、室内室外的污染问题和安全性正在退出人们的日常生活。近年来，由于新农村的建设，新型环保火炕和节能火炕也层出不穷。如:灶连炕、吊炕、集热墙与炕的结合、炕内设置水箱进行储热夜间放热、火炕与太阳能的结合和火炕与地源热栗的结合等。管振忠等人在《传统火炕的太阳能改造一一太阳炕系统》(管振忠，薛一冰，张蓓.传统火炕的太阳能改造——太阳炕系统[J].阳光能源，2008(6):20-21.)—文以混凝土预制板为炕体底部框架支撑，其上有150mm厚埋设有塑料加热管的泡沫水泥植物纤维复合板蓄热层，其不足之处在于该火炕以水泥材料为主体材料，笨重、蓄热量不足和散热快的缺点尤为突出。此外，张玲于2010年在《山东建筑大学》上发表的寒冷地区农居太阳能炕采暖系统设计研究一文提到，炕体框架使用木质材料制作，蓄热层同样采用埋设塑料加热管的混凝土制作，其不足之处在于该太阳能炕由于蓄热不足和散热过快，在夜晚炕体温度下降非常迅速，不能持续供热。而且两种节能炕都没有考虑储热完毕后，炕内多余热量的利用。
发明内容
[0003]针对现有节能火炕的局限性和缺点，本发明拟解决的技术问题是，提供一种具有加热室内空气功能的蓄能炕。该蓄能炕利用太阳能集热系统产生的热水，通过用带有倾斜肋板的加热管来加热封闭在导热密封盒中熔点为35 °C的相变材料(石蜡)。通过相变材料从固态到液态的变化来吸收热量，当炕盒周围温度低于相变材料熔点时，相变材料从液态变为固态释放热量，加热炕面。水的比热容为4.2kJ/kg，而相变材料的相变潜热可达150-180kJ/kg，40kg的石蜡可以储存6-7.2MJ的热量。可见，相变材料蓄热量很大，可以满足夜间大热量的需求。经测试，在夜间15°C_18°C的室内温度下，蓄能炕内部可以维持35°C温度10-12h，睡眠环境温度可以达到29-32°C。导热密封盒封闭着相变材料和带有倾斜肋板的加热管，导热密封盒放在凹形木质炕盒里面，在木质炕盒和导热密封盒之间填充绝热材料，在绝热材料上方有铝箔辐射膜。绝热材料和铝箔辐射膜作用是阻止热量从炕盒下部散失，并增强向上的热量传递。在炕盒内部集成了热风系统，将炕盒内多余热量释放到空气中，提高室内温度，提高太阳能的利用率。同时，此设备不需要辅助加热、不烧任何燃料、没有环境污染，能更好的实现人们对于火炕舒适性的向往，适合广大农村地区使用，尤其是偏远山区。
[0004]本发明解决所述问题的技术方案是:
[0005] —种具有加热室内空气功能的蓄能炕，包括炕盒，其特征在于该蓄能炕还包括相变蓄热结构和热风系统，相变蓄热结构和热风系统放置于炕盒内，且通过绝热隔板分开；
[0006]所述炕盒为凹形木质炕盒，在炕盒的凹形内壁中从上至下依次铺有铝箔辐射膜和绝热层，炕盒底部设有两个水管安装孔和两个风扇安装孔，炕盒靠近风扇安装孔的侧面设有百叶安装孔，炕盒的上部设有炕盒盖，炕盒盖设在炕盒空腔之上，与凹形木质炕盒凹面相匹配；
[0007]所述相变蓄热结构包括导热密封盒、加热管、倾斜肋板和相变填充材料;加热管、倾斜肋板和相变填充材料均密封在导热密封盒内；倾斜肋板倾斜均匀布置在导热密封盒内，加热管呈S型铆固在倾斜肋板上，并被支撑于导热密封盒的空腔中部;相变填充材料填充于导热密封盒内的空隙；加热管的进水端和出水端分别通过进水电磁三通阀和出水电磁三通阀的一端与热风系统相连；
[0008]所述热风系统包括两个集水容器、铜质散热管、铜质散热翅片、两个静音风扇、单层百叶、进水接口和出水接口，静音风扇通过炕盒底面上的风扇安装孔安装在炕盒内，单层百叶通过百叶安装孔安装在炕盒侧边;两个集水容器通过带有铜质散热翅片的铜质散热管连接，两个集水容器的一端分别与进水电磁三通阀和出水电磁三通阀的另一端连接，进水电磁三通阀和出水电磁三通阀的第三端分别连接进水接口和出水接口 ；进水接口和出水接口分别通过两个水管安装孔穿出炕盒，进出水接口通过水栗与外部太阳能集热系统连接。
[0009]与现有技术相比，本发明具有加热室内空气功能的蓄能炕，利用中低温热水进行加热，普通家用太阳能热水器、便宜的槽式真空管集热器的热水温度(大于40°C)完全可以满足储热需要，只要将集热器热水管接入蓄能炕进水接口就可以。蓄能炕主要由木质炕盒、相变蓄热结构和热风系统构成，总体设计占地少、重量比起混凝土炕体来轻很多，显著提高蓄热能力，有效延长释热时间。蓄热完成后，炕盒内部温度35°C可以在15_18°C室温环境中维持10-12小时，即使经过一整夜的散热后，炕盒内部温度也有30°C，睡眠环境温度为28°C左右，蓄能炕能持续供热。而一般混凝土材质炕体，在没有供热状态下，经过2-3小时后温度会明显下降，而且下降速度很快。比起电褥子来，蓄能炕舒适度更接近传统火炕，避免了电褥子由于温升过快对人体造成的热冲击和不舒适感，更加有利于使用者入睡。此外，热风系统的加入，使蓄能炕可以加热室内空气，提高室内环境的舒适度，更加有效地利用太阳能。本发明蓄能炕节能、安全、环保，且易于维护，为广大寒冷地区的人们提供了一种舒适的供暖设备，也可用于南方冬季加热湿冷的睡眠环境。
附图说明
[0010]图1为本发明具有加热室内空气功能的蓄能炕的一种实施例的去掉炕盒盖及导热密封盒2-1的盒盖后的俯视结构示意图；
[0011]图2为本发明具有加热室内空气功能的蓄能炕的一种实施例的无炕盒盖的炕盒I的俯视结构示意图；
[0012]图3为图2中A-A剖面的结构示意图；
[0013]图4为本发明具有加热室内空气功能的蓄能炕的一种实施例的炕盒I的右视结构示意图；
[0014]图5为本发明具有加热室内空气功能的蓄能炕的一种实施例的相变蓄热结构2的局部剖视俯视结构示意图；
[0015]图6为图5中B-B剖面的结构示意图；
[0016]图7为本发明具有加热室内空气功能的蓄能炕的一种实施例的加热管2-2与倾斜肋板2-3的连接结构示意图；
[0017]图8为本发明具有加热室内空气功能的蓄能炕的一种实施例的热风系统3的俯视结构示意图；
[0018]图中:1_炕盒，2-相变蓄热结构，3-热风系统，1-1-风扇安装孔，1-2-水管安装孔，
1-4-绝热层，1-5-铝箔辐射膜，1-6-百叶安装孔，2-1-导热密封盒，2-2-加热管，2_3_倾斜肋板2-4-相变填充材料，3-1-进水接口，3-2-出水接口，3-3-集水容器，3_4_铜质散热管，3-5-铜质散热翅片，3-6-静音风扇，3-7-单层百叶，4-1-进水电磁三通阀，4-2-出水电磁三通阀。
具体实施方式
[0019]本发明具有加热室内空气功能的蓄能炕(简称蓄能炕，参见图1-8)包括炕盒1、相变蓄热结构2和热风系统3，相变蓄热结构2和热风系统3放置于炕盒I内，且通过绝热隔板分开；
[0020]所述炕盒I为凹形木质炕盒(参见图2-3)，在炕盒的凹形内壁中从上至下依次铺有铝箔辐射膜1-5和绝热层1-4，炕盒底部设有两个水管安装孔1-2和两个风扇安装孔1-1，炕盒I靠近风扇安装孔的侧面设有百叶安装孔1-6，炕盒I的上部设有炕盒盖，炕盒盖设在炕盒空腔之上，与凹形木质炕盒凹面相匹配；
[0021]所述相变蓄热结构2(参见图5-6)包括导热密封盒2-1、加热管2-2、倾斜肋板2-3和相变填充材料2-4;加热管2-2、倾斜肋板2-3和相变填充材料2-4均密封在导热密封盒2-1内；倾斜肋板2-3倾斜均匀布置在导热密封盒2-1内，加热管2-2呈S型铆固在倾斜肋板2-3上，并被支撑于导热密封盒2-1的空腔中部;相变填充材料2-4填充于导热密封盒2-1内的空隙；加热管2-2的进水端和出水端分别通过进水电磁三通阀4-1和出水电磁三通阀4-2的一端(即图8中的c端和Y端)与热风系统3相连；
[0022]所述热风系统3(参见图8)包括两个集水容器3-3、铜质散热管3-4、铜质散热翅片3-5、两个静音风扇3-6、单层百叶3-7、进水接口 3-1和出水接口 3-2，静音风扇通过炕盒底面上的风扇安装孔1-1安装在炕盒内，单层百叶3-7通过百叶安装孔1-6安装在炕体侧边;两个集水容器3-3通过带有铜质散热翅片3-5的铜质散热管3-4连接，两个集水容器3-3的一端分别与进水电磁三通阀4-1和出水电磁三通阀4-2的另一端(即图8中的b端和I/端)连接，进水电磁三通阀和出水电磁三通阀的第三端(即图8中的a端和Y端)分别连接进水接口 3-1和出水接口 3-2;进水接口 3-1和出水接口 3-2分别通过两个水管安装孔1-2穿出炕盒I，进出水接口 3-1通过水栗与外部太阳能集热系统连接。
[0023]本发明的进一步特征在于所述绝热层1-4为挤塑聚苯板，所述炕盒盖为铝板。铝板制成的炕盒盖的设置既美观、平整又利于热传导。
[0024]本发明的进一步特征在于所述倾斜肋板2_3(参见图7)呈倒“Z”字形均匀布置在导热密封盒2-1内，加热管2-2固定在倾斜肋板2-3的“Z”字形的倾斜边中部。如此布置倾斜肋板，增大了倾斜肋板与相变填充材料的接触面积，更有利于加热管散热，同时加热相变填充材料。
[0025]本发明蓄能炕的相变蓄热结构2和热风系统3放置于炕盒I空腔中，这两部分通过绝热隔板分开，通过电磁三通阀实现加热管道连接。凹形木质炕盒放入蓄热结构和热风系统后，用铝板在凹面进行密封安装。
[0026]本发明具有加热室内空气功能的蓄能炕的运行控制策略是:
[0027]太阳能集热系统中的热水从炕盒进水接口 3-1进入炕盒，通过管路到达进水电磁三通阀4-1的a端;一路经过进水电磁三通阀4-1的b端进入热风系统的一个集水容器3-3，通过连接集水容器的铜质散热管3-4散热后进入另一集水容器，然后通过出水电磁三通阀4-2的I/端和Y端流入出水接口 3-2，流出炕盒，即热风系统水路循环；另一路水从进水电磁三通阀4-1的c端进入相变蓄热结构2，通过加热管2-2上的倾斜肋板2-3散热，同时相变填充材料储热，冷却后的水从出水三通阀4-2的端进入后，从a'端流出，最后通过出水接口 3-2流出炕盒，即为炕盒内热水加热循环。
[0028]蓄能炕在白天7:00-17:00当太阳能集热系统给水温度超过37 °C时系统循环水栗启动，进水电磁三通阀门4-1的a端常开、b端关闭、c端打开，热媒流入相变蓄热结构，炕盒内热水加热循环启动，对炕盒炕面加热和对相变填充材料蓄热；当炕面(炕盒盖表面)温度超过400C的时候，进水电磁三通阀门4-1的a端常开、b端打开、c端关闭，热风系统启动，同时炕盒底部的静音风扇启动，将多余的太阳能充分释放到室内，加热室内空气，既可以避免炕面温度过高又可以充分利用太阳能供暖。当炕面温度低于37°C时，太阳能集热系统内水温高于37°C时，热风系统停止，炕盒内热水加热循环启动；若太阳能集热系统内部水温低于370C，热风系统继续加热室内空气，当太阳能集热系统内水温低于20°C时，热风系统停止，循环水栗也停止。蓄能炕通过相变凝固来释放热量，加热炕面。夜间保持睡眠环境维持在33°C左右，即使经过夜间一晚上的释热，早上炕盒内部相变填充材料温度也能保持30°C左右。
[0029] 实施例1
[0030]本实施例具有加热室内空气功能的蓄能炕包括炕盒1、相变蓄热结构2和热风系统3，相变蓄热结构2和热风系统3放置于炕盒I内，且通过绝热隔板分开；
[0031]所述炕盒I为凹形木质炕盒，在炕盒的凹形内壁中从上至下依次铺有铝箔辐射膜
1-5和绝热层1-4，炕盒底部设有两个水管安装孔1-2和两个风扇安装孔1-1，炕盒I靠近风扇安装孔的侧面设有百叶安装孔1-6，炕盒I的上部设有炕盒盖，炕盒盖设在炕盒空腔之上，与凹形木质炕盒凹面相匹配；
[0032]所述相变蓄热结构2包括导热密封盒2-1、加热管2-2、倾斜肋板2-3和相变填充材料2-4;加热管2-2、倾斜肋板2-3和相变填充材料2-4均密封在导热密封盒2-1内；倾斜肋板
2-3倾斜均匀布置在导热密封盒2-1内，加热管2-2呈S型铆固在倾斜肋板2-3上，并被支撑于导热密封盒2-1的空腔中部;相变填充材料2-4填充于导热密封盒2-1内的空隙；加热管2-2的进水端和出水端分别通过进水电磁三通阀4-1和出水电磁三通阀4-2的一端(即图8中的c端和Y端)与热风系统3相连；
[0033]所述热风系统3包括两个集水容器3-3、铜质散热管3-4、铜质散热翅片3-5、两个静音风扇3-6、单层百叶3-7、进水接口 3-1和出水接口 3-2，静音风扇通过炕盒底面上的风扇安装孔1-1安装在炕盒内，单层百叶3-7通过百叶安装孔1-6安装在炕体侧边;两个集水容器3-3通过带有铜质散热翅片3-5的铜质散热管3-4连接，两个集水容器3-3的一端分别与进水电磁三通阀4-1和出水电磁三通阀4-2的另一端(即图8中的b端和I/端)连接，进水电磁三通阀和出水电磁三通阀的第三端(即图8中的a端和Y端)分别连接进水接口 3-1和出水接口 3-2;进水接口 3-1和出水接口 3-2分别通过两个水管安装孔1-2穿出炕盒I，进水接口 3-1通过水栗与外部太阳能集热系统连接。
[0034]本实施例所述炕盒I长为2m，宽为lm，厚度为20mm，两个水管安装孔1-2的直径为17_，两个风扇安装孔1-1的半径均为50mm。凹形木质盒有利于放置相变蓄热结构及热风系统的相关部件，也利于炕面上被褥的放入，不易滑落。位于炕盒底面上的绝热层1-4为厚度为40mm的挤塑聚苯板，位于坑盒侧壁上的绝热层为厚度为20mm的挤塑聚苯板。坑盒盖为Imm厚的金属铝板。所述导热密封盒2-1为304不锈钢制成的长方体形空腔封闭容器，加热管2-2为直径为16mm不锈钢管，相变填充材料2-4选用熔点为35°C的石蜡相变材料。
[0035]经过对本实施例试验台的多次测试，均取得了良好效果。熔点为35°C的相变材料40kg，可储存6-7.2MJ的热量。在夜间15 °C -18 °C的室内温度下，蓄能炕内部可以维持33 °C温度10-12h，睡眠环境温度可以达到29-32°C。经过一晚上的释热后，早晨相变材料的温度还有30°C。该取暖设备环保、经济和节能安全，能够满足市场需求。
[0036]本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种具有加热室内空气功能的蓄能炕，包括炕盒，其特征在于该蓄能炕还包括相变蓄热结构和热风系统，相变蓄热结构和热风系统放置于炕盒内，且通过绝热隔板分开； 所述炕盒为凹形木质炕盒，在炕盒的凹形内壁中从上至下依次铺有铝箔辐射膜和绝热层，炕盒底部设有两个水管安装孔和两个风扇安装孔，炕盒靠近风扇安装孔的侧面设有百叶安装孔，炕盒的上部设有炕盒盖，炕盒盖设在炕盒空腔之上，与凹形木质炕盒凹面相匹配； 所述相变蓄热结构包括导热密封盒、加热管、倾斜肋板和相变填充材料;加热管、倾斜肋板和相变填充材料均密封在导热密封盒内；倾斜肋板倾斜均匀布置在导热密封盒内，加热管呈S型铆固在倾斜肋板上，并被支撑于导热密封盒的空腔中部;相变填充材料填充于导热密封盒内的空隙；加热管的进水端和出水端分别通过进水电磁三通阀和出水电磁三通阀的一端与热风系统相连； 所述热风系统包括两个集水容器、铜质散热管、铜质散热翅片、两个静音风扇、单层百叶、进水接口和出水接口，静音风扇通过炕盒底面上的风扇安装孔安装在炕盒内，单层百叶通过百叶安装孔安装在炕盒侧边;两个集水容器通过带有铜质散热翅片的铜质散热管连接，两个集水容器的一端分别与进水电磁三通阀和出水电磁三通阀的另一端连接，进水电磁三通阀和出水电磁三通阀的第三端分别连接进水接口和出水接口 ；进水接口和出水接口分别通过两个水管安装孔穿出炕盒，进出水接口通过水栗与外部太阳能集热系统连接。
2.根据权利要求1所述的具有加热室内空气功能的蓄能炕，其特征在于所述绝热层为挤塑聚苯板，所述炕盒盖为铝板。
3.根据权利要求1所述的具有加热室内空气功能的蓄能炕，其特征在于所述倾斜肋板呈倒“Z”字形均匀布置在导热密封盒内，加热管固定在倾斜肋板的“Z”字形的倾斜边中部。
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