CN105890418A - 储热水箱热增容装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种储热水箱热增容装置，所述热增容装置包括外壳、外壳内部的相变储热材料，所述装置的密度和与装置内相变储热材料相变温度相同的水的密度一样；相变储热材料密度低于水时，在所述外壳内部设置有密度大于水的辅助传热结构；相变储热材料密度高于水时，在所述外壳内部封闭有气体。本装置可以避免结晶水合盐类相变材料的分层和过冷问题，本装置的传热性能不低于水的传热，无需在水箱中为相变材料增设传热结构；并且本装置可以根据需求增加相同容积的储热水箱的储热容量，达到储热增容的效果。

Description

储热水箱热增容装置
技术领域
本发明涉及储热技术，尤其是涉及一种储热水箱热增容装置。
背景技术
储热水箱是在能量富余时将多余的热量保存在水箱中，在缺少热量的时候再释放出去的重要储能工具，多用于太阳能和低谷电供热系统。现实中，随着城市环境保护要求的不断提高，太阳能供热和煤改电供热越来越多，储热水箱已经是不可缺少的配套设备，许多用户由于场地限制常压水箱储热无法满足供热要求并且由于安全或者系统设计原因，不能变成承压系统，所以需要能够增加水箱热容量的装置。相变储热材料可以大幅度提高单位体积的储热能力，在水箱内添加相变储热材料可以在体积不变的情况下，提高储热能力。
发明内容
本发明提供了一种储热水箱热增容装置，需要解决的问题就是在不能改变水箱大小情况下，通过向水箱中加入储热增容装置，增加水箱的储热能力，达到增加水箱储热容量的目的。其技术方案如下所述：
一种储热水箱热增容装置，包括外壳、外壳内部的相变储热材料，所述装置的密度和与装置内相变储热材料相变温度相同的水的密度一样；相变储热材料密度低于水时，在所述外壳内部设置有密度大于水的辅助传热结构；相变储热材料密度高于水时，在所述外壳内部封闭有气体；所述辅助传热结构和外壳的传热性能不低于水的传热性能。
当使用石蜡作为储热材料的时候，本装置外壳内完全填充石蜡，并加入辅助传热结构，增加传热性能和密度；当使用明矾做储热材料的时候，本装置外壳内部封闭有气体，降低体系的密度。
所述相变储热材料的相变温度不低于50度，不高于100度。
所述外壳采用铝1060材质，厚度为0.5-2mm。
所述装置呈胶囊形状，由一个圆柱体和两个半球组成，高度为120-200mm，半径为50-100mm。
所述辅助传热结构采用铝制翼片，包括固定架和设置在其上面的多组翼片，所述铝制翼片固定在外壳内部。
所述相变储热材料的选择包括石蜡、明矾。
本装置与其他装置不同点在于：本装置的密度与装置内物质相变温度相同的水的密度一样，当水箱温度变化时此装置会在水中上下沉浮运动，装置在运动中会发生碰撞翻转，可以避免相变材料的分层和过冷问题，并增加储热放热速率；根据不同相变材料的传热性能设计装置内部辅助传热结构，使得本装置的传热性能不低于水的传热，无需在水箱中为相变材料增设传热结构；并且本装置可以根据需求增加相同容积的储热水箱的储热容量，达到储热增容的效果。
附图说明
图1是各物质吸收热量示意图；
图2是石蜡储热装置的结构示意图；
图3是所述辅助传热结构的结构示意图；
图4是石蜡储热装置组装的示意图；
图5是所述明矾储热装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种储热水箱热增容装置。
本发明中储热水箱热增容装置的密度和与装置内相变储热物质相变温度相同的水的密度一样，例如，装置内物质相变温度为60℃时，装置总密度为60℃水的密度，即983kg/m3。
当储热时，水箱初始水温低于装置相变温度，装置浮于水面优先储热，相变完成后水温升高，水的密度逐渐低于装置密度，此装置会在水中随同温水层下沉；储热完成时，水箱总体水温高于装置内物质的相变温度，装置沉于水箱底部；放热时，初始水温高于装置相变温度，随着热量释放水温逐渐降低至装置相变温度以下，装置开始上升放热，水温保持恒定，装置相变热释放完毕，水温继续下降直至放热结束，此时装置浮于水面。
且本装置使用的储热材料便宜易得，装置也易于制作，达到方便使用的目的。
如图1所示，为各个温度下，水、石蜡、明矾的吸收热量图，其中石蜡和明矾的重量取得是与本装置用量比例相同的重量，水的重量为1kg。
如图4和图5所示，热增容装置5做成高度为120-200mm，半径为50-100mm的圆柱和2个半球组成的胶囊形状，此形状利于装置内液态储热材料的流动和导热，还有利于装置在水中的移动。热增容装置5外壳1由铝1060制作，厚度为0.5-2mm。铝1060的性质接近纯铝，易于加工。
图2至图5中，21为铝1060制成的外壳，22为铝制翼片，23为十二水合硫酸铝钾，24为空气，25为石蜡，26为上盖，27为基体。铝制翼片22包括固定架15和设置在其上面的多组翼片16。
热增容装置5在组装时，分为两种方式：a石蜡储热装置，先将铝制翼片22放入本装置基体27中，21的上盖26先不封闭，在基体27中加入液体石蜡，至加入水平面与基体开口面相平，然后将上盖26中放入和上盖26内侧相同大小的固体石蜡，使本装置中完全充满石蜡，然后焊接上盖26和基体27，组成铝1060外壳1；b明矾储热装置，将一定量的固态的十二水合硫酸铝钾和6％重量的硼砂23填充满至基体27中，在空气24中，直接将上盖26焊接到基体27上，合成铝1060外壳21中即可。
热增容装置5的方案一：
采用石蜡作为相变材料。相变石蜡材料是比较常用的低温相变材料，其特点是价格低廉，易于获得，无腐蚀性，密度小。此方案主体采用石蜡60，即60℃时，石蜡会发生相变，可以储存大量的热量，相变潜热180kJ/kg。辅助加入铝制翼片2增加装置的导热性，石蜡的密度比水低，加入铝制翼片2在增加装置导热性的同时，还增加了热增容装置的密度，热增容装置的密度设置为与60℃水相同，即：983kg/m3。当水箱的蓄热温度为90℃、用热温度为50℃时，热增容装置储存的热量等于相同体积水的129.78％。
热增容装置5方案二：
采用十二水合硫酸铝钾作为相变材料。十二水合硫酸铝钾又被称为明矾，也是易于获得，价格低廉的相变材料，并且对铝外壳无腐蚀性。明矾在使用过程中，会发生过冷度较大的现象，因此需要加入一定量的成核剂，在热增容装置中加入了6％重量的硼砂作为成核剂。为了保证热增容装置的密度和90℃水相同，热增容装置内物质中包含空气0.0387kg。空气的存在使该装置在水中运动中发生碰撞和翻转时，内部的液体发生一定的扰动，不但使明矾更容易成核，而且避免了明矾溶体分层(相分离)。热增容装置的密度设置为与90℃水相同，即：965kg/m3。当水箱的蓄热温度为90℃、用热温度为50℃时，热增容装置储存的热量等于相同体积水的185.66％。
热增容装置由于体积较小，在使用中，可根据储热水箱的大小和所需储热量决定热增容装置的投入数量，需保证热增容装置的总体积小于蓄热罐容量的50％即可。热增容装置使用时无须特意分散摆放，热增容装置会在水的浮力作用下自动均布在水箱内。

Claims (6)

1.一种储热水箱热增容装置，其特征在于：包括外壳、外壳内部的相变储热材料，所述装置的密度和与装置内相变储热材料相变温度相同的水的密度一样；相变储热材料密度低于水时，在所述外壳内部设置有密度大于水的辅助传热结构；相变储热材料密度高于水时，在所述外壳内部封闭有气体；本水箱热增容装置的传热性能不低于水的传热性能。
2.根据权利要求1所述的储热水箱热增容装置，其特征在于：所述相变储热材料的相变温度不低于50度，不高于100度。
3.根据权利要求1所述的储热水箱热增容装置，其特征在于：所述外壳采用铝1060材质，厚度为0.5-2mm。
4.根据权利要求1所述的储热水箱热增容装置，其特征在于：所述装置呈胶囊形状，由一个圆柱体和两个半球组成，高度为120-200mm，半径为50-100mm。
5.根据权利要求1所述的储热水箱热增容装置，其特征在于：所述辅助传热结构采用铝制翼片，包括固定架和设置在其上面的多组翼片，所述铝制翼片固定在外壳内部。
6.根据权利要求1所述的储热水箱热增容装置，其特征在于：所述相变储热材料的选择包括石蜡、明矾。
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