CN105910308A - 可更换相变蓄热模块的相变蓄热水箱 - Google Patents

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阳季春
江清阳
王栅
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Abstract

本发明公开了一种可更换相变蓄热模块的相变蓄热水箱，包括具有内腔的保温箱体和可拆卸设置在所述保温箱体内的多个相变蓄热模块，所述相变蓄热模块包括圆管状的金属管壳和装于所述金属管壳内的相变蓄热材料；所述相变蓄热材料装于所述金属管壳的中部，所述金属管壳内两端由内向外依次设置弹性保温材料和可拆卸的模块端盖。本发明的蓄热水箱中的相变蓄热模块可拆解，方便在相变蓄热材料失效时进行回收和再生，从而有效降低相变蓄热水箱的应用成本，延长蓄热水箱的使用寿命。

Description

可更换相变蓄热模块的相变蓄热水箱
技术领域
本发明涉及一种可更换相变蓄热模块的相变蓄热水箱，属于太阳能利用领域。
背景技术
太阳能作为一种清洁、高效和可再生的新能源，所以各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。太阳能利用方式中光热转换的技术最成熟，产品产量最多，成本也相对较低。目前太阳能热储存的主要方式是利用水的显热进行储存，优点是成本低，但缺点是水箱体积较大，且水温波动范围较大。而相变蓄热利用物质发生相变时相变潜热大、温度基本恒定的特点，可以以相对较小的体积储存大量的热量，而且温度波动范围较小，适合用于恒温供水等领域。而相变蓄热材料在长期使用后通常会出现性能衰退甚至失效的问题。其中较为常见的是，有机相变蓄热材料如石蜡，通常导热系数较低，为了提高其传热性能，会向石蜡中加入一定量的石墨或金属粉末，但长期使用后容易出现分离现象，导致性能变差。而无机相变蓄热材料导热系数较高，单位体积储热密度较大，但长时间使用容易出现结晶现象，导致材料失效，虽然通过添加成核添加剂等措施有所改善，但仍不能彻底得到杜绝。因此相变蓄热装置的使用寿命较短，应用成本高昂。另外，由于相变蓄热材料热膨胀系数不同，不当的封装方式会引起相变蓄热材料与换热壁面的分离，导致传热性能变差。基于以上原因，相变蓄热技术目前无法大规模应用于民用建筑中。
将相变蓄热材料用于储热，尤其是太阳能热利用领域，是近年来的研究热点，在目前公开的如一种用于太阳能热水器的相变蓄热水箱(申请公布号：CN101782284A)、一种相变储热式热泵热水器水箱(申请公布号：CN101846394A)、一种带内置水箱的相变式储热装置(申请公布号：CN104990438A)、一种相变式蓄热水箱(申请公布号：CN105004078A)等专利中都提出利用相变蓄热材料进行蓄热，但未考虑相变蓄热材料的失效与更换问题。另外，在一种插装式相变储热水箱(授权公告号：CN103615817B)中率先提出可更换相变模块的蓄热水箱，但也并未涉及相变蓄热模块自身的安装制作、相变蓄热材料回收、相变蓄热材料热膨胀特性等问题，且其采用的储热管为螺旋形，是针对柱型水箱优化的结果，对加工制作亦提出较高的要求。目前尚未有人提出可拆解及回收相变蓄热材料的相变蓄热模块结构。
发明内容
对此，本发明旨在提供一种可更换相变蓄热模块的相变蓄热水箱，该蓄热水箱中的相变蓄热模块可拆解，便于在相变蓄热材料失效时进行回收和再生，从而能有效降低蓄热水箱的应用成本，延长蓄热水箱的使用寿命。
实现本发明目的的技术方案是：
一种可更换相变蓄热模块的相变蓄热水箱，包括具有内腔的保温箱体和可拆卸设置在所述保温箱体内的多个相变蓄热模块，所述相变蓄热模块包括圆管状的金属管壳和装于所述金属管壳内的相变蓄热材料；所述相变蓄热材料装于所述金属管壳的中部，所述金属管壳内两端由内向外依次设置弹性保温材料和可拆卸的模块端盖。
上述技术方案中，所述保温箱体相对的两侧壁上正对位置设有横向设置的支承套管，沿横向设置的所述各相变蓄热模块的两端分别穿入对应位置的支承套管内，各支承套管的外端可拆卸设置有保温盖板，所述保温盖板与所述保温箱体的外壁之间设有密封圈，正对设置的两支承套管中至少有一个支承套管的内径略大于相变蓄热模块的外径，所述保温盖板内端成型有适于与模块端盖相抵的凸起部。
上述技术方案中，所述支承套管的外端设有内螺纹，所述凸起部上成型有适于与所述内螺纹配合的外螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹配合到位后，所述密封圈被夹紧在所述保温盖板和所述保温箱体外壁之间。
上述技术方案中，所述保温箱体为长方形扁盒状结构。
本发明具有积极的效果：(1)本发明中，所述弹性保温材料具有良好的保温性，以减小相变蓄热模块轴向方向的热量损失，同时具有良好的弹性，以抵消相变蓄热材料由于温度变化引起的体积变化，使相变蓄热材料始终紧贴金属管壳，避免产生脱附现象，保持良好的传热能力，通过相变蓄热模块采用可拆卸结构，相变蓄热材料在发生结晶、相分离等现象而失效时，可取下相变蓄热模块并进行拆解，将其中的相变蓄热材料回收后修复，修复后再重新填充组装成相变蓄热模块中继续使用，从而能够有效降低相变蓄热水箱的应用成本，延长相变蓄热水箱的使用寿命，有利于相变蓄热系统的大规模推广应用。(2)本实施例中，通过支承套管和保温盖板对相变蓄热模块进行支承和固定，保温盖板4能够起到保温的作用，防止热量从支承套管与相变蓄热模块间的缝隙散出，另外，正对设置的两支承套管中至少有一个支承套管的内径略大于相变蓄热模块的外径，通过采用这种结构，在安装相变蓄热模块时，将相变蓄热模块沿轴向从该支承套管内穿入保温箱体内，然后将保温盖板装上，从而有利于提高装配可靠性及效率。
附图说明
图1为本发明中蓄热水箱的主视图；
图2为图1所示蓄热水箱的侧向视图；
图3为本发明中，相变蓄热模块的分解图；
图4和图5为相变蓄热模块安装前后的局部示意图。
图中所示附图标记为：1-保温箱体；2-相变蓄热模块；21-金属管壳；22-相变蓄热材料；3-支承套管；4-保温盖板；41-凸起部；5-密封圈；6-弹性保温材料；7-模块端盖。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明中蓄热水箱的具体结构做以说明：
一种可更换相变蓄热模块的相变蓄热水箱，如图1至图4所示，其包括具有内腔的保温箱体1和可拆卸设置在所述保温箱体1内的多个相变蓄热模块2，所述相变蓄热模块2包括圆管状的金属管壳21和装于所述金属管壳21内的相变蓄热材料22，利用相变蓄热材料22蓄热，可有效减小水箱体积，稳定供水温度，提高集热效率；所述相变蓄热材料22装于所述金属管壳21的中部，所述金属管壳21内两端由内向外依次设置弹性保温材料6和可拆卸的模块端盖7；所述模块端盖7和金属管壳21之间可采用但不限于螺纹连接，方便进行拆装操作。在实践操作中，可根据成本、性能等方面要求在金属管壳21外部增加肋片或内螺纹等方式强化传热，其中的弹性保温材料6具有良好的保温性，以减小相变蓄热模块2轴向方向的热量损失，同时具有良好的弹性，以抵消相变蓄热材料22由于温度变化引起的体积变化，使相变蓄热材料22始终紧贴金属管壳21，避免产生脱附现象，保持良好的传热能力，通过相变蓄热模块2采用可拆卸结构，相变蓄热材料22在发生结晶、相分离等现象而失效时，可取下相变蓄热模块2并进行拆解，将其中的相变蓄热材料22回收后修复，修复后再重新填充组装成相变蓄热模块2中继续使用，能够有效降低相变蓄热水箱的应用成本，延长相变蓄热水箱的使用寿命，有利于相变蓄热系统的大规模推广应用。在组装蓄热水箱时，将相变蓄热材料22填充进金属管壳21后，将预先成型的弹性保温材料6封堵于相变蓄热材料22两端，而后将模块端盖7安装于弹性保温材料6外侧金属管壳21的两端，相变蓄热模块2即完成制作，长时间使用后，相变蓄热模2因结晶、相分离等原因失效后，可按相反过程，依次拆下模块端盖7、弹性保温材料6后，回收相变蓄热材料11进行再生，而后重新装配相变蓄热模块2使用。本实施例中的弹性保温材料6可采用聚氨酯等现有技术中具有此特性的材料均可。
本实施例中所述的相变蓄热材料22为预先制备的与金属管壳21及弹性保温材料6相容的有机相变蓄热材料或无机相变蓄热材料及其中掺杂的金属粉末、石墨粉末或成核添加剂等混合物。
本实施例中，所述保温箱体1相对的两侧壁上正对位置设有横向设置的支承套管3，沿横向设置的所述各相变蓄热模块2的两端分别穿入对应位置的支承套管3内，各支承套管3的外端可拆卸设置有保温盖板4，所述保温盖板4与所述保温箱体1的外壁之间设有密封圈5，正对设置的两支承套管3中至少有一个支承套管3的内径略大于相变蓄热模块2的外径，所述保温盖板4内端成型有适于与模块端盖7相抵的凸起部41。采用上述结构，通过支承套管3和保温盖板对相变蓄热模块2进行支承和固定，保温盖板4能够起到保温的作用，防止热量从支承套管3与相变蓄热模块2间的缝隙处散出，另外正对设置的两支承套管3中至少有一个支承套管3的内径略大于相变蓄热模块2的外径，通过采用这种结构，在安装相变蓄热模块2时，将相变蓄热模块2沿轴向从支承套管3内穿入保温箱体1内，然后将保温盖板4装上，从而有利于提高装配可靠性及效率。
进一步，所述支承套管3的外端设有内螺纹，所述凸起部41上成型有适于与所述内螺纹配合的外螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹配合到位后，所述密封圈5被夹紧在所述保温盖板4和所述保温箱体1外壁之间，采用这种结构有利于组装及装配可靠性。
本实施例中，所述保温水箱1为长方形扁盒状结构，方便相变蓄热模块2制作成统一的尺寸，同时有利于减小占地面积，方便用户进行壁挂、阳台安装等布置。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可更换相变蓄热模块的相变蓄热水箱，包括具有内腔的保温箱体(1)和可拆卸设置在所述保温箱体(1)内的多个相变蓄热模块(2)，所述相变蓄热模块(2)包括圆管状的金属管壳(21)和装于所述金属管壳(21)内的相变蓄热材料(22)；其特征在于：所述相变蓄热材料(22)装于所述金属管壳(21)的中部，所述金属管壳(21)内两端由内向外依次设置弹性保温材料(6)和可拆卸的模块端盖(7)。
2.根据权利要求1所述的可更换相变蓄热模块的相变蓄热水箱，其特征在于：所述保温箱体(1)相对的两侧壁上正对位置设有横向设置的支承套管(3)，沿横向设置的所述各相变蓄热模块(2)的两端分别穿入对应位置的支承套管(3)内，各支承套管(3)的外端可拆卸设置有保温盖板(4)，所述保温盖板(4)与所述保温箱体(1)的外壁之间设有密封圈(5)，正对设置的两支承套管(3)中至少有一个支承套管(3)的内径略大于相变蓄热模块(2)的外径，所述保温盖板(4)内端成型有适于与模块端盖(7)相抵的凸起部(41)。
3.根据权利要求2所述的可更换相变蓄热模块的相变蓄热水箱，其特征在于：所述支承套管(3)的外端设有内螺纹，所述凸起部(41)上成型有适于与所述内螺纹配合的外螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹配合到位后，所述密封圈(5)被夹紧在所述保温盖板(4)和所述保温箱体(1)外壁之间。
4.根据权利要求1或2或3所述的可更换相变蓄热模块的相变蓄热水箱，其特征在于：所述保温箱体(1)为长方形扁盒状结构。
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