CN106524810A - 一种多介质相变储能换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多介质相变储能换热器，在一个密闭容器中装有相变储能材料和贯穿其中的两套不同介质的管路，管路一为防冻液介质管路，其两端分别从该容器的两侧伸出并且外接于太阳能集热器，管路二为循环水管路，其两端从容器的两侧伸出与供热用户相连，密闭容器内填充相变材料。本换热器结构设计科学合理，绿色环保，安全节能，可将间歇性的太阳能充分合理的转化利用，可应用于家用采暖供热，尤其是分散式住宅、别墅、农家小院、学校、幼儿园、流动哨所等采暖供热和生活洗浴用水，具有广泛的推广应用前景。

Description

一种多介质相变储能换热器

技术领域

本发明专利属于换热器领域，涉及相变换热装置，尤其是一种多介质相变储能换热器，可广泛应用于多介质换热领域。

背景技术

中国地域辽阔，采暖供热地区占全国上地面积的三分之二，其中建筑供暖是耗能大户，占我国能源消耗30％的分额。目前，在北方大部分地区冬天，城镇居民多采用集中供暖，由于燃煤燃烧产生硫、氮、碳氧化物以及砷、汞等物质污染环境，大城市集中供暖将逐步取消燃煤供热，取而代之的将主要为天然气供热，但供热成本和二氧化碳问题仍十分严俊；对于广大分散式农村住宅，采暖多采用燃烧薪柴、焦煤等，不仅污染环境，而且严重有损健康。在矿石能源已日益枯竭的今天，矿物质和生物能源如此消耗将是地球难以承受之重，因此，太阳能采暖技术逐渐受到各国政府大力推广的优先推广的绿色能源技术。对于中国而言，特别是我国北方农村可利用现有成熟的太阳能光热转换技术，充分利用清洁、可再生的太阳能采暖是较好的解决途径。

然而，国内外市场上普通的太阳能换热技术，主要是针对洗浴用热水，而不能满足住护采暖供热要求等突出问题。究其原因，主要是由于：一是夜间或阴雨天太阳光不先足时，换热器便无法提供足够的热能；二是太阳能换热器效率低，热能利用率低；三是储能采用水箱储热，由于水储能性能限制致使水箱占用空间大、驱动水泵能耗高等。

因此，本发发明专利设计多介质相变储能换热器，可实现高储能性能相变材料代替水储能，同时相当于通过两套不同介质的管路系统，实现太阳能的高效转化和储存，可将间歇性的太阳能充分合理的转化利用，可应用于家用采暖供热，尤其是分散式住宅、别墅、农家小院、学校、幼儿园、流动哨所等采暖供热和生活洗浴用水，具有广泛的应用前景。

发明内容

本专利的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种多介质相变储能换热器，该换热器能够在白天阳光充足的时候储存太阳能，在夜晚或阴天的时候释放热量并提供持续供暖。

本专利解决其技术问题所采用的方案是：

一种多介质相变储能换热器，在密闭容器内安装有防冻液介质管路及循环水管路，防冻液介质管路和循环水管路按层状交错分布，通过铜管连接箱体内部两侧腔体进行热量的循环和交换，防冻液介质管路连接的防冻液箱位于箱子的两侧，循环水管路连接的水箱位于相变材料箱和防冻液箱之间。且防冻液箱和水箱之中均有挡板将其完全隔断，进而使防冻液介质管路和循环水管路在相变材料箱中停留更长的时间，从而是热交换率大大提高。

而且，所述密闭容器为长方形壳体，在壳体内从左至右依次固装四个竖隔板，分别为第一竖隔板、第二竖隔板、第三竖隔板及第四竖隔板，第一竖隔板及第二竖隔板间隔安装在壳体的左侧，第三竖隔板及第四竖隔板间隔安装在壳体的右侧，左右两侧竖隔板镜像对称，该四个竖隔板将壳体分成五个腔体，分别为左侧防冻液腔体、左侧水腔体，中部相变储能材料腔体、右侧水腔体及右侧防冻液腔体，在左侧防冻液腔体的上部连通连接防冻液出液管，下部连通连接防冻液进液管，在左侧水腔体的上部连通连接进水管，下部连通连接出水管，在中部相变储能材料腔体的上部连通连接相变材料输入管，下部连通连接相变材料输出管，在第二竖隔板与第三竖隔板间均匀间隔固装多个水管，每一水管的两端均与左右两侧的水腔体连通，在第一竖隔板与第四竖隔板间均匀间隔固装多个防冻液管，每一防冻液管的两端均与左右两侧的防冻液腔体连通，所述防冻液管与水管一一对应且安装在水管的下方，在防冻液管与水管间填充相变储能材料，在两防冻液腔体内交错固装有多个使防冻液呈蛇形流动的横隔板，在水腔体内固装有水路横隔板。

而且，在壳体的外侧包覆保温材料层。

而且，所述的防冻液管及水管均采用多层，每层多个式布置。

而且，所述的防冻液管及水管材料相同或不同，其材质为波纹管、翅片管、螺旋翅片管、铝管、铜管、不锈钢管、镀锌或铬管。

而且，所述的铜管通过焊接(粘接)与箱体中的隔板连接固定。

而且，所述该相变储能材料也可以从密闭容器上板所密封安装的进料盖向密闭容器中填装。

本发明的优点和积极效果是：

1、本换热器的导热管采用多层，每层多排式布置。将热交换的路线长度最大化提高，提高热交换的效率。

2、本换热器的排布使防冻液流程长、水路流程短，相变材料储量多，一是提高了总储热能力和热交换特性，二是易于加工。

3、本换热器的水管路设置在防冻液管路的上方，有效保证了相变材料固液转化时一定体积变化系数，可提高热利用率20％。

4、本换热器是在一个密闭容器中装有相变储能材料和贯穿其中的两套不同介质的管路，其中防冻液介质管路的两端分别从该容器的两侧伸出并且外接于太阳能集热器的进出水管，循环水管路在的两端也从容器的两侧伸出且和散热装置相连。在白天利用太阳能集热板收集热量，并传递给容器中的相变储能材料，进而使散热装置里的水升温供人们在白天取暖，且相变储能材料有保持室内温度恒定的作用。而在夜晚或者阴天的时候，关闭防冻液介质管路的循环，使得容器内相变储能材料将白天储存的过剩的太阳能释放出来并将热量传递给散热器供人们取暖，此换热器与其他太阳能供暖系统的最大差别则是因为用相变储能材料代替了水来储存热量，可取代了20-50m³的储热水箱，节约空间和成本，提高了实用度，高效节能，安全可靠，绿色环保。

5、本换热器最大的特点是无需进行外接水箱储水，且同时进行三种介质热循环交换利用。

6、本换热器与其他太阳能供暖系统最大的优势就在于所需空间较小，美观，可以在屋中作为一个平台，大大增加了应用范围，不仅适合南北方的农村和别墅，还可以应用于城市的大部分建筑中。

7、本换热器结构设计科学合理，安全节能，方便且人性化，将间歇性的太阳能充分合理的转化利用，可应用于家用采暖供热，尤其是分散式住宅、别墅、农家小院、学校、幼儿园、流动哨所等采暖供热和生活洗浴用水。

附图说明

图1为本换热器的内部结构竖向剖面示意图；

图2为本换热器的内部结构横向剖面示意图；

图3为本换热器三种介质填充及走向示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体陈述本专利的具体实施例。

一种多介质相变储能换热器,包括壳体7、防冻液管9、水管8、横隔板及竖隔板，所述壳体为长方体，在壳体内从左至右依次固装四个竖隔板，分别为第一竖隔板2、第二竖隔板5、第三竖隔板12及第四竖隔板14，第一竖隔板及第二竖隔板间隔安装在壳体的左侧，第三竖隔板及第四竖隔板间隔安装在壳体的右侧，左右两侧竖隔板镜像对称。该四个竖隔板将壳体分成五个腔体，分别为左侧防冻液腔体1、左侧水腔体4，中部相变储能材料腔体10、右侧水腔体13及右侧防冻液腔体15。在左侧防冻液腔体的上部连通连接防冻液出液管21，下部连通连接防冻液进液管18。在左侧水腔体的上部连通连接进水管3、下部连通连接出水管17。在中部相变储能材料腔体的上部连通连接相变材料输入管6，下部连通连接相变材料输出管16。

在第二竖隔板与第三竖隔板间均匀间隔固装多个水管，每一水管的两端均与左右两侧的水腔体连通，在第一竖隔板与第四竖隔板间均匀间隔固装多个防冻液管，每一防冻液管的两端均与左右两侧的防冻液腔体连通。所述防冻液管与水管一一对应且安装在水管的下方。在防冻液管与水管间填充相变储能材料，形成相变材料、水管、防冻液管、相变材料、水管、防冻液管依次交替排列的结构。

在左侧防冻液腔体内竖向间隔固装三个防冻液横隔板20，在右侧防冻液腔体内竖向间隔固装两个防冻液横隔板，该五个防冻液横隔板使防冻液呈蛇形流动，延长防冻液的行程，在左侧水腔体内中部固装一水路横隔板19，使水从左侧进口进入后流到右侧，再从右侧流回左侧，从左侧出口排出。

为了防止热量流失，在壳体的外侧包覆保温材料层11。

为了防止漏液，防冻液管与隔板的连接处、水管与隔板的连接处均作密封处理，可以焊接或粘接或通过密封垫密封。

本实施例中可以选择相变温度为30～100℃的相变储能材料封装于换热器内，来保证日常居民的取暖，也可以通过改变不同相变温度的相变储能材料来使其应用在更广的领域中，如选择相不同变温度的相变储能材料，将换热器应用在太阳能热水器系统中，提供洗澡用水。

本换热器的工作原理是：在密闭容器内安装有两套不同介质的管路，管路一为防冻液介质管路，其两端分别从该容器的两侧伸出并且外接于太阳能集热器，管路二为循环水管路，其两端从容器的两侧伸出与供热用户相连，密闭容器内填充相变材料；管路一和管路二按层状交错分布，且两套管路完全隔断，互不相通。

以上显示和描述了本发明的实施例，或者附图的技术方案，均体现了本发明的优点和高效。应当理解的是，具体实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性而非限制性的，本领域技术人员在阅读本发明说明书的基础上，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种多介质相变储能换热器，在密闭容器内安装有两套不同介质的管路，管路一为防冻液管路，其两端分别从该容器的两侧伸出并且外接于太阳能集热器，管路二为循环水管路，其两端从容器的两侧伸出与供热用户相连，密闭容器内填充相变材料；其特征在于：防冻液管路与循环水管路按层状交错分布。

2.根据权利要求1所述的相变储能换热器，其特征在于：所述密闭容器为长方形壳体，在壳体内从左至右依次固装四个竖隔板，分别为第一竖隔板、第二竖隔板、第三竖隔板及第四竖隔板，第一竖隔板及第二竖隔板间隔安装在壳体的左侧，第三竖隔板及第四竖隔板间隔安装在壳体的右侧，左右两侧竖隔板镜像对称，该四个竖隔板将壳体分成五个腔体，分别为左侧防冻液腔体、左侧水腔体，中部相变储能材料腔体、右侧水腔体及右侧防冻液腔体，在左侧防冻液腔体的上部连通连接防冻液出液管，下部连通连接防冻液进液管，在左侧水腔体的上部连通连接进水管，下部连通连接出水管，在中部相变储能材料腔体的上部连通连接相变材料输入管，下部连通连接相变材料输出管，在第二竖隔板与第三竖隔板间均匀间隔固装多个水管，每一水管的两端均与左右两侧的水腔体连通，在第一竖隔板与第四竖隔板间均匀间隔固装多个防冻液管，每一防冻液管的两端均与左右两侧的防冻液腔体连通，所述防冻液管与水管一一对应且安装在水管的下方，在防冻液管与水管间填充相变储能材料，在两防冻液腔体内交错固装有多个使防冻液呈蛇形流动的横隔板，在水腔体内固装有水路横隔板。

3.根据权利要求2所述的相变储能换热器，其特征在于：在壳体的外侧包覆保温材料层。

4.根据权利要求1或2所述的相变储能换热器，其特征在于：所述的防冻液管及水管均采用多层，每层多个式布置。

5.根据权利要求1或2所述的相变储能换热器，其特征在于：所述的防冻液管及水管材料相同或不同，其材质为波纹管、翅片管、螺旋翅片管、铝管、铜管、不锈钢管、镀锌或铬管。

6.根据权利要求2所述的相变储能换热器，其特征在于：在防冻液管与隔板的连接处、水管与隔板的连接处均作密封处理。