CN106595081A - 墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统、制备及其施工方法 - Google Patents

Abstract

墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统、制备及其施工方法，系统包括可嵌入墙体内部的相变蓄能模块和太阳能集热器的冷热水循环管路，相变蓄能模块与所述的冷热水循环管路相连，所述的相变蓄能模块包括用于太阳能热水循环的第一腔体和用于填充相变材料的第二腔体；第二腔体内部装有蛇形水管；第一腔体设有总热水出口和总冷水进口；所述的制备及施工方法包括以下步骤：将相变材料加热至液化，然后灌注于第二腔体中；待第二腔体内相变材料冷却固化后密封；将外界冷水引入蛇形管中与第二腔体中的相变材料换热后，形成热水共后续用水设备使用。本发明的有益效果是：单位体积蓄热介质的蓄热能力强；减少面积占用，减少墙体材料的消耗；热损失供应室内。

Description

墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统、制备及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统、制备及其施工方法，属于天然能源利用技术领域。

背景技术

目前用于提供民用热水或采暖的太阳能集热器主要为真空管式集热器和平板集热器两类。真空管式集热器集热效率相对较高，集热温度相对较高，热损失相对较少，目前国内外应用极为广泛。

太阳能集热一般不能随集随用，通常需要蓄热装置。目前太阳能蓄热装置一般采用太阳能蓄热水箱。由于水箱贮热主要是依靠水的显热蓄热，其单位蓄热量小，因而导致太阳能热水系统中的蓄热水箱体积较大。同时，由于太阳能热水与外界气温温差较大，相同保温条件下，其温差越大，热量散失越大。

利用相变材料进行蓄热，蓄热密度相对较高，蓄放热过程中蓄热材料温度保持不变，利用高潜热相变材料进行太阳能集热蓄热，可大大减小太阳能蓄热箱的体积，提高供热的稳定性。

专利申请200920069574.9公开了“一种太阳能相变蓄热热水器”，其技术思路是将相变材料通过套管的方式置入真空管内，以实现太阳能热水器的无水箱化，其蓄热材料与换热介质通过一层金属管壁相隔，换热通过金属管壁进行；专利申请201310178000.6公开了一种蓄热管与换热管完全分离“蓄能型太阳能集热器”，蓄热管独立生产，装配简单，更换时不影响水系统。然而，上述相变蓄热热水器或蓄能型太阳能集热器的相变蓄能模块与太阳能集热管集成在一起，虽然经过良好的保温处理，但其热量损失仍不可避免，在冬季外界温度较低情况下，热量损失尤其严重，这部分损失的热量未能得到充分利用。

发明内容

为了解决目前的太阳能相变蓄热热水器热量损失严重、热稳定性欠缺的问题，本发明提出了一种可实现太阳能集热系统与蓄热系统的分体式安装，其应用有助于减少热损失，实现太阳能的高效利用、并且不占空间的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统、制备及其施工方法。

本发明所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统，包括可嵌入墙体内部的相变蓄能模块和太阳能集热器的冷热水循环管路，所述的相变蓄能模块与所述的冷热水循环管路相连，其特征在于，所述的相变蓄能模块包括用于太阳能热水循环的第一腔体和用于填充相变材料的第二腔体，所述第一腔体围在所述第二腔体外围并与之固接，且所述的第一腔体与所述的第二腔体彼此不连通；所述的第二腔体管壁上设有相变液入口和相变液出口，所述的相变液入口和所述的相变液出口配有相应的密封件；所述的第二腔体内部装有蛇形水管，所述蛇形水管的作为进液口的第一端与外界冷水连通，作为出液口的第二端与外部用水设备连通；所述第一腔体设有总热水出口和总冷水进口，所述总冷水进口通过三通阀分别与外界冷水管、冷热水循环管路的热水出口连通，所述的总热水出口与冷热水循环管路的冷水进口管路连通。

所述的第二腔体包括上腔、下腔以及至少一根连通管，所述的连通管沿第二腔体长边方向的中轴线均匀排列；所述的上腔与所述的下腔水平布置；所述的连通管垂直布置，并每根连通管两端分别与上腔、下腔连通。

所述的蛇形水管分为多个直管段以及多个弯管段，所述的直管段通过弯管段首尾顺次相连，蛇形水管顺次贯穿连通管，并从最外侧的连通管上端穿出固定在第二腔体上，保证每根连通管内至少有一个蛇形管的直管段。

所述总热水出口处设置一个带光控与一个带温控开关的循环泵，其中有光照时光控开关使循环泵开关处于开启状态，无光照时，光控开关使循环泵开关处于关闭状态。温度低于额定温度时，温控开关使循环泵开关处于开启状态，温度高于额定温度时，温控开关使循环泵开关处于关闭状态。

所述相变材料为相变温度为48～80℃的有机相变材料。

所述的上腔与所述的下腔对称，并且所述的上腔以及所述的下腔纵剖面均为六边形结构，由宽70～100mm、高30～40mm矩形与上底30～50mm、下底70～100mm、高20～30mm梯形组合而成，所述的上腔以及所述的下腔的长度为490～1120mm；所述连通管的个数为8～12根，并且所述的连通管内径为50～80mm、壁厚为1.8～2.5mm、高度为540～1060mm；所述的蛇形进水管内径为8～12mm、壁厚为0.5～1mm、长度为18～40m。

所述第一腔体围在所述第二腔体的连通管两侧，并与上腔及下腔固接，正好与第二腔体围成一个近似的长方体结构，如附图1所示。

根据本发明所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统的制备，包括以下步骤：

1)将相变材料加热到相变温度以上至使其液化，获得相变液；

2)将相变蓄能模块的第二腔体的相变液出口密封，然后将相变液经第二腔体剩余的相变液入口灌注于第二腔体中，灌注至相变液液面距离灌注口20～50mm为止；

3)静置冷却，待第二腔体内的相变液冷却固化后，再将密封件装在相变液入口处进行密封。

根据本发明所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统的施工方法，包括以下步骤：

(1)将墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统安装进入外墙的预留位置，安装后在模块周围均设置保温紧密贴合的保温材料，防止热量散失；

(2)将相变蓄能模块的第一腔体总冷水进口的三通阀通向第一腔体与冷水管路的阀门连通，打开冷水管路阀门，将蓄能模块第一腔体充满冷水；

(3)将相变蓄能模块第一腔体总冷水进口的三通阀门通向太阳能集热器与冷水管路的阀门连通，打开冷水管路阀门，将太阳能集热器充满冷水；

(4)将相变蓄能模块第一腔体总冷水进口的三通阀门通向太阳能集热器和蓄能模块第一腔体，使太阳能集热器的冷热水循环管路与第一腔体连通；

(5)将外界冷水管与蛇形管冷水进口连通，将蛇形管的出液口与后续的用水设备管道连通。

本发明的工作原理是：太阳能集热器产生的太阳能热水经循环泵输送进入太阳能热水相变蓄能模块的第一腔体，第一腔体中太阳能热水的热能通过第一腔体与第二腔体之间的金属连通管壁传递给相变材料，使相变材料温度升高。温度达到相变温度后，相变材料发生相变，储存热能。太阳能热水温度进一步升高时，相变材料温度也进一步升高，进一步储存显热。

释放热能时，冷水由进水口引入蛇形管道，与第二腔体中的液态相变材料通过金属蛇形管管壁换热，冷水吸热后变成热水，热水供后续的用水系统使用。第二腔体中相变材料因换热导致温度下降，使相变材料温度低于第一腔体中的太阳能热水温度，第一腔体中的太阳能热水通过第一腔体与第二腔体之间的金属连通管管壁传递给相变材料，导致第一腔体中的太阳能热水和第二腔体中的相变材料温度均有所下降。当相变材料温度下降至相变温度时，相变材料将储存的热能释放出来，释放的热能经金属蛇形管管壁换热，冷水吸热后变成热水，热水供后续的用水系统使用。当相变材料相变过程全部完成后，尚处于较高温度的相变材料中的显热继续通过蛇形管管壁传递给冷水，冷水吸热后变成热水，热水供后续的用水系统使用。

本发明的有益效果是：1、采用相变蓄能模块中灌注的相变材料蓄积太阳能热水中的热量，其单位体积蓄热介质的蓄热能力强；2、采用墙体嵌入式构造，可减少对室内房屋面积的占用，并减少墙体材料的消耗。3、嵌入墙体的相变蓄能模块散失的热量直接进入室内，有助于冬季室内温度的升高。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是图1的B-B剖视图。

图4是图1的C-C剖视图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统，包括可嵌入墙体内部的相变蓄能模块和太阳能集热器的冷热水循环管路，所述的相变蓄能模块与所述的冷热水循环管路相连，所述的相变蓄能模块包括用于太阳能热水循环的第一腔体1和用于填充相变材料的第二腔体2，所述第一腔体1围在所述第二腔体2外围并与之固接，且所述的第一腔体1与所述的第二腔体2彼此不连通；所述的第二腔体2管壁上设有相变液入口21和相变液出口22，所述的相变液入口21和所述的相变液出口22配有相应的密封件；所述的第二腔体2内部装有蛇形水管3，所述蛇形水管3的作为进液口的第一端与外界冷水连通，作为出液口的第二端与外部用水设备连通；所述第一腔体1设有总热水出口11和总冷水进口12，所述总冷水进口11通过三通阀分别与外界冷水管、冷热水循环管路的热水出口连通，所述的总热水出口12与冷热水循环管路的冷水进口管路连通。

所述的第二腔体2包括上腔23、下腔24以及至少一根连通管25，所述的连通管25沿保温腔体长边方向的中轴线均匀排列；所述的上腔23与所述的下腔24水平布置；所述的连通管25垂直布置，并每根连通管25两端分别与上腔23、下腔24连通。

所述的蛇形水管3分为多个直管段31以及多个弯管段32，所述的直管段31通过弯管段32首尾顺次相连，蛇形水管3顺次贯穿连通管25，并从最外侧的连通管上端穿出固定在第二腔体2上，保证每根连通管25内至少有一个蛇形管的直管段31。

所述总热水出口12处设置一个带光控与一个带温控开关的循环泵，其中有光照时光控开关使循环泵开关处于开启状态，无光照时，光控开关使循环泵开关处于关闭状态。温度低于额定温度时，温控开关使循环泵开关处于开启状态，温度高于额定温度时，温控开关使循环泵开关处于关闭状态。

所述相变材料为相变温度为48℃的石蜡。

所述的上腔与所述的下腔对称，并且所述的上腔以及所述的下腔纵剖面均为六边形结构，由宽100mm、高40mm矩形与上底50mm、下底100mm、高30mm梯形组合而成，所述的上腔以及所述的下腔的长度为1120mm；所述连通管的个数为12根，并且所述的连通管内径为80mm、壁厚为2.5mm、高度为1060mm；所述的蛇形进水管内径为12mm、壁厚为1mm、长度为40m。

实施例2对实施例1所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统，其相变蓄能模块的制备方法，包括以下步骤：

1)将相变材料石蜡加热到60℃至使其液化，获得相变液；

2)用同直径丝堵将嵌入墙体内的保温腔体第二腔体2的相变液出口密封，然后将相变液经保温腔体剩余的相变液入口灌注于第二腔体2中，，灌注至相变液液面距离灌注口20mm为止；

3)静置冷却，待第二腔体2内的相变材料冷却固化后，再用同直径丝堵将相变液入口处进行密封。

实施例3对实施例2所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统的施工方法，包括以下步骤：

(1)将墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统安装进入外墙的预留位置，安装后在模块周围均设置保温紧密贴合的保温材料，防止热量散失；

(2)将相变蓄能模块第一腔体1总冷水进口的三通阀通向第一腔体与冷水管路的阀门连通，打开冷水管路阀门，将蓄能模块第一腔体1充满冷水；

(3)将相变蓄能模块第一腔体1总冷水进口的三通阀门通向太阳能集热器与冷水管路的阀门连通，打开冷水管路阀门，将太阳能集热器充满冷水；

(4)将相变蓄能模块第一腔体1总冷水进口的三通阀门通向太阳能集热器和蓄能模块第一腔体1，使太阳能集热器的冷热水循环管路与第一腔体1连通；

(5)将外界冷水管与蛇形管冷水进口连通，将蛇形管的出液口与后续的用水设备管道连通。

实施例4～13按表1～表3将不同尺寸的蛇形管、不锈钢上腔和下腔、连通管组成的第一腔体1与第二腔体2经无缝焊接形成墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统用相变蓄能模块的腔体结构。

将表4相变材料加热至表4各实施例所列温度液化后，灌注加入按实施例4～13加工而成的第二腔体2中。通过相变材料灌注连接口灌注相变材料至表4所示的距离灌注口高度后，静置冷却，待第二腔体2内的相变材料冷却固化后，再用同直径丝堵将相变液入口处进行密封；(实施例4～13)。按实施例4～13所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统的施工方法，其施工方法与实施例3相同。

表1第二腔体连通管尺寸表

表2六边形截面不锈钢横腔尺寸表

表3蛇形管尺寸表

表4实施例4～13

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统，包括可嵌入墙体内部的相变蓄能模块和太阳能集热器的冷热水循环管路，所述的相变蓄能模块与所述的冷热水循环管路相连，其特征在于，所述的相变蓄能模块包括用于太阳能热水循环的第一腔体和用于填充相变材料的第二腔体，所述第一腔体围在所述第二腔体外围并与之固接，且所述的第一腔体与所述的第二腔体彼此不连通；所述的第二腔体管壁上设有相变液入口和相变液出口，所述的相变液入口和所述的相变液出口配有相应的密封件；所述的第二腔体内部装有蛇形水管，所述蛇形水管的作为进液口的第一端与外界冷水连通，作为出液口的第二端与外部用水设备连通；所述第一腔体设有总热水出口和总冷水进口，所述总冷水进口通过三通阀分别与外界冷水管、冷热水循环管路的热水出口连通，所述的总热水出口与冷热水循环管路的冷水进口管路连通。

2.如权利要求1所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统，其特征在于：所述的第二腔体包括上腔、下腔以及至少一根连通管，所述的连通管沿第二腔体长边方向的中轴线均匀排列；所述的上腔与所述的下腔水平布置；所述的连通管垂直布置，并每根连通管两端分别与上腔、下腔连通。

3.如权利要求1所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统，其特征在于：所述的蛇形水管分为多个直管段以及多个弯管段，所述的直管段通过弯管段首尾顺次相连，蛇形水管顺次贯穿连通管，并从最外侧的连通管上端穿出固定在第二腔体上，保证每根连通管内至少有一个蛇形管的直管段。

4.如权利要求1所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统，其特征在于：所述总热水出口处设置一个带光控与一个带温控开关的循环泵，其中有光照时光控开关使循环泵开关处于开启状态，无光照时，光控开关使循环泵开关处于关闭状态。温度低于额定温度时，温控开关使循环泵开关处于开启状态，温度高于额定温度时，温控开关使循环泵开关处于关闭状态。

5.如权利要求1所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统，其特征在于：所述相变材料为相变温度为48～80℃的有机相变材料。

6.如权利要求2所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统，其特征在于：所述的上腔与所述的下腔对称，并且所述的上腔以及所述的下腔纵剖面均为六边形结构，由宽70～100mm、高30～40mm矩形与上底30～50mm、下底70～100mm、高20～30mm梯形组合而成，所述的上腔以及所述的下腔的长度为490～1120mm；所述连通管的个数为8～12根，并且所述的连通管内径为50～80mm、壁厚为1.8～2.5mm、高度为540～1060mm；所述的蛇形进水管内径为8～12mm、壁厚为0.5～1mm、长度为18～40m。

7.如权利要求1所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统，其特征在于：所述第一腔体围在所述第二腔体的连通管两侧，并与上腔及下腔固接，正好与第二腔体围成一个近似的长方体结构。

8.如权利要求1～7任意一项权利要求所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统的制备，包括以下步骤：

1)将相变材料加热到相变温度以上至使其液化，获得相变液；

2)将相变蓄能模块的第二腔体的相变液出口密封，然后将相变液经第二腔体剩余的相变液入口灌注于第二腔体中，灌注至相变液液面距离灌注口20～50mm为止；

3)静置冷却，待第二腔体内的相变液冷却固化后，再将密封件装在相变液入口处进行密封。

9.如权利要求1～7任意一项权利要求所述的墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统的施工方法，包括以下步骤：

(1)将墙体嵌入式太阳能相变蓄能热水系统安装进入外墙的预留位置，安装后在模块周围均设置保温紧密贴合的保温材料，防止热量散失；

(2)将相变蓄能模块的第一腔体总冷水进口的三通阀通向第一腔体与冷水管路的阀门连通，打开冷水管路阀门，将蓄能模块第一腔体充满冷水；

(3)将相变蓄能模块第一腔体总冷水进口的三通阀门通向太阳能集热器与冷水管路的阀门连通，打开冷水管路阀门，将太阳能集热器充满冷水；

(4)将相变蓄能模块第一腔体总冷水进口的三通阀门通向太阳能集热器和蓄能模块第一腔体，使太阳能集热器的冷热水循环管路与第一腔体连通；

(5)将外界冷水管与蛇形管冷水进口连通，将蛇形管的出液口与后续的用水设备管道连通。