CN106595084B - 一种组合模块式相变蓄热水箱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合模块式相变蓄热水箱，包括圆柱形壳体，所述壳体的顶部设置有蓄热进口和取热出口，所述壳体的底部设置有蓄热出口和取热进口；所述壳体内轴向设置有圆柱形蓄热流道，所述蓄热流道的上、下两端分别与所述蓄热进口和所述蓄热出口相连接；所述蓄热流道的上、下端面分别设置有联通孔；所述蓄热流道的上部外侧设置有高熔点相变模块，所述蓄热流道的下部外侧设置有低熔点相变模块。本发明蓄热水箱在同等容积情况下，具有更大的蓄放热能力及效率；蓄热水箱蓄能密度提升，水箱空间占用量减少；水箱热分层效果可持续较长时间，提高太阳能集热器效率；热水随用随取，由于相变材料的存在，水箱具有一定的后续供水能力。

Description

一种组合模块式相变蓄热水箱
技术领域
本发明涉及相变蓄能及节能环保技术领域，特别涉及一种储存太阳能的组合模块式相变蓄热水箱。
背景技术
太阳能光热系统是目前较为成熟的一种应用，其中，蓄热水箱是系统中的重要部件之一，主要作用是将太阳能集热器收集的热量储存起来，以便用户可以随时取用热水。以水作为蓄热介质，具有来源广泛、比热容大、清洁无污染等优势，然而，由于太阳能资源具有间歇性等缺点，同等蓄热量情况下需要更大的水箱体积，浪费了一定的空间资源。此外，采用水作为蓄热介质时，随着蓄热过程的进行，水箱进出口温差逐渐降低，热分层效果降低，与之相连的太阳能集热器进口温度不断升高，从而导致太阳能集热器效率降低；另一方面，相变蓄热技术在近几十年来已经得到了较好的发展。相变蓄热技术主要利用了相变蓄热材料在相变过程(如固态变为液态)中吸收(释放)的大量潜热，在相变过程中，物质温度基本不变，然而，相变材料导热系数偏低，单纯的相变蓄热装置往往具有相变潜热利用率低，潜热无法得到充分利用的缺陷，影响了相变蓄热材料的蓄放热性能，且价格较贵，因此，合理利用水的显热及相变蓄热材料的相变蓄热优势，提高太阳能集热器效率，提升蓄热水箱蓄热密度及蓄放热效率，成为了解决问题的关键。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种可用于太阳能热水系统中的组合模块式相变蓄热水箱，同等容积情况下，具有更大的蓄放热能力及效率；蓄热水箱蓄能密度提升，水箱空间占用量减少；水箱热分层效果可持续较长时间，提高太阳能集热器效率；热水随用随取，由于相变材料的存在，水箱具有一定的后续供水能力。
本发明所采用的技术方案是：一种组合模块式相变蓄热水箱，包括圆柱形壳体，所述壳体的顶部设置有蓄热进口和取热出口，所述壳体的底部设置有蓄热出口和取热进口；所述壳体内轴向设置有圆柱形蓄热流道，所述蓄热流道的上、下两端分别通过进水管和出水管与所述蓄热进口和所述蓄热出口相连接；所述蓄热流道的上、下端面分别设置有若干个联通孔；所述蓄热流道的上部外侧设置有一个以上高熔点相变模块，所述蓄热流道的下部外侧设置有一个以上低熔点相变模块。
所述高熔点相变模块以同心圆形式由内向外依次排列在所述蓄热流道和所述壳体之间。
所述高熔点相变模块为圆环柱体结构，其厚度为10～14mm，其高度为450～550mm。
所述低熔点相变模块以同心圆形式由内向外依次排列在所述蓄热流道和所述壳体之间。
所述低熔点相变模块为圆环柱体结构，其厚度为10～14mm，其高度为450～550mm。
所述高熔点相变模块和所述低熔点相变模块设置有凸点、波纹或肋片以增加其传热系数。
制成所述高熔点相变模块的相变材料和制成所述低熔点相变模块的相变材料中添加铝粉或膨胀石墨粉以增强其导热系数。
所述高熔点相变模块采用相变温度为58℃的相变材料制成。
所述低熔点相变模块采用相变温度为44℃的相变材料制成。
本发明的有益效果是：
1、两种不同熔点相变材料的布置提高了蓄热水箱的蓄热速率，实验水箱蓄热时间明显缩短。
2、相变材料封装模块厚度合理，蓄放热过程中相变材料利用完全，相变材料潜热利用率高。
3、所选用的相变材料相变温度适中，相变材料单位体积蓄热量均较大，水箱蓄热密度较高。
4、蓄热水箱中添加了占水箱体积19.17％的相变材料之后，可多提供满足规范要求的生活热水34.05％。
附图说明
图1：本发明结构示意图；
图2：本发明三维剖视结构示意图。
附图标注：1、蓄热进口；2、取热出口；3、联通孔；4、高熔点相变模块；5、蓄热流道；6、低熔点相变模块；7、蓄热出口；8、取热进口；9、壳体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明通过将高低温相变材料沿水箱高度方向分别布置，水箱蓄热过程中，上下层相变材料同时发生相变，几乎同时完成蓄热过程；另一方面，取热过程中，冷水从水箱下部进入水箱，两种相变材料同时发生相变，释放的热量转化成热水供用户使用，相变材料潜热利用率较高，从而达到水箱内相变材料具有较高的蓄放热效率的目的。
如附图1和图2所示，一种组合模块式相变蓄热水箱，包括圆柱形壳体9，所述壳体9的顶部设置有蓄热进口1和取热出口2，所述壳体9的底部设置有蓄热出口7和取热进口8。所述壳体9内轴向设置有圆柱形蓄热流道5，所述蓄热流道5的上、下两端分别通过进水管和出水管与所述蓄热进口1和所述蓄热出口7相连接；所述蓄热流道5的上、下端面分别设置有若干个联通孔3；所述蓄热流道5的上部外侧设置有一个以上高熔点相变模块4，所述蓄热流道5的下部外侧设置有一个以上低熔点相变模块6。
其中，所述高熔点相变模块4采用相变温度为58℃的相变材料加工制成，所述低熔点相变模块6采用相变温度为44℃的相变材料加工制成，本实施例中，即对相变材料采用不锈钢封装及模块式封装形成本发明蓄热水箱的高熔点相变模块4和低熔点相变模块6，所述高熔点相变模块4和所述低熔点相变模块6的数量可以根据实际用热量需求分别取4～8个。
所述高熔点相变模块4和所述低熔点相变模块6均以同心圆形式由内向外依次排列在所述蓄热流道5和所述壳体9之间，并分别布置在水箱的上层及下层，以保证水箱内温度场等物理量轴对称分布，保证水箱内部温度场均匀。
所述高熔点相变模块4和所述低熔点相变模块6均为圆环柱体结构，其厚度为10～14mm，其高度为450～550mm，以保证水箱中相变材料的用量以及蓄放热过程中相变材料可以及时发生相变，避免用户取热过程中热量不能及时放出，使相变蓄热模块失去实际作用。
所述高熔点相变模块4和所述低熔点相变模块6设置有凸点、波纹或肋片等方式以增加相变模块的传热系数；同时，制成所述高熔点相变模块4的相变材料和制成所述低熔点相变模块6的相变材料中添加铝粉或膨胀石墨粉等物质以增强相变材料的导热系数。
本发明中的蓄热流道5实质上是一种间壁式换热器，用以隔绝热源热水以及生活热水，因此，本蓄热水箱的热源较为广泛，另外也保证了生活用水的洁净及卫生要求。如附图2所示，蓄热流道5上部及下部的联通孔3，将蓄热流道5内部及水箱壳体9内的热水联通，保证了蓄热流道5内侧热水依然可用，并起到均流的作用。
本发明中的相变模块，上部分为高熔点相变部分，下部分为低熔点相变部分，在水箱中垂直放置，以适应水箱内部的热分层现象，提高水箱的蓄热及取热速率。
本发明蓄热水箱工作原理如下所述：蓄热过程中，来自热源的热水通过蓄热进口1进入蓄热流道5，随后热水通过流道外壳与水箱内冷水进行换热，随着换热的持续进行，至流道下部分时，热水温度降低，此时一段时间内，蓄热流道5上部热水及下部冷水均维持在恰好能使高熔点相变模块4和低熔点相变模块6发生相变的程度，以此降低蓄热时间，提高蓄热速率；取热过程中，自来水冷水自水箱底部的取热进口8压入，生活热水从水箱顶部的取热出口2压出，热水随用随取，随着取热过程的不断进行，由于高熔点相变模块4的相变温度与水箱蓄热温度基本一致，水箱上部温度降低，高熔点相变模块4即可发生相变放热，从而提升取热速率。

Claims (7)

1.一种组合模块式相变蓄热水箱，包括圆柱形壳体，所述壳体内轴向设置一圆柱形蓄热流道，所述壳体的顶部设置有蓄热进口和取热出口，所述壳体的底部设置有蓄热出口和取热进口；来自热源的热水通过所述蓄热进口进入所述蓄热流道并通过所述蓄热出口排出，自来水冷水自所述取热进口压入，生活热水从所述取热出口压出，其特征在于，
所述蓄热流道的上端面通过一进水管与所述蓄热进口相连接，所述蓄热流道的下端面通过一出水管与所述蓄热出口相连接；
所述蓄热流道的上、下端面上还分别设置有若干个联通孔，用以联通所述蓄热流道内部的热水与所述壳体内的热水，保证所述蓄热流道内部的热水依然可用，并起到均流的作用；
所述蓄热流道的上部外侧与所述壳体之间设置有一个以上圆环柱体结构的高熔点相变模块，所述蓄热流道的下部外侧与所述壳体之间设置有一个以上圆环柱体结构的低熔点相变模块；
所述高熔点相变模块、低熔点相变模块均以同心圆形式由内向外依次排列在所述蓄热流道和所述壳体之间。
2.根据权利要求1所述的组合模块式相变蓄热水箱，其特征在于，所述高熔点相变模块，其厚度为10～14mm，其高度为450～550mm。
3.根据权利要求1所述的组合模块式相变蓄热水箱，其特征在于，所述低熔点相变模块，其厚度为10～14mm，其高度为450～550mm。
4.根据权利要求1所述的组合模块式相变蓄热水箱，其特征在于，所述高熔点相变模块和所述低熔点相变模块设置有凸点、波纹或肋片以增加其传热系数。
5.根据权利要求1所述的组合模块式相变蓄热水箱，其特征在于，制成所述高熔点相变模块的相变材料和制成所述低熔点相变模块的相变材料中均添加铝粉或膨胀石墨粉以增强其导热系数。
6.根据权利要求1至5任一项所述的组合模块式相变蓄热水箱，其特征在于，所述高熔点相变模块采用相变温度为58℃的相变材料制成。
7.根据权利要求1至5任一项所述的组合模块式相变蓄热水箱，其特征在于，所述低熔点相变模块采用相变温度为44℃的相变材料制成。
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