CN107747813B - 闭式模块化平板相变蓄能箱及太阳能供热系统供热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种闭式模块化平板相变蓄能箱，包括箱体，在箱体内沿水平方向间隔设置有多块竖直向上设置的相变蓄能板，在箱体中还设置有与相变蓄能板相互平行设置的至少一块隔板，隔板的边沿部具有用于和箱体内周壁可拆卸连接的连接部，且所述隔板将箱体隔离呈相互独立设置多个箱体单元，每个箱体单元中至少含有一块相变蓄能板，并且在每个箱体单元上均设置有与箱体单元内部导通相连的进水管接头和出水管接头。本发明还公开了一种太阳能供热系统供热方法。本发明具有结构简单，换热效率高，适应性强的优点。

Description

闭式模块化平板相变蓄能箱及太阳能供热系统供热方法
技术领域
本发明涉及相变蓄能供能技术；特别是涉及闭式模块化平板相变蓄能箱及太阳能供热系统供热方法。
背景技术
在供热系统中，常常存在蓄热水箱过大的情况，需要单独放置，并且当热源为太阳能时，由于太阳辐射不稳定存在供热间歇或部分时间停止供热的情况，亦或由于某时间段辐射强度过大导致水箱接近沸腾；相变材料所具有的蓄能量大、相变温度稳定的特点可以弥补供热热源不稳定的缺点，维持供热温度，延长供热时间，同时缩小水箱体积。现行换热热流外掠相变封装体形式的相变蓄能箱均存在流程过短问题，低温流体通过全流程后往往无法被相变封装体加热至合适出口温度，采用提高相变温度的方法解决该问题将导致能量浪费；另一种类型的相变蓄能箱为在相变材料中设置盘管通路，流体通过盘管与外侧相变材料进行换热，该换热形式大部份相变材料层过厚，整个换热过程相变材料无法完全融化，并且当采用水合无机盐类相变材料时易发生相分离现象，融化后由于盐水密度差使盐类沉至容器底部，影响相变箱换热效果。
因此，怎样才能够提供一种结构简单，换热效率高，适应性强的闭式模块化平板相变蓄能箱及太阳能供热系统供热方法，成为本领域技术人员有待解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种结构简单，换热效率高，适应性强的闭式模块化平板相变蓄能箱及太阳能供热系统供热方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种闭式模块化平板相变蓄能箱，包括箱体，在箱体内沿水平方向间隔设置有多块竖直向上设置的相变蓄能板，其特点在于，在箱体中还设置有与相变蓄能板相互平行设置的至少一块隔板，隔板的边沿部具有用于和箱体内周壁可拆卸连接的连接部，且所述隔板将箱体隔离呈相互独立设置多个箱体单元，每个箱体单元中至少含有一块相变蓄能板，并且在每个箱体单元上均设置有进水管接头和出水管接头，所述相变蓄能板相隔形成的空间之间相互导通并使得进水管接头和出水管接头之间在箱体内部导通相连。
本技术方案中，通过在箱体内部设置一块或一块以上的隔板将箱体分割成一个或一个以上的相互独立的箱体单元，且隔板是可拆卸的，通过增加或是拆卸隔板使得蓄能箱的使用体积发生变化，进而使得即使是箱体外部的环境发生变化时，也能够通过改变蓄能箱的使用体积使得蓄能箱内部储存的能量趋于稳定，从而使得其能够输出的能量也趋于稳定。因此，本技术方案中的蓄能箱具有适应性强的优点，能够适应不同环境。另外还具有结构简单和方便制造的优点。
作为优化，所述箱体整体呈矩形体结构，在箱体的内部底面上沿箱体的纵向间隔设置有多个支撑架，所述支撑架整体呈长条形且支撑架的长度方向顺箱体的横向设置，在支撑架上开设有贯穿其长度方向且开口向上设置的卡槽，并且所述相变蓄能板一一对应的卡接固定于支撑架所具有的卡槽内。
这样，箱体结构简单，方便箱体的制造和搬运。可以根据供能的需求设置支撑架的数量和相变蓄能板的数量，还能通过改变相邻两个支撑架的间距以达到改变相邻两块相变蓄能板之间的间距，使得箱体内部的供液体流过的通道按需求进行改变，进而提高换热效率。
作为优化，所述相邻两块相变蓄能板在隔板所在平面上的投影至少具有部分重叠，并且相邻两块相变蓄能板上的相对于箱体中心的外端各自与箱体横向上的两个内侧壁相贴设置。
这样，相邻两块相变蓄能板之间形成的流道更长，能够使得液体与相变蓄能板的热交换时间更长，换热效率更高。
作为优化，在所述卡槽的底面向上设置有截面呈矩形的台阶且所述台阶的一个侧面与卡槽的其中一个侧壁相贴设置，所述卡槽上与台阶相对设置的侧面为第一卡接面，台阶的另一侧面为第二卡接面，卡槽上的与台阶相贴的侧面为第三卡接面。
这样，第一卡接面和第二卡接面能够形成第一卡接槽，第一卡接面和第三卡接面能够形成第二卡接槽；能够卡接固定不同厚度的相变蓄能板，设计更加合理。
作为优化，所述相变蓄能板包括呈平板盒体状的外壳以及填充于平板盒体状的外壳内的相变材料。
这样，蓄能效果更好，相变蓄能板与外部液体之间的换热面积更大。
作为优化，所述相变材料的相变温度为0℃至100℃。
这样，相变材料的适应性更强。
作为优化，在箱体单元上还设置有与箱体单元内部导通相连的泄水管接头。
这样，方便将箱体单元内部的水排出。
作为优化，所述进水管接头的进水方向以及泄水管接头的出水方向均与相邻两块相变蓄能板之间形成的通道平行设置。
这样，能够使得进水管接头的进水效率更高，泄水管接头的出水效率更高。
作为优化，所述进水管接头和泄水管接头均靠近箱体底面设置。
这样，进水在箱体单元内的震动和噪声更小；方便泄水管接头将箱体单元内的水排尽。
本发明还公开了一种太阳能供热系统供热方法，包括采用太阳能板吸入太阳能热量的步骤，以及在太阳能板下表面设置水箱并通入换热用水吸热的步骤，以及驱动换热用水流至用热单元的步骤，其特点在于，在太阳能板相邻处设置有如权利要求1至9任一权利要求所述的闭式模块化平板相变蓄能箱；本方法还包括以下步骤：
a获取如权利要求1至9任一权利要求所述的闭式模块化平板相变蓄能箱；b再获取太阳能供热系统安装位置的历史最强光照记录，根据历史最强光照记录计算太阳能板能够获取的单日最大太阳能热量，根据该单日最大太阳能热量计算闭式模块化平板相变蓄能箱中蓄热所需的箱体单元个数；c然后在所述闭式模块化平板相变蓄能箱上选取任意连续设置的与供能所需的箱体单元个数对等的箱体单元并拆除相邻两个箱体单元之间的隔板；d保留其中一个最外侧箱体单元上的进水管接头和另外一个最外侧箱体单元上的出水管接头并将箱体单元上的其余的进水管接头和出水管接头封堵；将保留的进水管接头和出水管接头串联到水箱的两端形成吸热用流体循环储热通道；e当水箱内热水接近沸腾时，使水箱内热水流动至闭式模块化平板相变蓄能箱并在吸热用流体循环储热通道内形成循环，热水在流经相邻两块相变蓄能板之间形成的连续流道并完成与相变储能板的换热，完成换热的热源再从出水管接头流出，完成相变蓄能热交换；f当用热单元工作时，驱动吸热用流体循环储热通道里面的换热用水流至用热单元进行换热。
本技术方案中，通过获取太阳能供热系统安装位置的历史最强光照记录，根据历史最强光照记录计算太阳能板能够获取的单日最大太阳能热量，根据该单日最大太阳能热量计算闭式模块化平板相变蓄能箱中蓄热所需的箱体单元个数；能够按需求设置所使用的箱体单元个数，箱体单元的储能量与实际所需储能量是匹配的，能够提高箱体单元的利用率，避免浪费。其次，蓄能与所需供能相等，在热源换热时能够具有换热效率高且彻底的优点，箱体单元的蓄能和换热更加顺畅。通过拆卸隔板的方式以改变所供能的箱体单元的数量，操作方便高效且还能够进行还原；在外部环境发生变化时也能够通过调整使用的箱体单元的数量以适应供能需求，可以提高整个闭式模块化平板相变蓄能箱的有效使用率；并且这种闭式模块化平板相变蓄能箱具有适应性强的优点。
附图说明
图1为本发明具体实施方案中的主视图，（图中是将箱体的前表面去掉并将支撑架省略后的视图）。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的左视图。
图4为本发明具体实施方案中的支撑架的横截面示意图。
具体实施方式
下面结合例附图对本发明作进一步的详细说明。
具体实施时：如图1至图4所示，一种闭式模块化平板相变蓄能箱，包括箱体1，在箱体1内沿水平方向间隔设置有多块竖直向上设置的相变蓄能板2，在箱体1中还设置有与相变蓄能板2相互平行设置的至少一块隔板3，隔板3的边沿部具有用于和箱体1内周壁可拆卸连接的连接部，且所述隔板3将箱体1隔离呈相互独立设置多个箱体单元4，每个箱体单元中至少含有一块相变蓄能板2，并且在每个箱体单元4上均设置有进水管接头5和出水管接头6，所述相变蓄能板2相隔形成的空间之间相互导通并使得进水管接头5和出水管接头6之间在箱体内部导通相连。
本技术方案中，通过在箱体内部设置一块或一块以上的隔板将箱体分割成一个或一个以上的相互独立的箱体单元，且隔板是可拆卸的，通过增加或是拆卸隔板使得蓄能箱的使用体积发生变化，进而使得即使是箱体外部的环境发生变化时，也能够通过改变蓄能箱的使用体积使得蓄能箱内部储存的能量趋于稳定，从而使得其能够输出的能量也趋于稳定。因此，本技术方案中的蓄能箱具有适应性强的优点，能够适应不同环境。另外还具有结构简单和方便制造的优点。
其中，隔板与箱体内周壁之间是通过在箱体内周壁上设置卡接槽实现可拆卸连接的。
本具体实施方案中，所述箱体1整体呈矩形体结构，在箱体1的内部底面上沿箱体1的纵向间隔设置有多个支撑架7，所述支撑架7整体呈长条形且支撑架7的长度方向顺箱体1的横向设置，在支撑架7上开设有贯穿其长度方向且开口向上设置的卡槽8，并且所述相变蓄能板2一一对应的卡接固定于支撑架7所具有的卡槽8内。
这样，箱体结构简单，方便箱体的制造和搬运。可以根据供能的需求设置支撑架的数量和相变蓄能板的数量，还能通过改变相邻两个支撑架的间距以达到改变相邻两块相变蓄能板之间的间距，使得箱体内部的供液体流过的通道按需求进行改变，进而提高换热效率。
其中，在箱体的内部顶面上一一对应每一块相变蓄能板均设置支撑架，相变蓄能板的上端卡接固定于所述支撑架上。
这样，设置在箱体内部的相变蓄能板的位置更加稳定牢靠，不易发生松动。
本具体实施方案中，所述相邻两块相变蓄能板2在隔板3所在平面上的投影至少具有部分重叠，并且相邻两块相变蓄能板2上的相对于箱体1中心的外端各自与箱体1横向上的两个内侧壁相贴设置。
这样，相邻两块相变蓄能板之间形成的流道更长，能够使得液体与相变蓄能板的热交换时间更长，换热效率更高。
本具体实施方案中，在所述卡槽8的底面向上设置有截面呈矩形的台阶9且所述台阶9的一个侧面与卡槽8的其中一个侧壁相贴设置，所述卡槽8上与台阶9相对设置的侧面为第一卡接面，台阶9的另一侧面为第二卡接面，卡槽8上的与台阶9相贴的侧面为第三卡接面。
这样，第一卡接面和第二卡接面能够形成第一卡接槽，第一卡接面和第三卡接面能够形成第二卡接槽；能够卡接固定不同厚度的相变蓄能板，设计更加合理。
本具体实施方案中，所述相变蓄能板2包括呈平板盒体状的外壳以及填充于平板盒体状的外壳内的相变材料。
这样，蓄能效果更好，相变蓄能板与外部液体之间的换热面积更大。
本具体实施方案中，所述相变材料的相变温度为0℃至100℃。
这样，相变材料的适应性更强。
本具体实施方案中，在箱体单元4上还设置有与箱体单元4内部导通相连的泄水管接头10。
这样，方便将箱体单元内部的水排出。
本具体实施方案中，所述进水管接头5的进水方向以及泄水管接头10的出水方向均与相邻两块相变蓄能板2之间形成的通道平行设置。
这样，能够使得进水管接头的进水效率更高，泄水管接头的出水效率更高。
本具体实施方案中，所述进水管接头5和泄水管接头10均靠近箱体1底面设置。
这样，进水在箱体单元内的震动和噪声更小；方便泄水管接头将箱体单元内的水排尽。
其中，所述进水管接头5和泄水管接头10在箱体1的横向呈对称设置。
其中，在箱体单元上还设置有与箱体单元内部导通相连的补水管接头11。
本具体实施方案中，所述箱体1为闭式承压式水箱。
这样，箱体与外部大气隔离，箱体内部更加干净，能够减少外部的干扰。使得整个蓄能箱的应用范围更广。
本发明还公开了一种太阳能供热系统供热方法，包括采用太阳能板吸入太阳能热量的步骤，以及在太阳能板下表面设置水箱并通入换热用水吸热的步骤，以及驱动换热用水流至用热单元的步骤，其特点在于，在太阳能板相邻处设置有如权利要求1至9任一权利要求所述的闭式模块化平板相变蓄能箱；本方法还包括以下步骤：
a获取如权利要求1至9任一权利要求所述的闭式模块化平板相变蓄能箱；b再获取太阳能供热系统安装位置的历史最强光照记录，根据历史最强光照记录计算太阳能板能够获取的单日最大太阳能热量，根据该单日最大太阳能热量计算闭式模块化平板相变蓄能箱中蓄热所需的箱体单元个数；c然后在所述闭式模块化平板相变蓄能箱上选取任意连续设置的与供能所需的箱体单元个数对等的箱体单元并拆除相邻两个箱体单元之间的隔板；d保留其中一个最外侧箱体单元上的进水管接头和另外一个最外侧箱体单元上的出水管接头并将箱体单元上的其余的进水管接头和出水管接头封堵；将保留的进水管接头和出水管接头串联到水箱的两端形成吸热用流体循环储热通道；e当水箱内热水接近沸腾时，使水箱内热水流动至闭式模块化平板相变蓄能箱并在吸热用流体循环储热通道内形成循环，热水在流经相邻两块相变蓄能板之间形成的连续流道并完成与相变储能板的换热，完成换热的热源再从出水管接头流出，完成相变蓄能热交换；f当用热单元工作时，驱动吸热用流体循环储热通道里面的换热用水流至用热单元进行换热。
本技术方案中，通过获取太阳能供热系统安装位置的历史最强光照记录，根据历史最强光照记录计算太阳能板能够获取的单日最大太阳能热量，根据该单日最大太阳能热量计算闭式模块化平板相变蓄能箱中蓄热所需的箱体单元个数；能够按需求设置所使用的箱体单元个数，箱体单元的储能量与实际所需储能量是匹配的，能够提高箱体单元的利用率，避免浪费。其次，蓄能与所需供能相等，在热源换热时能够具有换热效率高且彻底的优点，箱体单元的蓄能和换热更加顺畅。通过拆卸隔板的方式以改变所供能的箱体单元的数量，操作方便高效且还能够进行还原；在外部环境发生变化时也能够通过调整使用的箱体单元的数量以适应供能需求，可以提高整个闭式模块化平板相变蓄能箱的有效使用率；并且这种闭式模块化平板相变蓄能箱具有适应性强的优点。

Claims (7)

1.一种闭式模块化平板相变蓄能箱，包括箱体（1），在箱体（1）内沿水平方向间隔设置有多块竖直向上设置的相变蓄能板（2），其特征在于，在箱体（1）中还设置有与相变蓄能板（2）相互平行设置的至少一块隔板（3），隔板（3）的边沿部具有用于和箱体（1）内周壁可拆卸连接的连接部，且所述隔板（3）将箱体（1）隔离呈相互独立设置多个箱体单元（4），每个箱体单元中至少含有一块相变蓄能板（2），并且在每个箱体单元（4）上均设置有进水管接头（5）和出水管接头（6），所述相变蓄能板（2）相隔形成的空间之间相互导通并使得进水管接头（5）和出水管接头（6）之间在箱体内部导通相连；
所述箱体（1）整体呈矩形体结构，在箱体（1）的内部底面上沿箱体（1）的纵向间隔设置有多个支撑架（7），所述支撑架（7）整体呈长条形且支撑架（7）的长度方向顺箱体（1）的横向设置，在支撑架（7）上开设有贯穿其长度方向且开口向上设置的卡槽（8），并且所述相变蓄能板（2）一一对应的卡接固定于支撑架（7）所具有的卡槽（8）内；
在所述卡槽（8）的底面向上设置有截面呈矩形的台阶（9）且所述台阶（9）的一个侧面与卡槽（8）的其中一个侧壁相贴设置，所述卡槽（8）上与台阶（9）相对设置的侧面为第一卡接面，台阶（9）的另一侧面为第二卡接面，卡槽（8）上的与台阶（9）相贴的侧面为第三卡接面；
所述相变蓄能板（2）包括呈平板盒体状的外壳以及填充于平板盒体状的外壳内的相变材料。
2.如权利要求1所述的闭式模块化平板相变蓄能箱，其特征在于，相邻两块相变蓄能板（2）在隔板（3）所在平面上的投影至少具有部分重叠，并且相邻两块相变蓄能板（2）上的相对于箱体（1）中心的外端各自与箱体（1）横向上的两个内侧壁相贴设置。
3.如权利要求1所述的一种闭式模块化平板相变蓄能箱，其特征在于，所述相变材料的相变温度为0℃至100℃。
4.如权利要求1所述的一种闭式模块化平板相变蓄能箱，其特征在于，在箱体单元（4）上还设置有与箱体单元（4）内部导通相连的泄水管接头（10）。
5.如权利要求4所述的一种闭式模块化平板相变蓄能箱，其特征在于，所述进水管接头（5）的进水方向以及泄水管接头（10）的出水方向均与相邻两块相变蓄能板（2）之间形成的通道平行设置。
6.如权利要求5所述的一种闭式模块化平板相变蓄能箱，其特征在于，所述进水管接头（5）和泄水管接头（10）均靠近箱体（1）底面设置。
7.一种太阳能供热系统供热方法，包括采用太阳能板吸入太阳能热量的步骤，以及在太阳能板下表面设置水箱并通入换热用水吸热的步骤，以及驱动换热用水流至用热单元的步骤，其特征在于，在太阳能板相邻处设置有如权利要求1至6任一权利要求所述的闭式模块化平板相变蓄能箱；本方法还包括以下步骤：
a获取如权利要求1至6任一权利要求所述的闭式模块化平板相变蓄能箱；b再获取太阳能供热系统安装位置的历史最强光照记录，根据历史最强光照记录计算太阳能板能够获取的单日最大太阳能热量，根据该单日最大太阳能热量计算闭式模块化平板相变蓄能箱中蓄热所需的箱体单元个数；c然后在所述闭式模块化平板相变蓄能箱上选取任意连续设置的与供能所需的箱体单元个数对等的箱体单元并拆除相邻两个箱体单元之间的隔板；d保留其中一个最外侧箱体单元上的进水管接头和另外一个最外侧箱体单元上的出水管接头并将箱体单元上的其余的进水管接头和出水管接头封堵；将保留的进水管接头和出水管接头串联到水箱的两端形成吸热用流体循环储热通道；e当水箱内热水接近沸腾时，使水箱内热水流动至闭式模块化平板相变蓄能箱并在吸热用流体循环储热通道内形成循环，热水在流经相邻两块相变蓄能板之间形成的连续流道并完成与相变储能板的换热，完成换热的热源再从出水管接头流出，完成相变蓄能热交换；f当用热单元工作时，驱动吸热用流体循环储热通道里面的换热用水流至用热单元进行换热。
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