CN108731094A - 一种无水箱双温蓄热供暖热水设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种无水箱双温蓄热供暖热水设备，包括上部快接式盖体，下部不锈钢壳体，内胆结构；其中上部快接式盖体分为两部分，第一部分包括航空接口、进水口、出水口，水系统管路、水泵、过滤器、膨胀罐、水流开关、压力及温度测点、第二部分包括主控电路及PLC控制电路；下部不锈钢壳体包括内胆、内胆与壳体之间的保温层、内胆外表面帖附碳晶加热片；其中内胆结构包括内部换热管、内部温度测点、相变蓄热材料、金属网架。通过多个内胆结构的组配，进出口与外部末端散热设备连接，可为用户提供持续稳定的采暖和生活热水供应，占地面积小，储热效率高，布置灵活。
Description
技术领域
本发明属于相变储能及换热器技术领域，特别涉及一种无水箱双温蓄热供暖热水设备。
背景技术
我国电力市场进行转型阶段，未来的能源市场，以清洁能源和可再生能源的比例将会增加，传统化石能源的消耗及带来的环境污染问题促进了节能减排及储能技术的发展。
常规情况下，供冷、供热也以电能为能源，电网用能本身存在峰谷问题，有些地区出项拉闸限电问题。储能技术可以将剩余电力、太阳能、工业生产领域不连续、不稳定的能量储存起来，解决能源供给侧与用户用能侧在时间和空间上的不匹配。
家庭采暖及热水供应方面，市场痛点在于1-加热时间长；2-有较大体积的水箱，一则占地面积较大，二则水垢问题较为严重；3-热水出水慢；常规供热及热水采用锅炉与水箱结合的组合方式，结构臃肿；或用沉浸式加热器，有安全隐患；蓄热量低，运行经济性较差，不能充分利用峰谷电价差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种紧凑型热电池解决方案，以安全、可持续的方式存储热能，结构可靠，产品内胆模块化，可根据用户面积灵活组配，不需要分体式水箱，体积小，布置方便；可结合太阳能与新型热泵进行热量存储，利用用电低峰时段加热和蓄热，热量输出平稳、加热温度及时段可控、有效解决换热效率低、控制效率低等根本问题的无水箱双温蓄热供暖热水设备，同时提供智能的人机交互界面，可视化和远程控制。
本发明的技术方案。
包括上部快接式盖体，下部不锈钢壳体，内胆结构；其中上部快接式盖体分为两部分，第一部分包括航空接口、进水口、出水口，水系统管路、水泵、过滤器、膨胀罐、水流开关、压力及温度测点、第二部分包括主控电路及PLC控制电路；下部不锈钢壳体包括内胆、内胆与壳体之间的保温层、内胆外表面帖附碳晶加热片；其中内胆结构包括内部换热管、内部温度测点、相变蓄热材料、金属网架。
优选地，所述的上部快接式壳体为L型结构，与下部不锈钢壳体连接采用气动压杆或弹簧压杆；内部分为两部分，俯视前侧部分为水系统，水系统通过进水口与出水口与下部的内胆结构连接，后侧部分为PLC控制电路，接线通过航空接口与前侧水系统测控与下部测控线连接。
优选地，所述的内胆结构壳体采用航空铝或铝合金材质的一种，内部换热管采用双层T2紫铜管蛇形布置。
优选地，所述的相变蓄热材料包括主体材料、悬浮剂、成核剂、导热增强剂其中，第一组模块主体材料采用工业级97%以上的三水合醋酸钠，质量分数为90%wt，第一悬浮剂为德固萨A200亲水性气相二氧化硅，质量分数2%-8%，第二悬浮剂为羧甲基纤维素（CMC），质量分数0.5%-1%，成核剂为醋酸锌，质量分数为1%-2%，导热增强剂为密度为1.4-1.5g/cm3的泡沫铜粉，质量分数为1%-5%；第二组模块主体材料采用八水合氢氧化钡，质量分数86%-98.5%，成核剂磷酸二氢钾0.5%-3%，增稠剂膨胀石墨1%-10%，水0%-1%。
优选地，所述的金属网架采用泡沫金属，如泡沫铝。
优选地，所述的电加热装置为碳晶加热装置。
优选地，所述的内胆采用多模块组配，靠近入水口侧为第一组模块，采用75~95℃相变材料；靠近靠近出水口侧为第二组模块，采用60~75℃相变材料。
优选地，所述的内胆采用多模块组配，第一模块采用75~95℃相变材料，第二模块采用60~75℃。
优选地，所述的PLC控制电路包括主控电路板、触摸屏、无线模块、继电器及接触器、报警模块。
与现有技术相比，本发明有益效果是。
1、不需要分体式水箱及沉浸式加热器，占地面积小，避免水电接触的安全隐患，可安置于厨房水池下部空间、阳台空间。
2、内胆内部的相变储能材料中等间距布置蛇形换热管，增设多孔金属网架，有效避免相变储能材料导热率低的问题，使设备能够平稳恒定地进行换热。
3、采用双温蓄热，利用不同相变点的相变材料实现阶梯蓄热，能量利用率高。
4、结合谷价电、太阳能和其他可再生能源，构建低运行成本MCHP系统。
5、采用PLC温控，实现了设备运行温度、时间可控，可视化和远程APP控制。
附图说明：
图1是发明一种无水箱双温蓄热供暖热水设备外观示意图。
图2是发明一种无水箱双温蓄热供暖热水设备上部快接式壳体结构示意图。
图3是发明一种无水箱双温蓄热供暖热水设备上部快接式壳体俯视图。
图4是发明一种无水箱双温蓄热供暖热水设备下部不锈钢壳体结构示意图。
图5是发明一种无水箱双温蓄热供暖热水设备下部不锈钢壳体俯视图。
图6是发明一种无水箱双温蓄热供暖热水设备内胆结构示意图。
图7是发明一种无水箱双温蓄热供暖热水设PLC控制电路示意图。
其中，快接式上盖1，下部不锈钢壳体2，内胆结构3，水系统管路4，压力传感5，温度传感器6，膨胀罐7，水泵8，过滤器9，水流开关10，PLC控制电路11，航空接口12，进水口13，出水口14，触屏界面15，保温内衬16，碳晶加热器17，测温热电偶18，相变材料19，换热管20，金属网架21，内凹提手22，电源线23，内胆进出水口24。
具体实施方式
实施例1。
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步地描述，如图1所示，一种无水箱双温蓄热供暖热水设备，包括上部快接式盖体1，下部不锈钢壳体2，内胆结构3；其中上部快接式盖体分为两部分，第一部分包括航空接口12、进水口13、出水口14，水系统管路4、压力传感5、温度传感6、膨胀罐7、水泵8、过滤器9、水流开关10；第二部分包括主控电路及PLC控制电路11；下部不锈钢壳体2包括内胆3、内胆与壳体之间的保温16层、内胆外表面帖附碳晶加热片17；其中内胆结构3包括内部温度测点18、相变蓄热材料19、内部换热管20、金属网架21。
上部快接式壳体1为L型结构，与下部不锈钢壳体2连接采用气动压杆或弹簧压杆；内部分为两部分，俯视前侧部分为水系统，水系统通过进水口13与出水口14与下部的内胆结构3连接，后侧部分为PLC控制电路11，接线通过航空接口12与前侧水系统测控与下部测控线连接。
工作原理。
分为两个过程：蓄热过程和放热过程。
蓄热。
工况1。
用户通过远程APP或者触屏界面15设定所需供热温度，PLC控制电路11接收指令后，经继电器及接触器控制管路阀门，开启碳晶加热17，碳晶加热片17通过内胆3铝合金表面经热量传导入内部相变储热材料19，金属网架21起到热桥的作用，相变材料19吸热熔融由固体转变为液体，达到设定温度，完全熔融后，蓄热过程结束。
工况2。
光热组件产生热水后经设备入水口进入设备，流经内胆3内部的紫铜管20，通过紫铜管20壁面和金属网架21将热量传导给相变材料19，相变材料19吸热后由固态转变为液态，达到设定温度，完全熔融后，蓄热过程结束。
放热。
温度到达设定温度，温度传感器6将信号传输至PLC控制电路11，PLC发送指令控制管路，调整为放热模式，系统回路供热介质经过换热管20，吸收相变材料19存储的热量，温度升高，达到设定供热温度，供给用户。
在实际使用过程中，保温层16用于减少内胆3热量损失，进出口给水管24横向布置，起到换热介质的集汇和均压作用，换热铜管20设置于内胆3内部，用于外部热源向内胆3存蓄热量以及内部相变材料19向使用侧释放热量，相变材料19通过固液态转换来储存及释放热量，金属网架21为相变材料19和换热管20内的介质提供高热导率热桥，提升换热效率，减小相变储能材料的过冷度，测温热电偶18的作用是获取相变材料19内部温度，与PLC控制电路11联动，减少人工操作。
本实施例一种无水箱双温蓄热供暖热水设备的外形尺寸为长×宽×高：650×600×600mm，储热量43.2MJ，相变储能材料为经过调制的三水醋酸钠，蓄热量259.4KJ/L（45~85℃）。换热管采用T2紫铜管。经试验，入水温度35℃，出水温度49℃，可持续供热8小时，满足300平米办公室日常供热需求。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改本本领域的技术人员将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以子在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示实施例，并不用于限制本发明，凡采用同等替换或者等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种无水箱双温蓄热供暖热水设备，其特征在于，包括上部快接式盖体，下部不锈钢壳体，内胆结构；其中上部快接式盖体分为两部分第一部分包括航空接口、进水口、出水口，水系统管路、水泵、过滤器、膨胀罐、水流开关、压力及温度测点、第二部分包括主控电路及PLC控制电路；下部不锈钢壳体包括内胆、内胆与壳体之间的保温层、内胆外表面帖附碳晶加热片；其中内胆结构包括内部换热管、内部温度测点、相变蓄热材料、金属网架。
2.根据权利要求1所述的一种无水箱双温蓄热供暖热水设备，其特征在于，所述的上部快接式壳体为L型结构，与下部不锈钢壳体连接采用气动压杆或弹簧压杆；内部分为两部分，俯视前侧部分为水系统，水系统通过进水口与出水口与下部的内胆结构连接，后侧部分为PLC控制电路，接线通过航空接口与前侧水系统测控与下部测控线连接。
3.根据权利要求1所述的一种无水箱双温蓄热供暖热水设备，其特征在于，所述的内胆结构壳体采用航空铝或铝合金材质的一种，内部换热管采用双层T2紫铜管蛇形布置。
4.根据权利要求1所述的一种无水箱双温蓄热供暖热水设备，其特征在于，所述的相变蓄热材料包括主体材料、悬浮剂、成核剂、导热增强剂，第一组模块主体材料采用工业级97%以上的三水合醋酸钠，质量分数为90%wt，第一悬浮剂为德固萨A200亲水性气相二氧化硅，质量分数2%-8%，第二悬浮剂为羧甲基纤维素（CMC），质量分数0.5%-1%，成核剂为醋酸锌，质量分数为1%-2%，导热增强剂为泡沫铜粉，质量分数为1%-5%，密度为1.4-1.5g/cm3；第二组模块主体材料采用八水合氢氧化钡，质量分数86%-98.5%，成核剂磷酸二氢钾0.5%-3%，增稠剂膨胀石墨1%-10%，水0%-1%。
5.根据权利要求1所述的一种无水箱双温蓄热供暖热水设备，其特征在于，所述的多孔金属网架采用泡沫金属，泡沫铝或泡沫镍。
6.根据权利要求1所述的一种无水箱双温蓄热供暖热水设备，其特征在于，所述的电加热装置为碳晶加热装置。
7.根据权利要求1所述的一种无水箱双温蓄热供暖热水设备，其特征在于，所述的内胆采用多模块组配，靠近入水口侧为第一组模块，采用75~95℃相变材料；靠近靠近出水口侧为第二组模块，采用60~75℃相变材料。
8.根据权利要求1所述的一种无水箱双温蓄热供暖热水设备，其特征在于，所述的内胆采用阶梯式结构，上部突出部分侧面为进水口、出水口，均采用金属材质快接。
9.根据权利要求1所述的一种无水箱双温蓄热供暖热水设备，其特征在于，所述的PLC控制电路包括主控电路板、无线模块、继电器及接触器、报警模块。
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|---|---|---|---|---|
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