CN109140805A - 一种笼屉式相变蓄热水箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种笼屉式相变蓄热水箱，包括箱体(3)，以及放置在箱体(3)内部的蓄热组件，所述蓄热组件包括通过金属杆(2)连接的自上而下设置的多层支撑网(4)，放置于支撑网(4)上部的相变核(6)。与现有技术相比，本发明可提高太阳能利用效率，多相变使水箱内形成温度梯度，提高需求侧供暖系统效率，且能够方便快速地更换相变材料。

Description

一种笼屉式相变蓄热水箱

技术领域

本发明涉及一种蓄热水箱，尤其是涉及一种笼屉式相变蓄热水箱。

背景技术

太阳能是一种清洁、高效、可再生的新能源，太阳能产业应用发展广泛，而最早应用最普遍也最成熟的技术则是光热转换技术，产量大，成本低。

太阳能光热转化技术中，储热是关键，目前最普遍的方式是利用水的显热进行储热，其优点的成本低，水的比热容较大，但缺点是水箱体积较大，水箱内部换热不稳定不充分，储热量也有一定限制。

市场上已经出现的另一种储热方式是利用相变材料蓄热，相变材料在其蓄热的过程中利用物质的相态变化，除了储存显热，更产生更大的潜热，且温度波动很小，近乎不变。但相变材料在多次使用后会出现性能衰退或失效的问题，通常表现为结晶、析出，虽然通过加入成核剂，部分相变材料性能会有改善，但仍然不能避免这些现象发生。所以对于相变水箱的应用并不普遍，主要因为相变材料更换是一个难题。

中国专利CN201620491498.0公布了一种可更换相变蓄热模块的相变蓄热水箱，包括具有内腔的保温箱体和可拆卸设置在所述保温箱体内的多个相变蓄热模块，所述相变蓄热模块包括圆管状的金属管壳和装于所述金属管壳内的相变蓄热材料；所述相变蓄热材料装于所述金属管壳的中部，所述金属管壳内两端由内向外依次设置弹性保温材料和可拆卸的模块端盖。该专利能够拆解相变核，但效率较低，且应用范围受到一定限制。

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一种笼屉式相变蓄热水箱。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种笼屉式相变蓄热水箱，包括箱体，以及放置在箱体内部呈笼屉式的蓄热组件，所述蓄热组件包括通过金属杆连接的自上而下设置的多层支撑网，以及放置于支撑网上部的相变核。

进一步的，所述相变核包括密封的壳体和装填在壳体中的相变材料，不同相变核中装填有相变温度不同的相变材料。

进一步的，按照相变温度由高到低，竖向由上到下安装相变核。

进一步的，所述相变核的相变材料温度变化范围为30-80℃。

进一步的，所述相变核分梯度采用多种相变材料置于不同相变核中，利用不同相变温区，使水箱内形成竖向分层，上下层水温产生温差，提高太阳能的利用效率和供暖系统热利用效率。

更进一步的，用不同相变材料造成水箱内水温梯度分层，充分利用水箱不同分层之间的温差，提高集热效率和太阳能供暖热效率，同时为不同的用水方式匹配最佳用水点高度，实现能量梯级利用。

更进一步的，相变材料分梯度布置，分别取50-80℃和30-50℃两种相变材料，置于上下相变核中。当选取70-80℃和40-50℃温度区间时可用于直接供暖和生活热水；当选取50-60℃和30-40℃温度区间时可用于地板辐射采暖等。

更进一步的，所述壳体为扁盒形，上部中心设有相变核封口，沿垂直其上下表面方向均匀分布有多条贯通的水通道。

更进一步优选的，所述相变核封口采用螺纹旋钮式封口，保证相变核上部水平没有突出，以方便采用较多相变核时平稳堆叠，采用螺纹旋钮式封口，以防止相变材料在发生相态变化时体积改变而产生泄漏。

更进一步优选的，所述水通道截面呈圆形，相邻两层的相变核上的水通道位置错开，呈叉流排列，在上下层产生温差时，增大水流扰动性，使换热更加充分。

更进一步优选的，所述水通道的半径为相变核半径的1/5-1/3。

更进一步优选的，所述相邻两层相变核之间设置有与外界用水进行换热的换热盘管。

更进一步的，所述换热盘管安装于最上层相变核上方，或最下层相变核下方。

进一步的，所述相变核外径小于箱体内径，差值大于50mm用于安置换热盘管，辅助太阳能集热，避免太阳能热水、采暖末端用水及生活热水混水，保证水质要求。

进一步的，所述蓄热组件上端设有上端盖，所述上端盖边缘凸出于金属杆，便于将蓄热组件从水箱中取出。

进一步的，所述箱体顶端设置有太阳能热水入口，下端设置有冷水出口。

相变核安装方式：所述上端盖边缘凸出于金属杆，便于将储能组件从箱体内取出，依靠金属杆与支撑网搭建竖向梯度，将相变核置于支撑网上，在水箱端盖开启关闭时连通动作更换方便。

经太阳能集热的热水从上端进入蓄热水箱，通过第一层相变核，将一部分热量储存到相变材料中，再经过第二层相变核，将一部分热量储存在相变材料中，相变材料中间设置有换热盘管，外界冷水通过换热盘管与相变材料中的热量进行换热，提高用水温度，根据不同温度用水的需求，换热盘管可设置在不同相变核之间，或相变核与水箱的顶部或底部之间。使用一段时间后，若相变材料出现性能衰退或失效的问题，将储能组件取出，将相变核从支撑网上移出并更换，重新放入水箱。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)用不同相变材料造成水箱内水温梯度分层，充分利用水箱不同分层之间温差，提高集热效率和太阳能供暖热效率，同时为不同的用水方式匹配最佳用水点高度，实现能量梯级利用；

(2)将相变核置于支撑网上，来固定相变核在水箱中的高度位置，便于拆卸更换；

(3)采用相变材料蓄热，改善原始仅用水作为蓄热介质蓄热量小且体积大的缺点。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明中相变核的结构示意图；

图3为本发明中相变核的水平剖面图；

图4为本发明水箱上端盖的示意图；

图5为本发明中相变核安装水箱上端盖的示意图。

图中标号所示：

1、上端盖，2、金属杆，3、箱体，4、支撑网，5、相变核封口，6、相变核，7、换热盘管，8、水通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种笼屉式相变蓄热水箱，如图1所示，包括箱体3，以及放置在箱体3内部呈笼屉式的蓄热组件，蓄热组件包括通过金属杆2连接的自上而下设置的多层支撑网4，以及放置于支撑网4上部的相变核6。相变核6包括密封的壳体和装填在壳体中的相变材料，不同相变核6中装填有相变温度不同的相变材料，按照其相变温度由高到低，竖向由上到下安装相变核6。相变核6中的相变材料温度变化范围为30-80℃。相变核分梯度采用多种相变材料置于不同相变核中，利用不同相变温区，使水箱内形成竖向分层，上下层水温产生温差，提高太阳能的利用效率和供暖系统热利用效率。不同相变材料造成水箱内水温梯度分层，充分利用水箱不同分层之间的温差，提高集热效率和太阳能供暖热效率，同时为不同的用水方式匹配最佳用水点高度，实现能量梯级利用。分别取50-80℃和30-50℃两种相变材料，置于上下相变核6中。当选取70-80℃和40-50℃温度区间时可用于直接供暖和生活热水；当选取50-60℃和30-40℃温度区间时可用于地板辐射采暖等。相变核6为扁盒形，上部中心设有相变核封口5，沿垂直其上下表面方向均匀分布有多条贯通的水通道8。相变核封口5为内陷形式，采用螺纹旋钮，保证相变核6上部水平没有突出，以方便采用较多相变核时平稳堆叠，采用螺纹旋钮式封口，以防止相变材料在发生相态变化时体积改变而产生泄漏。水通道8截面呈圆形，相邻两层的相变核6上的水通道8位置错开，呈叉流排列，在上下层产生温差时，增大水流扰动性，使换热更加充分。水通道8的半径为相变核6半径的1/5-1/3。相邻两层相变核6之间设置有与外界用水进行换热的换热盘管7。换热盘管7安装于最上层相变核6上方，或最下层相变核6下方。相变核6外径小于箱体3内径，差值大于50mm，用于安置换热盘管7，辅助太阳能集热，避免太阳能热水、采暖末端用水及生活热水混水，保证水质要求。蓄热组件上端设有上端盖1，上端盖1边缘凸出于金属杆2，便于将蓄热组件从水箱中取出。箱体3顶端设置有太阳能热水入口，下端设置有冷水出 口。

蓄热水箱的安装方式如下所示：

(1)根据图2-图3所示，设置两个相变核6壳体，分别为上层相变核和下层相变核，在其内部填充相变材料，为保证最大填充率，可选择直接熔融灌装，但根据不同相变材料自身特性可选择不同的填充方式，不限制于熔融灌装，填充好后旋紧封口；

(2)根据图4-图5制作笼屉式水箱上端盖1，本实施例中选取金属焊接，但不限制于这种连接方式；

(3)将步骤(1)和(2)的相变核6与笼屉式水箱上端盖1进行组装。将相变核6放置于支撑网4上，以固定相变核6在竖直方向的高度；

(4)制作水箱外箱体3，接口处进行严格密封，以避免水箱漏水，密封后灌入适量水进行密封性测试，完成后将其与步骤(3)中已经组装好的相变组装体进行整合，同样对接口处严格密封；

(5)将步骤(4)组装好的水箱进行箱体3外保温，以避免热量散失，影响换热效果。

本实施例中，相变材料为预先制备，性能稳定的有机相变蓄热材料或无机相变材料。

本实施例中，水箱外壳箱体3形状为圆柱形，高度远大于直径尺寸。有利于竖向分层充分，且减小水箱占地面积。

本实施例中，经太阳能集热的热水从上端进入蓄热水箱，通过第一层相变核，将一部分热量储存到相变材料中，再经过第二层相变核，将一部分热量储存在相变材料中，相变材料中间设置有换热盘管7，外界冷水通过换热盘管7与相变材料中的热量进行换热，提高用水温度，根据不同温度用水的需求，换热盘管7可设置在不同相变核6之间，或相变核6与水箱的顶部或底部之间。使用一段时间后，若相变材料出现性能衰退或失效的问题，将储能组件取出，将相变核6从支撑网4上移出并更换，重新放入水箱。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改 进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种笼屉式相变蓄热水箱，其特征在于，包括箱体(3)，以及放置在箱体(3)内部呈笼屉式的蓄热组件，所述蓄热组件包括通过金属杆(2)连接的自上而下设置的多层支撑网(4)，以及放置于支撑网(4)上部的相变核(6)。

2.根据权利要求1所述的一种笼屉式相变蓄热水箱，其特征在于，所述相变核(6)包括密封的壳体和装填在壳体中的相变材料，不同相变核(6)中装填的相变材料的相变温度不同。

3.根据权利要求2所述的一种笼屉式相变蓄热水箱，其特征在于，按照相变温度由高到低，竖向由上到下安装相变核(6)。

4.根据权利要求2所述的一种笼屉式相变蓄热水箱，其特征在于，所述壳体呈扁盒形，其上部中心设有相变核封口(5)，在壳体上还垂直分布有多条贯通的水通道(8)。

5.根据权利要求4所述的一种笼屉式相变蓄热水箱，其特征在于，所述相变核封口(5)采用螺纹旋钮式封口。

6.根据权利要求4所述的一种笼屉式相变蓄热水箱，其特征在于，所述水通道(8)截面呈圆形，相邻两层的相变核(6)上的水通道(8)位置错开，呈叉流排列。

7.根据权利要求4所述的一种笼屉式相变蓄热水箱，其特征在于，所述水通道(8)的半径为相变核(6)半径的1/5-1/3。

8.根据权利要求1所述的一种笼屉式相变蓄热水箱，其特征在于，所述相邻两层相变核(6)之间设置有与外界用水进行换热的换热盘管(7)。

9.根据权利要求8所述的一种笼屉式相变蓄热水箱，其特征在于，所述相变核(6)外径小于箱体(3)内径，所述换热盘管(7)安置在蓄热组件与箱体(3)的间隙中。

10.根据权利要求1所述的一种笼屉式相变蓄热水箱，其特征在于，所述蓄热组件上端设有上端盖(1)，所述上端盖(1)边缘凸出于金属杆(2)。