CN109579126A - 一种充蓄式太阳能热风取暖器 - Google Patents

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周位华
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Abstract

本发明公开了一种充蓄式太阳能热风取暖器，包括保温箱、第一风机、第二风机、相变蓄热体、混风箱及风口壳体；保温箱内设置有腔体，腔体的一端设置第一进风风道，腔体的另一端设置热风风道；第一风机安装在第一进风风道的进口端；热风风道与混风箱的连通；混风箱的底部与第二进风风道连通，第二进风风道的进口处设置有第二风机；混风箱的上端与风口壳体连接；相变蓄热体设置在保温箱的腔体内，保温箱的一侧设有蓄热进风口，另一侧设有蓄热出风口；蓄热进风口和蓄热出风口分别与太阳能空气集热器的充蓄出风口和充蓄进风口连通；本发明本发明通过采用双风道供热，供热时分别从双风道流出的冷热风在混风箱内混合，实现了到达出风口的热风稳定。

Description

一种充蓄式太阳能热风取暖器
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，特别涉及一种充蓄式太阳能热风取暖器。
背景技术
中国西部大部分地区太阳辐射强，冬季气温低，因此需要对建筑进行供暖；在大多数农村地区，集中供暖是不现实的，因此分散供暖就成了建筑供暖的主要方式。在这些建筑供暖过程中开发利用太阳能，调整建筑用能结构，大幅降低化石能源的使用，实现清洁供热，达到节能减排的目的。
近年来，以直接受益窗、集热蓄热墙、附加阳光间以及其组合的太阳能被动利用技术的推广使用，极大地推动了被动式建筑的发展，解决了一系列的建筑供暖问题，但是又带来了昼夜温差大等一系列新的问题。目前在这些地区，太阳能热风集热器的推广，可以协调太阳周期性，解决夜间供暖的问题，但又由于其设备系统过大，前期投资大等问题限制了其大规模的发展。如果可以实现家庭各房间的分散供暖，一个太阳能热风集热器就可以为多户进行供暖，提高太阳能的利用率。
由于白天阳光充足、夜间气温较低的特点，使得在白天时建筑内部温度较高，在夜间才需要供暖，并且供暖时间不长，供暖的需求量也不是很大。针对短期使用的供暖设备问题，目前大多数的产品以电、燃气以及燃油为热源，这就使得设备的投资费用以及运行费用较高，同时使用化石燃料作为热源，不利于能源的转型以及国家节能减排战略。因此研究分析供暖的集中时间段以及供暖需求量，找到适合该地区的短时供暖设备尤为重要，对于推动太阳能在全国范围内的有效使用具有重要的意义。目前，太阳能热风取暖器还存在很多问题，比如蓄热不均匀、蓄热板温度不高、散热严重、蓄热量不足、出风温度不可控等，严重影响了太阳能热风取暖器的推广使用。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种充蓄式太阳能热风取暖器，通过优化取暖器内的送风通道，提高对太阳能的利用率。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种充蓄式太阳能热风取暖器，包括保温箱、第一风机、第二风机、相变蓄热体、混风箱及风口壳体；保温箱内设置有腔体，腔体的一端设置第一进风风道，腔体的另一端设置热风风道；第一风机安装在第一进风风道的进口端；第一进风风道的进口端与外界空气连通，出口端与腔体连通；热风风道的一端与腔体连通，热风风道的另一端与混风箱的连通；混风箱的底部与第二进风风道连通，第二进风风道的进口处设置有第二风机；混风箱的上端与风口壳体连接；相变蓄热体设置在保温箱的腔体内，保温箱的一侧设置有蓄热进风口，另一侧设置有蓄热出风口；蓄热进风口和蓄热出风口分别与太阳能空气集热器的充蓄出风口和充蓄进风口连通。
进一步的，相变蓄热体包括若干个相变蓄热单元，单个相变蓄热单元内设为蜂窝状结构，蜂窝状结构内封装有相变蓄热材料。
进一步的，相变蓄热体采用长方体结构，相邻两层相变蓄热单元交错分布，相变蓄热体的顶部和底部设置空气通道；相变蓄热材料采用石蜡，并将石蜡封装在相变蓄热单元内的蜂窝状结构。
进一步的，混风箱内还设置有挡风板，挡风板将混风箱分隔为上部混风室和下部混风室；上部混风室内还设置有加热元件。
进一步的，还包括温度传感器和控制器，温度传感器设置在风口壳体上，温度传感器与控制器连接，控制器用于控制第一风机和第二风机。
进一步的，第一进风风道的出口端设置有旋转保温风阀，旋转保温风阀的保温扇面采用XPS挤塑板制作；第二进风风道上设置有常温风阀。
进一步的，保温箱包括金属外壳和紧贴外壳设置的保温材料；外壳为金属外壳，采用镀锌钢板制作；保温材料采用XPS挤塑板。
进一步的，风口壳体的出口处设置导流叶片。
进一步的，第一进风风道的进口端处设置有进风过滤网，第二进风风道的进口处还设置有进风过滤网。
进一步的，蓄热进风口靠近保温箱箱底设置，蓄热出风口靠近保温箱箱顶设置；蓄热进风口上设置充蓄进风旋塞接头A，蓄热出风口上设置充蓄出风旋塞接头B；充蓄进风旋塞接头A(18)和充蓄出风旋塞接头B采用旋塞进行封闭。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种充蓄式太阳能热风取暖器，利用太阳能热风集热器对本发明取暖器进行充蓄热能，一方面增加太阳能热风集热器的利用率，提供其经济性；另一方面缩短了取暖器蓄热时间，提高了蓄热体的蓄热温度，延长了单用太阳热能的使用时间；本发明通过采用双风道供热，供热时一个为热风风道，一个为常温风道，分别从双风道流出的冷热风在混风箱内混合，实现了到达出风口的热风稳定；
进一步的，混风箱内设置挡风板，实现了混风箱内空气的充分混合；
进一步的，在出风口处设置温度传感器及设置控制器，根据温度传感器的反馈结果通过控制器调节控制两个风机的转速，从而调节冷热风的风量，达到出口空气温度稳定的目的；当风量小时可以调节两风机的转速同时不改变出风温度；
进一步的，采用设置加热元件，当蓄热板内热量足够时，通过调节两个风机的转速来调节出风温度；当蓄热板内热量较少不能达到设定温度时，开启加热元件对空气进行加热，从而使得出风口温度恒定；
进一步的，热风取暖器保温箱体采用XPS挤塑聚苯板增加其保温性能；
进一步的，在第一进风风道的出口端，即在第一风机和相变蓄热体之间设置旋转保温风阀，当系统运行时，保温风阀旋转打开通道；当系统停止运行时，保温风阀旋转关闭；在常温风进口端设置风阀控制常温风道的启闭，当系统需要常温风时，旋转保温风阀阀门打开，当无需常温风时，旋转保温风阀阀门关闭；减少箱体内的热量散失；
进一步的，太阳能热风取暖器在箱体底部设置带有刹车装置的万向脚轮，使得取暖器箱体可以水平360°旋转，更方便于太阳能热风取暖器的移动和固定；太阳能热风取暖器箱体上安装有推拉扶手，便于操作者掌控取暖器。
附图说明
图1为本发明与热风集热器结合的示意图；
图2为本发明的俯视示意图；
图3为本发明的正视示意图；
图4为本发明的左视示意图；
图5为本发明中旋转保温风阀结构示意图；
图6为本发明中旋转保温风阀的活动保温扇面结构示意图
图7为旋塞接头结构示意图；
图8为旋塞结构示意图；
图9为相变蓄热体立体结构示意图；
图10为相变蓄热体侧面结构示意图。
其中1保温箱，2第一风机，3第二风机，4相变蓄热体，5第一进风风道，6热风风道，7第二进风风道，8常温风阀，9混风箱，10挡风板，12加热元件，13风口壳体，14温度传感器，15导流叶片，16蓄热进风口，17蓄热出风口；18充蓄进风旋塞接头A，19充蓄出风旋塞接头B，20充蓄进风旋塞接头a，21充蓄出风旋塞接头b，22充蓄进风阀门，23充蓄出风阀门，24旋塞，25进风过滤网，26旋转保温风阀，29保温扇面，30控制器，31推拉扶手，32万向轮，33太阳能空气集热器，34集热风机，41相变蓄热单元。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围；下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
参考附图1-8所示，本发明一种太阳能充蓄式热风取暖器，包括保温箱1、第一风机2、第二风机3、相变蓄热体4、第一进风风道5、热风风道6、第二进风风道7、混风箱9、加热元件12、风口壳体13、温度传感器14及导流叶片15；
保温箱1内设置有腔体，腔体的一端设置有第一进风风道5，腔体的另一端设置热风风道6；第一进风风道5的进口端与外界空气连通，第一进风风道5的进口端处设置有进风过滤网25，第一进风风道5的出口端与腔体连通；第一风机2安装在第一进风风道5的进口端，第一风机2采用可调速热风风机；旋转保温风阀26设置在第一进风风道5的出口端，旋转保温风阀26包括四块固定保温扇面和四块活动的保温扇面，旋转保温风阀26打开时，四块活动的保温扇面旋转至与固定保温扇面重合，在关闭状态下活动的保温扇面关闭实现保温封闭效果；保温扇面29采用25mm厚的XPS挤塑板制作，旋转保温风阀26与电磁旋转电动机连接；
热风风道6的一端与腔体连通，热风风道6的另一端与混风箱9的连通；保温箱1的一侧设置有蓄热进风口16，另一侧设置有蓄热出风口17；蓄热进风口16靠近保温箱1箱底设置，蓄热出风口17靠近保温箱1箱顶设置；蓄热进风口16和蓄热出风口17均与腔体连通，蓄热进风口16上设置充蓄进风旋塞接头A18，蓄热出风口17上设置充蓄出风旋塞接头B19；热风取暖器放热过程中，充蓄进风旋塞接头A18和充蓄出风旋塞接头B19采用旋塞24进行封闭。
混风箱9内设置有水平挡风板10；挡风板10将混风箱9分隔为下部混风室和上部混风室；挡风板10用于减小进风风速，促进由第二进风风道7进入下部混风室的冷风与由热风风道6进入下部混风室的热风充分混合，形成稳定风流；
下部混风室的通过热风风道6与腔体连通，下部混风室的底部与第二进风风道7连通；第二进风风道7上设置有常温风阀8，第二进风风道7的进口处设置有第二风机3，第二风机3采用可调速常温风机；第二进风风道7的进口处还设置有进风过滤网25；
上部混风室的上端与风口壳体13连通，风口壳体13的出口设置为喇叭状，出风壳体13的出口处设置有导流叶片15，用于控制热风出风的风向；上部混风室内还设置有加热元件12，加热元件12采用电加热管。
风口壳体13内设置温度传感器14，温度传感器14的输出端与控制器30连接，控制器30设置在保温箱1上，控制器30用于调节控制第一风机和第二风机转速及旋转保温风阀和常温风阀的启闭。
保温箱体1的一端设有推拉扶手31，保温箱1的底部设有万向轮32，万向轮32上设置有刹车；保温箱1包括外壳和紧贴外壳设置的保温材料，外壳为金属外壳，采用镀锌钢板制作，保温材料采用XPS挤塑板。
参考附图9、10所示，相变蓄热体4设置在腔体内，相变蓄热体4采用长方体型结构，相变蓄热体4包括若干个相变蓄热单元41组成，每一个相变蓄热单元41的内部为蜂窝状结构；蜂窝状结构内封装有相变蓄热材料，相变蓄热材料采用将石蜡，石蜡封装在相变蓄热单元41内，石蜡的物理性能见下表1所示；相邻两层相变蓄热单元41交错分布，用于增大紊流效果，提高换热效率；相变蓄热体4的顶部和底部分布设置空气通道，用于减少充蓄过程中接口处空气的流动，有利于空气的散播与收集；相变蓄热体4的尺寸特征为长×宽×高＝500×500×600mm，相变蓄热单元41的尺寸特征为长×宽×高为500×40×100mm，相变蓄热单元41的个数为46块。
表1石蜡材料物理性能
本发明一种充蓄式太阳能热风取暖器的使用方法为：
在白天太阳辐射较强的地区，利用太阳能空气集热器33进行集热，随后将太阳能热风取暖器推送至太阳能空气集热器33处；拧下太阳能热风取暖器上的充蓄进风旋塞接头A18和充蓄出风旋塞接头B19上的旋塞24；将太阳能空气集热器33的充蓄进口旋塞接头a20与蓄热出口旋塞接头b21分别与太阳能热风取暖器上的充蓄进风旋塞接头A18和充蓄出风旋塞接头B19连通；打开太阳能空气集热器33上的充蓄进风阀门22和充蓄出风阀门23，利用太阳能空气集热器33中的集热风机34的机械能将热风送入太阳能热风取暖器中；
太阳能热风集热器33中高温的热风(80～160℃)会逐渐加热热风取暖器中相变蓄热材料并逐渐将其熔化，从而进行蓄热；在对热风取热器充蓄一段时间后，关闭充蓄进风阀门22和充蓄出风阀门23；将太阳能空气集热器33的充蓄进口旋塞接头a20与蓄热出口旋塞接头b21分别与太阳能热风取暖器上的充蓄进风旋塞接头A18和充蓄出风旋塞接头B19分离，并采用旋塞24将太阳能热风取暖器上的充蓄进风旋塞接头A18和充蓄出风旋塞接头B19封堵；
利用推拉扶手1将热风取热器推至指定地点，踩下万向轮3刹车，固定太阳能热风集热器；
当需要供暖时，打开电源线存放盒取出电源线，插上电源，打开旋转保温风阀26，同时第一风机2启动；空气通过进风过滤网25后经由第一风机2通过第一进风风道5进入腔体中，在腔体内的相变蓄热体4所释放的热的作用下，空气温度逐渐升高，并通过热风通道6进入混风箱9中，在挡风板10的作用下，热风流向变得紊乱，同时在风压的作用下，经过风口壳体13和导流叶片15吹入室内，其中导流叶片15可以调节出风方向；
在此过程中，热风会先经过设置在风口壳体13上的温度传感器14，当温度超过温度传感器14的设定值时，控制器30会自动开启常温风阀8，同时会启动第二风机3且逐渐加大第二风机3的转速，此时常温空气由进风过滤网25在第二风机3的作用下经过第二进风风道7进入混风箱9，并且在挡风板10的作用下，冷热风在混风箱9内混合均匀并吹出；在温度传感器14的作用下，通过控制器30逐渐调整第一风机2和第二风机3的转速，改变冷热风配比，直至风口出风温度达到设定值。
当使用一段时间后，相变蓄热体4内热量不足以使得出风温度达到设定值，此时控制器30会关闭常温风阀8和第二风机3，开启加热元件12，在温度传感器14的作用下控制器28逐渐调整加热元件12的功率，保证出风温度达到设定值。当使用结束时，关闭加热元件12、第一风机2以及旋转保温风阀26，收起电源线回收至电源线存放盒中。
本发明从热风取暖器自身所存在的问题出发，通过优化取暖器内部蓄热材料结构及送风通道，利用温度传感器稳定送风系统的送风温度，实现热风取暖器的恒温送风。最终实现充蓄式恒温出风太阳能热风取暖器。
通过将太阳能热风集热器和本发明热风取暖器有效地结合起来，利用白天所收集积累的太阳能的热能，通过相变蓄热材料的蓄热特性，实现能量的转移和解决太阳能的周期性问题，实现太阳能丰富的寒冷地区的夜间短时供暖问题。

Claims (10)

1.一种充蓄式太阳能热风取暖器，其特征在于，包括保温箱(1)、第一风机(2)、第二风机(3)、相变蓄热体(4)、混风箱(9)及风口壳体(13)；保温箱(1)内设置有腔体，腔体的一端设置第一进风风道(5)，腔体的另一端设置热风风道(6)；第一风机(2)安装在第一进风风道(5)的进口端；第一进风风道(5)的进口端与外界空气连通，出口端与腔体连通；热风风道(6)的一端与腔体连通，热风风道(6)的另一端与混风箱(9)的连通；混风箱(9)的底部与第二进风风道(7)连通，第二进风风道(7)的进口处设置有第二风机(3)；混风箱(9)的上端与风口壳体(13)连接；相变蓄热体(4)设置在保温箱(1)的腔体内，保温箱(1)的一侧设置有蓄热进风口(16)，另一侧设置有蓄热出风口(17)；蓄热进风口(16)和蓄热出风口(17)分别与太阳能空气集热器(33)的充蓄出风口和充蓄进风口连通。
2.根据权利要求1所述的一种充蓄式太阳能热风取暖器，其特征在于，相变蓄热体(4)包括若干个相变蓄热单元(41)，单个相变蓄热单元(41)内设为蜂窝状结构，蜂窝状结构内封装有相变蓄热材料。
3.根据权利要求2所述的一种充蓄式太阳能热风取暖器，其特征在于，相变蓄热体(4)采用长方体结构，相邻两层相变蓄热单元(41)交错分布，相变蓄热体(4)的顶部和底部设置空气通道；相变蓄热材料采用石蜡，并将石蜡封装在相变蓄热单元(41)内的蜂窝状结构。
4.根据权利要求1所述的一种充蓄式太阳能热风取暖器，其特征在于，混风箱(9)内还设置有挡风板(10)，挡风板(10)将混风箱(9)分隔为上部混风室和下部混风室；上部混风室内还设置有加热元件(12)。
5.根据权利要求1所述的一种充蓄式太阳能热风取暖器，其特征在于，还包括温度传感器(14)和控制器(30)，温度传感器(14)设置在风口壳体(13)上，温度传感器(14)与控制器(30)连接，控制器(30)用于控制第一风机(2)和第二风机(3)。
6.根据权利要求1所述的一种充蓄式太阳能热风取暖器，其特征在于，第一进风风道(5)的出口端设置有旋转保温风阀(26)，旋转保温风阀(26)的保温扇面(29)采用XPS挤塑板制作；第二进风风道(7)上设置有常温风阀(8)。
7.根据权利要求1所述的一种充蓄式太阳能热风取暖器，其特征在于，保温箱(1)包括金属外壳和紧贴外壳设置的保温材料；外壳为金属外壳，采用镀锌钢板制作；保温材料采用XPS挤塑板。
8.根据权利要求1所述的一种充蓄式太阳能热风取暖器，其特征在于，风口壳体(13)的出口处设置导流叶片(15)。
9.根据权利要求1所述的一种充蓄式太阳能热风取暖器，其特征在于，第一进风风道(5)的进口端处设置有进风过滤网(25)，第二进风风道(7)的进口处还设置有进风过滤网(25)。
10.根据权利要求1所述的一种充蓄式太阳能热风取暖器，其特征在于，蓄热进风口(16)靠近保温箱(1)箱底设置，蓄热出风口(17)靠近保温箱(1)箱顶设置；蓄热进风口(16)上设置充蓄进风旋塞接头A(18)，蓄热出风口(17)上设置充蓄出风旋塞接头B(19)；充蓄进风旋塞接头A(18)和充蓄出风旋塞接头B(19)采用旋塞(24)进行封闭。
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