CN110332596B - 一种相变蓄热式太阳能热风增温加湿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相变蓄热式太阳能热风增温加湿装置，包括内部空心的保温箱体，保温箱体具有可打开的上盖，保温箱体内壁上设置有保温层；所述的保温箱体内的后部设置蓄热箱体，前部设置增湿装置，其中，蓄热箱体与太阳能空气集热系统配合，在白天阳光充足时，利用太阳能空气集热系统提供的热风进行热量的转换存储；应用时，利用风机向蓄热箱体内鼓入低温空气进行空气加热，加热后的空气经过增湿装置后增加湿度，最终将湿热空气提供给室内。本装置解决了高原环境下建筑体内空气干燥低温的问题，在使用功能、经济环保、推广价值、利于人体卫生健康、能源利用、可持续发展性等方面具有优势。

Description

一种相变蓄热式太阳能热风增温加湿装置
技术领域
本发明属于新能源技术领域，涉及一种太阳能热风取暖设备，尤其涉及一种相变蓄热式太阳能热风增温加湿装置。
背景技术
自上世纪70年代能源危机爆发以来，世界各国均在积极探索新型能源结构，力求改变传统能源消费理念，合理开发可再生能源，作为能源消费大国，我国更不例外。煤炭的不可再生性和对大气的严重污染性使得我国以煤为主的能源结构急需转型，目前，太阳能以它的绿色清洁、节能高效、环保可再生的突出优势应运而生，成为最具有发展前景和价值的新能源领域。而在我国西部，地域广阔，太阳能资源丰富，相比于人们生活中以电取暖的普遍方式，具有极大利用潜力。
传统的电取暖方式存在用电时段集中、能源转化效率低、用热成本高的缺点，易造成电网电力紧张，室内空气湿度大幅降低，干燥沉闷，进而影响人体热舒适体验；太阳能作为一种可再生能源，极具开发优势，不过同时也存在辐射具有波动性、强弱具有间歇性的诸多短板，探索如何解决其照射的周期性问题将成为关键；众所周知，我国西部地区冬季寒冷干燥，空气湿度相对较低，低湿度空气环境，会造成妨碍人体呼吸系统、人体水分过度流失、增加空气异味等诸多后果，若冬季只考虑取暖问题，势必会导致室内空气湿度降低，无法在人们取暖同时实现对空气的增温增湿，进而达到保障用户健康和良好体验的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种相变蓄热式太阳能热风增温加湿装置，利用相变蓄热结构来存储太阳能，并设置增湿装置，实现对室内空气加热、增湿的目的。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种相变蓄热式太阳能热风增温加湿装置，包括内部空心的保温箱体，保温箱体具有可打开的上盖，保温箱体内壁上设置有保温层；所述的保温箱体内的后部设置蓄热箱体，前部设置增湿装置，其中：
所述的蓄热箱体内通过支架设置有多层相变蓄热块，每一层相变蓄热块分布多排多列，且每一个相变蓄热块与相邻的相变蓄热块之间存在间隙；蓄热箱体的后端设置有能打开或闭合的保温盖板，蓄热箱体的前端设置有导风罩，导风罩通过热风风道连接所述的增湿装置；所述的蓄热箱体的侧壁上对称分布有带有密封塞的充蓄热进风口以及充蓄热出风口；
所述的增湿装置包括壳体，壳体前端面、后端面上分别开设有增湿出风口、增湿进风口，增湿进风口与所述的热风风道连接；所述的壳体内部位于增湿进风口、增湿出风口之间设置有储水槽，储水槽上方设置有蒸发湿水帘，蒸发湿水帘的上部设置有喷淋架，喷淋架上分布有喷头；所述的储水槽上安装有水泵，水泵利用导水管将储水槽中的水抽至所述的喷淋架；
所述的保温箱体的前端面上安装有百叶风口，保温箱体的后端面上设置有与所述蓄热箱体后端位置相对应的风机。
进一步地，所述的喷淋架上设置有由第一控制器控制的电加热装置，电加热装置包括分布于所述喷淋架上的电加热丝；所述的蒸发湿水帘上设置有与所述第一控制器连接的第一温度传感器。
进一步地，所述的增湿出风口上安装有第二温度传感器，所述的风机由第二控制器控制，第二温度传感器连接第二控制器。
进一步地，所述的导水管上依次布设有截止阀、过滤器、电磁阀以及流量调节阀，其中电磁阀、流量调节阀以及所述的水泵均由第三控制器控制。
进一步地，所述的保温箱体上设置有推拉扶手，其底部安装有万向脚轮。
进一步地，所述的储水槽上连接有补水管。
一种取暖系统，包括所述的相变蓄热式太阳能热风增温加湿装置，以及太阳能空气集热系统，太阳能空气集热系统包括：
太阳能空气集热器，太阳能空气集热器进风端设置进风管道，出风端连接出风管道，出风管道上安装有循环风机；其中进风管道上连接有进风支管，出风管道上连接有出风支管，进风支管上安装进风阀门，出风支管上安装出风阀门；进风支管的端部设置进风接头，出风支管端部设置出风接头。
本发明具有以下技术特点：
1.我国西北部太阳能资源极为丰富，利用太阳能集热器将太阳能以相变能的方式储存在相变材料蓄热体里，解决了它照射具有周期性的问题，且集热器集热充分，热转化效率高，相变材料作为新型储能材料，储热能力强，能极大提高能源利用率，有效拓宽能源利用途径与方式。
2.本发明在取暖器的基础上加设湿膜增湿装置，使得利用通过相变材料加热的空气来蒸发喷淋水，从而增加室内环境湿度的想法成为现实，增湿装置采用湿膜加湿器的原理，通过水分布器构造高效蒸发湿水帘，热风通过水帘时液态水吸热蒸发为气态，连同热风一起进入室内，从而达到对室内环境增湿的目的，此方法巧妙利用相变材料实现太阳能的供用转换，结合高海拔地区水的低沸点特性，因地制宜地配合湿膜增湿装置，对空气增温增湿，构想新颖，简便易操作，运行成本低廉。我国西北部高海拔地区，气压较低，导致水的沸点很低，这使得利用通过相变材料加热的空气来蒸发喷淋水，从而增加室内环境湿度的想法成为现实。
3.辅助增湿装置的控制器设于水分布器上端的电加热结构上，蒸发湿帘上设有温度传感器，当热风的温度不足以使水蒸发时，温度传感器会将低温信号传给控制器，控制器立即启动电加热部分，使水得以有效蒸发。
4.太阳能热风增温加湿装置整体呈长方形，相变蓄热箱体靠近热风风机侧设有保温盖板，蓄能完毕的非工作时期可有效防止能量的散失，箱体附加的保温结构同样起到保温作用，箱体上设有扶手，底部设有万向脚轮，可方便实现取暖器的灵活移动。
5.本发明在使用功能、经济环保、推广价值、利于人体卫生健康、能源利用、可持续发展性等方面具有优势。
附图说明
图1为取暖系统的整体结构示意图；
图2为增温加湿装置的俯视结构示意图；
图3为增温加湿装置的侧视结构示意图；
图4为相变蓄热块的分布结构示意图；
图5为增湿装置的原理示意图；
图6为增湿装置的结构示意图；
图中标号说明：1推拉扶手，2保温箱体，3万向脚轮，4风机，5蓄热箱体，51相变蓄热块，6进风接头，7充蓄热进风口，8充蓄热出风口，9出风接头，10进风阀门，11出风阀门，12热风风道，13壳体，14蒸发湿水帘，15百叶风口，16第二温度传感器，17第二控制器，18储水槽，19水泵，20截止阀，21过滤器，22电磁阀，23流量调节阀，24喷淋架，25电加热装置，26第一控制器，27第一温度传感器，28补水管，29水帘纸，30湿帘架，31电源线，32线盒，33保温盖板，34旋塞，35增湿进风口，36增湿出风口。
具体实施方式
本发明公开了一种相变蓄热式太阳能热风增温加湿装置，包括内部空心的保温箱体2，保温箱体2具有可打开的上盖，保温箱体2内壁上设置有保温层；所述的保温箱体2内的后部设置蓄热箱体5，前部设置增湿装置。
所述的保温箱体2为空心的矩形箱体，安装有推拉扶手1并在其底部设置有万向脚轮3以便于其移动。保温箱体2的上盖内亦设置有保温层，上盖扣合在保温箱体2上之后，整个保温箱体2可以减缓其内部蓄热箱体5热量的散失。
本方案中所述的蓄热箱体5结构如图2至图4所示，所述的蓄热箱体5内通过支架设置有多层相变蓄热块51，每一层相变蓄热块51分布多排多列，且每一个相变蓄热块51与相邻的相变蓄热块51之间存在间隙；蓄热箱体5的后端设置有能打开或闭合的保温盖板33，蓄热箱体5的前端设置有导风罩，导风罩通过热风风道12连接所述的增湿装置；所述的蓄热箱体5的侧壁上对称分布有带有密封塞的充蓄热进风口7以及充蓄热出风口8。
蓄热箱体5内部设置有框架式支架，分层放置相变蓄热块51。如图4所示，相变蓄热块51呈长方体结构，由导热性好的金属材料制成，例如铜制；内部装有由相变材料制成的相变蓄能球；相邻的相变蓄热块51之间留有间隙，以便于热空气从间隙通过而充分加热相变蓄热块51，使空气与相变材料换热充分，有效提高了能量利用率。蓄热箱体5在进行集热时，由太阳能空气集热系统提供的80～160℃的高温空气自充蓄热进风口7进入蓄热箱体5中，与封装在相变蓄热块51中的相变蓄能球换热，由于空气温度高，足以使相变材料熔化，获得大量潜热；加热相变蓄热块51后的空气最终从充蓄热出风口8流回太阳能空气集热系统。蓄热箱体5在集热完毕后，通过密封塞封堵蓄热进风口7、充蓄热出风口8。
如图2、图3所示，蓄热箱体5前端的导风罩，为漏斗式结构，一端大而另一端小，较小的一端连接所述的热风风道12；蓄热箱体5后端设置有保温盖板33，在进行集热，或暂时不用本装置时，利用保温盖板33密封蓄热箱体5后端。
所述的增湿装置包括壳体13，壳体13前端面、后端面上分别开设有增湿出风口36、增湿进风口35，增湿进风口35与所述的热风风道12连接；所述的壳体13内部位于增湿进风口35、增湿出风口36之间设置有储水槽18，储水槽18上方设置有蒸发湿水帘14，蒸发湿水帘14的上部设置有喷淋架24，喷淋架24上分布有喷头；所述的储水槽18上安装有水泵19，水泵19利用导水管将储水槽18中的水抽至所述的喷淋架24。
本实施例中，所述的壳体13为空心的矩形壳体13；所述的蒸发湿水帘14包括一个U形的湿帘架30，湿帘架30上设置有多层水帘纸29。增湿装置的工作原理是，通过水泵19将水抽至喷淋架24上，喷淋架24通过喷头将水均匀喷淋至蒸发湿水帘14上；来自蓄热箱体5的热空气通过热风风道12、增湿进风口35进入到壳体13中，经过蒸发湿水帘14时，与蒸发湿水帘14中的液态水换热使其蒸发，从而有效提高热空气中的空气湿度，最终含有大量水蒸气的热风供给给室内。
所述的保温箱体2的前端面上安装有百叶风口15，保温箱体2的后端面上设置有与所述蓄热箱体5后端位置相对应的风机4；在使用前，先给蓄热箱体5进行蓄热，蓄热完成待使用时，取下保温盖板33，打开风机4，风机4提供的气流进入到蓄热箱体5中，相变蓄热块51接触温度较低的空气开始放热，相态由液态向固态转变，释放大量潜热，空气吸收热量温度升高成为热风，流经热风风道12进入增湿装置中进行液态水的蒸发，最终通过所述的百叶风口15提供给室内环境，达到对室内环境加湿增温的目的。所述的储水槽18上连接有补水管28，需定期通过补水管28向储水槽18内补水。
作为优选，所述的喷淋架24上设置有由第一控制器26控制的电加热装置25，电加热装置25包括分布于所述喷淋架24上的电加热丝；所述的蒸发湿水帘14上设置有与所述第一控制器26连接的第一温度传感器27。第一温度传感器27用于采集蒸发湿水帘14上的水温，当水温过低时，蒸发效果差，则第一控制器26启动电加热装置25对喷淋水加热，提高喷淋在蒸发湿水帘14上的水温，以利于水分蒸发。
作为优选，所述的增湿出风口36上安装有第二温度传感器16，所述的风机4由第二控制器17控制，第二温度传感器16连接第二控制器17。第二温度控制器的作用是检测供向室内热风的温度，并将温度信号提供给第二控制器17，第二控制器17通过控制风机4转速来调节出风温度。
作为优选，所述的导水管上依次布设有截止阀20、过滤器21、电磁阀22以及流量调节阀23，其中电磁阀22、流量调节阀23以及所述的水泵19均由第三控制器控制；第三控制器可通过电磁阀22打开导水管内水流的通路，并利用流量调节阀23调节喷淋水的量。
我国西北部高海拔地区，气压较低，导致水的沸点很低，这使得利用通过相变材料加热的空气来蒸发喷淋水，从而增加室内环境湿度的想法成为现实。以相变材料实现太阳能的供用转换，结合高海拔地区水的低沸点特性，配合增湿装置，使本发明能很好地应用到西部环境中。
在上述技术方案的基础上，本发明进一步提供一种取暖系统，包括所述的相变蓄热式太阳能热风增温加湿装置，以及太阳能空气集热系统，太阳能空气集热系统包括：
太阳能空气集热器，太阳能空气集热器进风端设置进风管道，出风端连接出风管道，出风管道上安装有循环风机；其中进风管道上连接有进风支管，出风管道上连接有出风支管，进风支管上安装进风阀门10，出风支管上安装出风阀门11；进风支管的端部设置进风接头6，出风支管端部设置出风接头9。
本发明的详细应用过程如下：
在白天光照充足时，利用室外的太阳能集热器进行蓄热箱体5的集热。具体地，先将太阳能空气集热系统的进风接头6、出风接头9上的旋塞34拔下，将蓄热箱体5上的密封塞拔下，连接进风接头6与充蓄热进风口7、出风接头9与充蓄热出风口8，打开循环风机、进风阀门10、出风阀门11，则来自太阳能空气集热器的热空气开始对蓄热箱体5进行集热。集热完成后，利用密封塞封闭充蓄热进风口7以及充蓄热出风口8，闭合保温箱体2的上盖，将保温箱体2推至室内待用。
在室内需要供暖时，从线盒32中取出电源线31与室内电源相接，以给水泵19、风机4等提供电能。取下蓄热箱体5后端的保温盖板33，然后打开风机4、水泵19、电磁阀22，此时风机4将空气吹入蓄热箱体5中，与相变蓄热块51换热以增温；加热后的空气通过增湿装置进行增湿，最终向室内提供湿热空气。在使用过程中一种具体的调节过程如下：
通过第一控制器26设置蒸发水温度b0、通过第二控制器17设置送风温度a0-a1；利用第一温度传感器27、第二温度传感器16分别采集蒸发湿水帘14上的水温b2、增湿出风口36处的送风温度a2；当a2不在a0-a1中时，通过第二控制器17调节风机4转速；而当水温b2≤b0时，通过第一控制器26启动电加热装置25，直至b2>b0。
取暖结束后，切断电源，将保温盖板33复位，然后将装置推至合适位置存放。

Claims (4)

1.一种相变蓄热式太阳能热风增温加湿装置，其特征在于，包括内部空心的保温箱体(2)，保温箱体(2)具有可打开的上盖，保温箱体(2)内壁上设置有保温层；所述的保温箱体(2)内的后部设置蓄热箱体(5)，前部设置增湿装置，其中：
所述的蓄热箱体(5)内通过支架设置有多层相变蓄热块(51)，每一层相变蓄热块(51)分布多排多列，且每一个相变蓄热块(51)与相邻的相变蓄热块(51)之间存在间隙；蓄热箱体(5)的后端设置有能打开或闭合的保温盖板(33)，蓄热箱体(5)的前端设置有导风罩，导风罩通过热风风道(12)连接所述的增湿装置；所述的蓄热箱体(5)的侧壁上对称分布有带有密封塞的充蓄热进风口(7)以及充蓄热出风口(8)；
所述的相变蓄热块（51）呈长方体结构，由导热性好的金属材料制成，内部装有由相变材料制成的相变蓄能球；
所述的增湿装置包括壳体(13)，壳体(13)前端面、后端面上分别开设有增湿出风口(36)、增湿进风口(35)，增湿进风口(35)与所述的热风风道(12)连接；所述的壳体(13)内部位于增湿进风口(35)、增湿出风口(36)之间设置有储水槽(18)，储水槽(18)上方设置有蒸发湿水帘(14)，蒸发湿水帘(14)的上部设置有喷淋架(24)，喷淋架(24)上分布有喷头；所述的储水槽(18)上安装有水泵(19)，水泵(19)利用导水管将储水槽(18)中的水抽至所述的喷淋架(24)；
所述的蒸发湿水帘（14）包括一个U形的湿帘架（30），湿帘架（30）上设置有多层水帘纸（29）；
所述的保温箱体(2)的前端面上安装有百叶风口(15)，保温箱体(2)的后端面上设置有与所述蓄热箱体(5)后端位置相对应的风机(4)；
所述的喷淋架(24)上设置有由第一控制器(26)控制的电加热装置(25)，电加热装置(25)包括分布于所述喷淋架(24)上的电加热丝；所述的蒸发湿水帘(14)上设置有与所述第一控制器(26)连接的第一温度传感器(27)；
所述的增湿出风口(36)上安装有第二温度传感器(16)，所述的风机(4)由第二控制器(17)控制，第二温度传感器(16)连接第二控制器(17)；
所述的导水管上依次布设有截止阀(20)、过滤器(21)、电磁阀(22)以及流量调节阀(23)，其中电磁阀(22)、流量调节阀(23)以及所述的水泵(19)均由第三控制器控制；
通过第一控制器(26)设置蒸发水温度b0、通过第二控制器(17)设置送风温度范围a0-a1；利用第一温度传感器(27)、第二温度传感器(16)分别采集蒸发湿水帘(14)上的水温b2、增湿出风口(36)处的送风温度a2；当a2不在a0-a1中时，通过第二控制器(17)调节风机4转速；而当水温b2≤b0时，通过第一控制器(26)启动电加热装置(25)，直至b2>b0。
2.如权利要求1所述的相变蓄热式太阳能热风增温加湿装置，其特征在于，所述的保温箱体(2)上设置有推拉扶手(1)，其底部安装有万向脚轮(3)。
3.如权利要求1所述的相变蓄热式太阳能热风增温加湿装置，其特征在于，所述的储水槽(18)上连接有补水管(28)。
4.一种取暖系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的相变蓄热式太阳能热风增温加湿装置，以及太阳能空气集热系统，太阳能空气集热系统包括：
太阳能空气集热器，太阳能空气集热器进风端设置进风管道，出风端连接出风管道，出风管道上安装有循环风机；其中进风管道上连接有进风支管，出风管道上连接有出风支管，进风支管上安装进风阀门(10)，出风支管上安装出风阀门(11)；进风支管的端部设置进风接头(6)，出风支管端部设置出风接头(9)；
利用太阳能空气集热器进行蓄热箱体(5)的集热，进风接头(6)与充蓄热进风口(7)连接、出风接头(9)与充蓄热出风口(8)连接。
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