CN111365848B - 一种可变储热量的相变水箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变储热量的相变水箱，包括外壳、内胆、进水管道和出水管道；内胆内置连杆控制装置，连杆控制装置包括水平轴杆和竖直轴杆，水平轴杆上设置套筒，每个套筒均通过杆件连接电机，套筒通过连接杆与平板连接，平板均匀布置储能棒，储能棒内装相变材料，储能棒外置翅片；水平轴杆上设置位移传感器，内胆内置温度传感器，外壳设置控制元件，控制元件分别与电机、温度传感器、位移传感器电连接。本发明在内胆内将翅片与储能棒有机结合，不仅能提高换热效率，同时还平衡了整个内胆的温度分布和应力分布，同时提高了储热水箱工作中的稳定性，而利用连杆控制装置可以调节储能棒浸入水的深度来控制水箱储热量的大小。
Description
技术领域
本发明涉及相变储能水箱技术领域，更具体地说，是涉及一种可变储热量的相变水箱。
背景技术
在现有的热泵系统中普遍采用的水箱体积过大，占地面积较大，需要的水冲注量较多，蓄能能力有限，同时其利用率普遍不高，不能够根据实际需要来进行控制；与显热储能相比，相变储能的优势在于储能密度高、体积小、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等；相变储能技术能够解决热能供给与需求不匹配的问题,是提高能源利用效率重要措施；而且冬季受到冷空气影响，气温低，昼夜温差较大，在初寒期，负荷比较小；严寒期随着供暖天数的増加负荷逐渐增大，达到峰值；末寒期负荷逐渐减少。当负荷发生变化时，可变的相变水箱提供的热量需要作出相应调整，但现有的技术难以实现。
利用石蜡作为储热介质，其具有相变潜热高、几乎没有过冷现象、熔化时蒸汽压力低、不易发生化学反应、化学稳定性好、没有相分离和腐蚀性及成本低的特点，石蜡的相变点多，可应用的领域较广；采用翅片可以提高储能单元的热导率；但是想要充分发挥相变储热水箱良好储热效果的同时使水箱储热量变为可控的，就需要控制进入到相变储热水箱中的热水与水箱内的相变材料的接触程度，以达到改变相变水箱储热量的目的；而现有技术制造的相变水箱也达不到实际要求，最终影响了水箱的储热效率。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种可变储热量的相变水箱，在内胆内将翅片与储能棒有机结合，不仅能提高换热效率，同时还平衡了整个内胆的温度分布和应力分布，同时提高了储热水箱工作中的稳定性，而利用连杆控制装置可以调节储能棒浸入水的深度来控制水箱储热量的大小。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的可变储热量的相变水箱，包括水箱本体，所述水箱本体包括外壳和内胆，所述外壳设置有与内胆内部连通的进水管道和出水管道；所述内胆内部设置有连杆控制装置，所述连杆控制装置包括水平轴杆和竖直轴杆，所述水平轴杆上设置有沿其水平滑动的套筒，每个套筒均通过杆件连接有电机，所述套筒通过连接杆与沿竖直轴杆纵向移动的平板连接，所述平板均匀布置有储能棒，所述储能棒内装有相变材料，所述储能棒外壁均匀布置有翅片；
所述连杆控制装置的水平轴杆上设置有位移传感器，所述内胆内部设置有温度传感器，所述水箱本体的外壳设置有控制元件，所述控制元件分别与电机、温度传感器、位移传感器进行电连接。
所述外壳和内胆之间填充有保温材料。
所述进水管道和出水管道上均设置有除污器、止回阀、截止阀、压力表，所述出水管道上还设置有温度计。
所述水平轴杆左右两端分别与内胆内壁固定连接，所述竖直轴杆顶端与内胆内壁固定连接，所述水平轴杆上设置有两个套筒，每个套筒均通过连接杆与设置于平板顶部的固定环活动连接。
所述储能棒的外壳采用聚合乙烯材料制成，所述储能棒内部的相变材料为石蜡，在储能棒内将石蜡布置满其2/3的容量。
所述翅片采用金属材料制成，所述连杆控制装置和平板均采用钢制材料制成。
所述水箱本体设置有手动控制装置，所述手动控制装置通过钢杆与套筒连接，在控制元件发生故障时，转动手动控制装置的手柄调节储能棒浸入水中的深度；其中，所述手动控制装置的手柄设置于人员可操作的位置，所述手动控制装置采用钢制材料制成。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明在内胆内将翅片与储能棒有机结合，增强了换热效率，平衡了整个内胆的温度分布与应力分布；储能棒之间留有固定膨胀间隙，增加了该可变储热量的相变水箱在工作中的稳定性。
(2)本发明中设置了连杆控制装置、温度传感器和位移传感器，连杆控制装置连接固定在内胆内部顶端，通过温度的变化控制连杆控制装置中套筒的移动，改变套筒位置，进行改变储能棒浸入水的深度。
(3)本发明中设置了手动控制装置，在控制元件发生故障时，该可变储热量的相变水箱仍可继续使用。当电控出现故障时，可以人工控制手柄以调节储能棒浸入水的深度。
(4)本发明体积相对较小，需要的水的冲注量较少，同时具备储热效率更高，使用寿命更长的特点。
(5)本发明蓄热量可控，可根据需热量与多种系统适配，可应用于太阳能光热系统，热泵系统及生活热水等系统中，同时可根据系统的实际需求选择相变点适宜的石蜡。其利用率可达到70～80％左右。
附图说明
图1是本发明可变储热量的相变水箱的内部剖视图；
图2是本发明可变储热量的相变水箱的内部俯视图；
图3是本发明中储能棒的结构示意图；
图4是本发明可变储热量的相变水箱的侧视图；
图5是本发明中控制元件流程图。
附图标记：1-除污器，2-止回阀，3-压力表，4-保温材料，5-内胆，6-连杆控制装置，7-储能棒，8-控制元件，9-温度传感器，10-温度计，11-截止阀，12-出水管道，13-流通通道，14-外壳，15-进水管道，16-手动控制装置，17-翅片，18-平板，19-固定环，601-水平轴杆，602-竖直轴杆，603-套筒，604-连接杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明可变储热量的相变水箱，包括水箱本体，所述水箱本体包括外壳14和内胆5，所述外壳14和内胆5之间填充有保温材料4。所述外壳14的其中一侧壁2/3高度处设置有与内胆5内部连通的进水管道15，所述外壳14的另一侧壁底端设置有与内胆5内部连通的出水管道12。所述进水管道15和出水管道12上均设置有除污器1、止回阀2、截止阀11、压力表3，所述出水管道12上还设置有温度计10。其中，除污器1用于去除水中杂质，保障系统运行通畅。温度计10用以检测出水温度是否符合相应系统的要求。
所述内胆5内部设置有连杆控制装置6，将其与内胆5连接，并固定在内胆5顶端。所述连杆控制装置6包括水平轴杆601和竖直轴杆602，所述水平轴杆601左右两端分别与内胆5内壁固定连接，所述竖直轴杆602顶端与内胆5内壁固定连接，所述竖直轴杆602底端和内胆5之间留有一段距离空间，作为流通通道。所述水平轴杆601上设置有两个沿其水平滑动的套筒603，每个套筒603均通过杆件连接有电机，每个所述套筒603通过连接杆604与设置于平板18顶部的固定环19活动连接，所述平板18能够沿竖直轴杆602纵向移动。
如图2所示，所述平板18均匀布置有储能棒7，用一块大平板将各储能棒7有序连接起来，便于水箱实际运行。如图3所示，所述储能棒7内装有相变材料，所述储能棒7外壁均匀布置有翅片17，用来提高换热效率。所述储能棒7的外壳采用聚合乙烯材料制成，所述储能棒7内部的相变材料为石蜡，其相变点为40～45℃，在储能棒7内将石蜡布置满其2/3的容量，以便于在发生相变时储能棒7内空间留有一定的余量，防止储能棒7在相变时被破坏。所述翅片17采用金属材料制成，导具有良好的导热性。所述连杆控制装置6和平板18均采用钢制材料制成。
所述连杆控制装置6的水平轴杆601上设置有位移传感器，所述内胆5内部设置有温度传感器9，所述水箱本体的外壳设置有控制元件8，所述控制元件8分别与电机、温度传感器9、位移传感器进行电连接。当温度传感器9的探头感应的温度传递到控制元件8，控制元件8将信号传递给位移感应器，从而控制连杆控制装置6中套筒603的移动，改变套筒603的位置，进而改变储能棒7浸入水的深度。
如图4所示，所述水箱本体设置有手动控制装置16，所述手动控制装置16通过钢杆与套筒603连接，在控制元件8发生故障时，转动手动控制装置16的手柄调节储能棒7浸入水中的深度。其中，所述手动控制装置16的手柄设置于人员可操作的位置，所述手动控制装置16采用钢制材料制成。
本发明可变储热量的相变水箱的工作原理：
如图5所示，当相变水箱内胆5中水温度低于40℃时，启动连杆控制装置6，使储能棒7浸入水中。在储存热量时，水与储能棒7发生热量交换，储能棒7内的石蜡在吸热后发生相变，储存热量；释放热量时，随着内胆5中的水温度降至小于储能棒7内相变材料的相变点温度时，储能棒7内相变材料发生相变，释放热量。当相变水箱内胆5中水温超过45℃时，连杆控制装置6复位。当控制元件8发生故障时，可根据出水管道12上的温度计10读数来适当调节手动控制装置16，以控制储能棒7浸入水的深度。
本发明可变储热量的相变水箱需要满足以下要求：
本发明可变储热量的相变水箱，在施工时，需要保障连杆控制装置6的顶端与水箱的内胆5紧密固定。控制元件8的电表一定要放置在人员可视可操作的位置。温度传感器9探头的设置应尽量处于稳定流动状态。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (6)
1.一种可变储热量的相变水箱，包括水箱本体，所述水箱本体包括外壳(14)和内胆(5)，其特征在于，所述外壳(14)设置有与内胆(5)内部连通的进水管道(15)和出水管道(12)；所述内胆(5)内部设置有连杆控制装置(6)，所述连杆控制装置(6)包括水平轴杆(601)和竖直轴杆(602)，所述水平轴杆(601)上设置有沿其水平滑动的套筒(603)，每个套筒(603)均通过杆件连接有电机，所述套筒(603)通过连接杆(604)与沿竖直轴杆(602)纵向移动的平板(18)连接，所述平板(18)均匀布置有储能棒(7)，所述储能棒(7)内装有相变材料，所述储能棒(7)外壁均匀布置有翅片(17)；所述储能棒(7)的外壳采用聚合乙烯材料制成，所述储能棒(7)内部的相变材料为石蜡，在储能棒(7)内将石蜡布置满其2/3的容量；
所述连杆控制装置(6)的水平轴杆(601)上设置有位移传感器，所述内胆(5)内部设置有温度传感器(9)，所述水箱本体的外壳(14)设置有控制元件(8)，所述控制元件(8)分别与电机、温度传感器(9)、位移传感器进行电连接。
2.根据权利要求1所述的可变储热量的相变水箱，其特征在于，所述外壳(14)和内胆(5)之间填充有保温材料(4)。
3.根据权利要求1所述的可变储热量的相变水箱，其特征在于，所述进水管道(15)和出水管道(12)上均设置有除污器(1)、止回阀(2)、截止阀(11)、压力表(3)，所述出水管道(12)上还设置有温度计(10)。
4.根据权利要求1所述的可变储热量的相变水箱，其特征在于，所述水平轴杆(601)左右两端分别与内胆(5)内壁固定连接，所述竖直轴杆(602)顶端与内胆(5)内壁固定连接，所述水平轴杆(601)上设置有两个套筒(603)，每个套筒(603)均通过连接杆(604)与设置于平板(18)顶部的固定环(19)活动连接。
5.根据权利要求1所述的可变储热量的相变水箱，其特征在于，所述翅片(17)采用金属材料制成，所述连杆控制装置(6)和平板(18)均采用钢制材料制成。
6.根据权利要求1所述的可变储热量的相变水箱，其特征在于，所述水箱本体设置有手动控制装置(16)，所述手动控制装置(16)通过钢杆与套筒(603)连接，在控制元件(8)发生故障时，转动手动控制装置(16)的手柄调节储能棒(7)浸入水中的深度；其中，所述手动控制装置(16)的手柄设置于人员可操作的位置，所述手动控制装置(16)采用钢制材料制成。
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