CN117847664B - 一种组合式相变蓄热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种组合式相变蓄冷换热装置，涉及相变蓄冷换热技术领域，包括主换热器，所述主换热器的上端部固定安装有第二换热层,所述第二换热层的上端部固定安装有第三换热层,所述第三换热层的上端部固定安装有第四换热层,所述第四换热层的上端部固定安装有太阳能光伏板和蓄电池,所述第四换热层的上端部固定安装有上进气口和上排气口,且上进气口和上排气口均与第四换热层相贯通，所述主换热器的左侧端部固定安装有下排气口，本装置通过三种方式来进行蓄冷换热，不仅使用方式多，且可以根据实际使用情况进行多种选择，利用光能和环境温度进行蓄热，或利用谷电进行蓄热，三种方式混合使用真正的做到了节能作用。

Description

一种组合式相变蓄热装置

技术领域

本发明属于相变蓄热技术领域，更具体地说，特别涉及一种组合式相变蓄热装置。

背景技术

现代普通家用空调在低温潮湿的环境下使用时，会出现结霜的现象，造成室内制热能力降低，环境温度下降会导致采暖负荷增加，为了解决该问题，通常采用蓄热技术对其进行除霜，但是现有的相变蓄热装置装置具有以下缺点：

现有的相变蓄热装置在使用时，只能采用谷电的方式进行换热，这种方式对比峰电确实起到了一定的节电作用，但是单一的换热方式，并无法解决真正的节能问题，单一换热无法为客户提供更多的操作空间，无法利用更多的节能方式进行换热，因此在节能方面具有一定的缺陷；

现有的相变蓄热装置在使用时，传统的换热装置中，空气每层流动面积相同，而第一层定型相变蓄热材料不断大面积接触到冷空气，会出现换热效能降低，定型相变蓄热材料中的热量无法即时与冷空气接触，导致后续在换热时越靠前的定型相变蓄热材料换热效能越低，导致整体的换热能效时间降低，因此现有换热装置的空气流通轨道具有一定的缺陷；

现有的相变蓄热装置在使用时，由于装置内部没有针对冷空气进行风道设计，导致冷空气在流动时会出现小部分的空气在装置的拐角处暂流，导致空气无法很好的流动，同时自主流动能力较差，给设备带来了更多的负荷；

现有的相变蓄热装置在使用时，由于内部的定型相变蓄热材料在固定时会与装置内壁贴合，定型相变蓄热材料无法悬空，导致空气在流动换热时，定型相变蓄热材料无法充分与空气接触，会出现部分浪费。

于是，有鉴于此，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提供一种组合式相变蓄热装置，以期达到更具有更加实用价值性的目的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种组合式相变蓄热装置，以解决上述的问题。

一种组合式相变蓄热装置，包括主换热器，所述主换热器的上端部固定安装有第二换热层,所述第二换热层的上端部固定安装有第三换热层,所述第三换热层的上端部固定安装有第四换热层,所述第四换热层的上端部固定安装有太阳能光伏板和蓄电池,所述第四换热层的上端部固定安装有上进气口和上排气口,且上进气口和上排气口均与第四换热层相贯通，所述主换热器的左侧端部固定安装有下排气口，所述主换热器的右侧端部固定安装有下进气口，且下进气口为L形，所述主换热器、第二换热层、第三换热层和第四换热层的内部均开设有流动槽，且每个流动槽的内部均固定安装有铜管，且每个铜管均呈四边环形，每个所述铜管均用于蓄热。

优选的，所述上排气口的内壁固定安装有排气风扇和第一单向阀，所述排气风扇位于第一单向阀的下方，且第一单向阀用于主换热器从内向外单向排气，所述下排气口的内壁固定安装有与上排气口内壁相同的第一单向阀，所述下进气口的内壁固定安装有第二单向阀，且第二单向阀用于主换热器从外向内单向排气，所述上进气口的内壁固定安装有与下进气口内壁相同的第二单向阀，所述主换热器、第二换热层、第三换热层和第四换热层的中部均固定安装有保温层，且保温层均被铜管环绕，且保温层的前后两侧均固定安装有导流板。

优选的，所述第二换热层、第三换热层和第四换热层的底部均贯穿开设有下流槽，且第四换热层至主换热器的下流槽开设顺序分别是：右、左和右，因此上下两个下流槽之间呈对角交错分布，所述第二换热层、第三换热层和第四换热层的下方均固定安装有第一分隔板，且每个第一分隔板均位于下流槽的下方，每个所述第一分隔板的侧壁均固定安装有第二分隔板，每个所述第一分隔板和第二分隔板均组成“人”字形，同时每个第一分隔板和第二分隔板均将下流槽进行三七分割，且第二分隔板位于保温层的上方。

优选的，每个所述导流板的表面由两段组成，每个所述导流板的表面均开设有坡面和水平面，其中每个水平面均靠近下流槽一侧，每个导流板均远离下流槽一侧，每个所述铜管的四端与主换热器、第二换热层、第三换热层、第四换热层内壁之间固定安装有固定架，每个铜管的内壁均固定安装有定型相变蓄热材料、加热铜片和电阻线，所述加热铜片和电阻线位于定型相变蓄热材料的内环，且加热铜片和电阻线被铜管隔开，所述加热铜片环形固定在电阻线外。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明中，在主换热器进行蓄热时，装置可以分为三种情况：一、在晚上低谷电价蓄热时利用少量电力对电阻线进行供电；二、在白天阳光时，利用太阳能光伏板对蓄电池进行供电，在需要时蓄电池对电阻线进行供电；三、温差较大时，采用上排气口内部排气风扇将外部热空气输送至主换热器整体中，并对定型相变蓄热材料进行冷热交换，使得定型相变蓄热材料将热量储存起来；本装置通过三种方式来进行蓄热，不仅使用方式多，且可以根据实际使用情况进行多种选择，利用光能和环境温度进行蓄热，或利用谷电进行蓄热，三种方式混合使用真正的做到了节能作用。

本发明中，通过太阳能光伏板将光能转换成电能储存至蓄电池内部，同时也可以在谷电时，利用谷电对蓄电池进行充电，从而进行保存使用；在蓄电池无电时，采用谷电直供，采用两种供电方式，可以最大程度提高装置的节能效果，相较于传统的只能采用谷电供电，本装置进一步提高了装置的节能效果。

本发明中，通过采用四段式往返流动，从而使得装置形成“宝塔”形，使得冷空气可以反复与多组铜管接触，传统的换热装置中，空气每层流动面积相同，而第一层定型相变蓄热材料不断大面积接触到冷空气，会出现换热效能降低，定型相变蓄热材料中的热量无法及时与冷空气接触，导致后续在换热时越靠前的定型相变蓄热材料换热效能越低，导致整体的换热能效时间降低，本装置通过流动面积由小到大，换热由少到多，可以寻寻渐进换热，降低前部定型相变蓄热材料的换热压力，同时换热后的空气温度升高再进行大面积流通时，不仅降低了后续换热的压力，同时可以有效提高了整个换热的效能。

本发明中，通过将冷空气从上至下灌入，符合冷空气下沉的原理，从而空气在流通时，可以提高自主流动的能力，同时每层主换热器、第二换热层、第三换热层和第四换热层内部均设置两组导流板，使得空气在进入时，可以对已进入的空气进行挤压推动，从而可以使得空气流通时不会出现空气暂留的现象，提高空气流动的速度，同时保证进入的空气都可以进行热交换，同时每组铜管均充分环绕每层，且铜管处于悬浮于每层中，从而可以充分与空气接触，不会出现浪费现象。

本发明中，通过在环境温度较高时，启动上排气口内部的排气风扇，排气风扇运作进行抽气，空气通过下进气口的上方进入，经过主换热器、第二换热层、第三换热层和第四换热层，最后通过上排气口排出，以此空气与装置内部的四组定型相变蓄热材料进行换热，从而可以进行蓄热，通过进行环境温度进行蓄热，从而有效起到了节能作用。

本发明中，本装置中上进气口、上排气口、下排气口和下进气口均采用单向进气的机构，在其中任意一个组件运作时，其他几个组件都为密封状态，不会出现水平漏气的现象，从而有效防止热量的散失。

本发明中，采用主换热器、第二换热层、第三换热层和第四换热层进行组合，形成“宝塔”状，空气在其中流通时，可以循环换热，有效提高了换热的能力，组合式可以使得空气换热更加充分。

附图说明

图1是本发明主换热器结构示意图；

图2是本发明第二换热层结构示意图；

图3是本发明上排气口结构示意图；

图4是本发明第三换热层结构示意图；

图5是本发明第四换热层结构示意图；

图6是本发明保温层结构示意图；

图7是本发明第一分隔板结构示意图；

图8是本发明铜管结构示意图。

图中，部件名称与附图编号的对应关系为：1、主换热器；11、下排气口；12、下进气口；13、第二换热层；14、第三换热层；15、第四换热层；16、上进气口；17、上排气口；18、太阳能光伏板；19、蓄电池；2、第一单向阀；21、排气风扇；22、保温层；23、导流板；24、坡面；25、水平面；27、流动槽；28、下流槽；3、第一分隔板；31、第二分隔板；32、铜管；33、定型相变蓄热材料；34、加热铜片；35、电阻线；36、固定架；37、第二单向阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

请参阅图1-图8，本发明提供一种组合式相变蓄热装置，包括主换热器1，主换热器1的上端部固定安装有第二换热层13,第二换热层13的上端部固定安装有第三换热层14,第三换热层14的上端部固定安装有第四换热层15,第四换热层15的上端部固定安装有太阳能光伏板18和蓄电池19,第四换热层15的上端部固定安装有上进气口16和上排气口17,且上进气口16和上排气口17均与第四换热层15相贯通，主换热器1的左侧端部固定安装有下排气口11，主换热器1的右侧端部固定安装有下进气口12，且下进气口12为L形，主换热器1、第二换热层13、第三换热层14和第四换热层15的内部均开设有流动槽27，且每个流动槽27的内部均固定安装有铜管32，且每个铜管32均呈四边环形，每个铜管32均用于蓄热，将热量以潜热 (小部分显热 )形式蓄存起来，在需要使用时，将冷风通过上进气口16输入，冷空气经过第四换热层15、第三换热层14、第二换热层13和主换热器1，冷空气与四组定型相变蓄热材料33之间发生热交换，最后从下排气口11排出热空气。

上排气口17的内壁固定安装有排气风扇21和第一单向阀2，排气风扇21位于第一单向阀2的下方，且第一单向阀2用于主换热器1从内向外单向排气，下排气口11的内壁固定安装有与上排气口17内壁相同的第一单向阀2，下进气口12的内壁固定安装有第二单向阀37，且第二单向阀37用于主换热器1从外向内单向排气，上进气口16的内壁固定安装有与下进气口12内壁相同的第二单向阀37，主换热器1、第二换热层13、第三换热层14和第四换热层15的中部均固定安装有保温层22，启动上排气口17内部的排气风扇21，排气风扇21运作进行抽气，空气通过下进气口12的上方进入，经过主换热器1、第二换热层13、第三换热层14和第四换热层15，最后通过上排气口17排出，以此空气与装置内部的四组定型相变蓄热材料33进行换热，从而可以进行蓄热，通过进行环境温度进行蓄热，且保温层22均被铜管32环绕，且保温层22的前后两侧均固定安装有导流板23。

第二换热层13、第三换热层14和第四换热层15的底部均贯穿开设有下流槽28，且第四换热层15至主换热器1的下流槽28开设顺序分别是：右、左和右，因此上下两个下流槽28之间呈对角交错分布，第二换热层13、第三换热层14和第四换热层15的下方均固定安装有第一分隔板3，且每个第一分隔板3均位于下流槽28的下方，每个第一分隔板3的侧壁均固定安装有第二分隔板31，每个第一分隔板3和第二分隔板31均组成“人”字形，冷空气下落并被第一分隔板3和第二分隔板31分隔，大部分冷空气下落至保温层22的左侧，并顺着保温层22两侧流动，冷空气顺着坡面24上移，逐渐来到导流板23上，并顺着导流板23来到下流槽28处；小部分冷空气顺着第二分隔板31下落至保温层22上，同时每个第一分隔板3和第二分隔板31均将下流槽28进行三七分割，且第二分隔板31位于保温层22的上方。

每个导流板23的表面由两段组成，每个导流板23的表面均开设有坡面24和水平面25，其中每个水平面25均靠近下流槽28一侧，每个坡面24均远离下流槽28一侧，每个铜管32的四端与主换热器1、第二换热层13、第三换热层14、第四换热层15内壁之间固定安装有固定架36，同时每层主换热器1、第二换热层13、第三换热层14和第四换热层15内部均设置两组导流板23，使得空气在进入时，可以对已进入的空气进行挤压推动，从而可以使得空气流通时不会出现空气暂留的现象，提高空气流动的速度，同时保证进入的空气都可以进行热交换，同时每组铜管32均充分环绕每层，每个铜管32的内壁均固定安装有定型相变蓄热材料33、加热铜片34和电阻线35，加热铜片34和电阻线35位于定型相变蓄热材料33的内环，且加热铜片34和电阻线35被铜管32隔开，加热铜片34环形固定在电阻线35外，四组铜管32内部的电阻线35均相连接。

工作原理：

第一步，在主换热器1进行蓄热时，装置可以分为三种情况：一、在晚上低谷电价蓄热时利用少量电力对电阻线35进行供电；二、在白天阳光时，利用太阳能光伏板18对蓄电池19进行供电，在需要时蓄电池19对电阻线35进行供电；三、温差较大时，采用上排气口17内部排气风扇21将外部热空气输送至主换热器1整体中，并对定型相变蓄热材料33进行冷热交换，使得定型相变蓄热材料33将热量储存起来；

其中，方式一和二通过对电阻线35进行供电，使得电阻线35和加热铜片34进行加热，加热铜片34和电阻线35对铜管32内部的定型相变蓄热材料33进行加热，使定型相变蓄热材料33融化，将热量以潜热 (小部分显热 )形式蓄存起来，在需要使用时，将冷风通过上进气口16输入，冷空气经过第四换热层15、第三换热层14、第二换热层13和主换热器1，冷空气与四组定型相变蓄热材料33之间发生热交换，最后从下排气口11排出热空气；

本装置通过三种方式来进行蓄热，不仅使用方式多，且可以根据实际使用情况进行多种选择，利用光能和环境温度进行蓄热，或利用谷电进行蓄热，三种方式混合使用真正的做到了节能作用。

第二步，在阳光情况下，太阳能光伏板18将光能转换成电能储存至蓄电池19内部（太阳能光伏板-逆变器-蓄电池-充电控制器等组件，成熟技术暂不赘述），同时也可以在谷电时，利用谷电对蓄电池19进行充电，从而进行保存使用；在蓄电池19无电时，采用谷电直供，采用两种供电方式，可以最大程度提高装置的节能效果，相较于传统的只能采用谷电供电，本装置进一步提高了装置的节能效果；

在利用定型相变蓄热材料33换热时，冷空气先通过上进气口16进入到第四换热层15内，冷空气下落并被第一分隔板3和第二分隔板31分隔，大部分冷空气下落至保温层22的左侧，并顺着保温层22两侧流动，冷空气顺着坡面24上移，逐渐来到导流板23上，并顺着导流板23来到下流槽28处；小部分冷空气顺着第二分隔板31下落至保温层22上，并顺着保温层22移动至两侧坡面24上，或顺着保温层22流动至下流槽28内，冷空气以此重复进入第三换热层14、第二换热层13和主换热器1内，最后通过下排气口11排出，通过采用四段式往返流动，从而使得装置形成“宝塔”形，使得冷空气可以反复与多组铜管32接触，传统的换热装置中，空气每层流动面积相同，而第一层定型相变蓄热材料33不断大面积接触到冷空气，会出现换热效能降低，定型相变蓄热材料33中的热量无法及时与冷空气接触，导致后续在换热时越靠前的定型相变蓄热材料33换热效能越低，导致整体的换热能效时间降低，本装置通过流动面积由小到大，换热由少到多，可以寻寻渐进换热，降低前部定型相变蓄热材料33的换热压力，同时换热后的空气温度升高再进行大面积流通时，不仅降低了后续换热的压力，同时可以有效提高了整个换热的效能；

本装置通过将冷空气从上至下灌入，符合冷空气下沉的原理，从而空气在流通时，可以提高自主流动的能力，同时每层主换热器1、第二换热层13、第三换热层14和第四换热层15内部均设置两组导流板23，使得空气在进入时，可以对已进入的空气进行挤压推动，从而可以使得空气流通时不会出现空气暂留的现象，提高空气流动的速度，同时保证进入的空气都可以进行热交换，同时每组铜管32均充分环绕每层，且铜管32处于悬浮于每层中，从而可以充分与空气接触，不会出现浪费现象。

第三步，在环境温度较高时，启动上排气口17内部的排气风扇21，排气风扇21运作进行抽气，空气通过下进气口12的上方进入，经过主换热器1、第二换热层13、第三换热层14和第四换热层15，最后通过上排气口17排出，以此空气与装置内部的四组定型相变蓄热材料33进行换热，从而可以进行蓄热，通过进行环境温度进行蓄热，从而有效起到了节能作用；

本装置中上进气口16、上排气口17、下排气口11和下进气口12均采用单向进气的机构，在其中任意一个组件运作时，其他几个组件都为密封状态，不会出现水平漏气的现象，从而有效防止热量的散失。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.一种组合式相变蓄热装置，包括主换热器（1），其特征在于：所述主换热器（1）的上端部固定安装有第二换热层（13），所述第二换热层（13）的上端部固定安装有第三换热层（14），所述第三换热层（14）的上端部固定安装有第四换热层（15），所述主换热器（1）、所述第二换热层（13）、所述第三换热层（14）和所述第四换热层（15）进行组合，形成“宝塔”状，所述第四换热层（15）的上端部固定安装有太阳能光伏板（18）和蓄电池（19）；

其中，所述第四换热层（15）的上端部固定安装有上进气口（16）和上排气口（17），且上进气口（16）和上排气口（17）均与第四换热层（15）相贯通，所述主换热器（1）的左侧端部固定安装有下排气口（11），所述主换热器（1）的右侧端部固定安装有下进气口（12），且下进气口（12）为开口朝上的L形结构；

其中，所述主换热器（1）、第二换热层（13）、第三换热层（14）和第四换热层（15）的内部均开设有流动槽（27），且每个流动槽（27）的内部均固定安装有铜管（32），且每个铜管（32）均呈四边环形，每个所述铜管（32）均用于蓄热；

所述上排气口（17）的内壁固定安装有排气风扇（21）和第一单向阀（2），所述排气风扇（21）位于第一单向阀（2）的下方，且第一单向阀（2）用于主换热器（1）从内向外单向排气，在环境温度较高时，启动所述排气风扇（21），排气风扇（21）运作进行抽气，空气通过下进气口（12）的上方进入，经过主换热器（1）、第二换热层（13）、第三换热层（14）和第四换热层（15），最后通过上排气口（17）排出，利用环境温度进行蓄热；

所述下排气口（11）的内壁固定安装有与上排气口（17）内壁相同的第一单向阀（2），所述下进气口（12）的内壁固定安装有第二单向阀（37），且第二单向阀（37）用于主换热器（1）从外向内单向排气，所述上进气口（16）的内壁固定安装有与下进气口（12）内壁相同的第二单向阀（37），在需要使用时，将冷风通过上进气口（16）输入，冷空气依次经过第四换热层（15）、第三换热层（14）、第二换热层（13）和主换热器（1）被加热，最后从下排气口（11）排出。

2.如权利要求1所述一种组合式相变蓄热装置，其特征在于：所述主换热器（1）、第二换热层（13）、第三换热层（14）和第四换热层（15）的中部均固定安装有保温层（22），且保温层（22）均被铜管（32）环绕，且保温层（22）的前后两侧均固定安装有导流板（23）。

3.如权利要求1所述一种组合式相变蓄热装置，其特征在于：所述第二换热层（13）、第三换热层（14）和第四换热层（15）的底部均贯穿开设有下流槽（28），且第四换热层（15）至第二换热层（13）的下流槽（28）开设顺序分别是：右、左和右，因此上下两个下流槽（28）之间呈对角交错分布。

4.如权利要求3所述一种组合式相变蓄热装置，其特征在于：所述第二换热层（13）、第三换热层（14）和第四换热层（15）的下方均固定安装有第一分隔板（3），且每个第一分隔板（3）均位于下流槽（28）的下方，每个所述第一分隔板（3）的侧壁均固定安装有第二分隔板（31）。

5.如权利要求4所述一种组合式相变蓄热装置，其特征在于：每个所述第一分隔板（3）和第二分隔板（31）均组成“人”字形，同时每个第一分隔板（3）和第二分隔板（31）均将下流槽（28）进行三七分割，且第二分隔板（31）位于保温层（22）的上方。

6.如权利要求2所述一种组合式相变蓄热装置，其特征在于：每个所述导流板（23）的表面由两段组成，每个所述导流板（23）的表面均开设有坡面（24）和水平面（25），其中每个水平面（25）均靠近下流槽（28）一侧，每个坡面（24）均远离下流槽（28）一侧。

7.如权利要求1所述一种组合式相变蓄热装置，其特征在于：每个所述铜管（32）的四端与主换热器（1）、第二换热层（13）、第三换热层（14）、第四换热层（15）内壁之间固定安装有固定架（36）。

8.如权利要求7所述一种组合式相变蓄热装置，其特征在于：每个铜管（32）的内壁均固定安装有定型相变蓄热材料（33）、加热铜片（34）和电阻线（35），所述加热铜片（34）和电阻线（35）位于定型相变蓄热材料（33）的内部，且加热铜片（34）和电阻线（35）被铜管（32）隔开，所述加热铜片（34）环形固定在电阻线（35）外。