CN202973605U - 一种相变储热装置以及太阳能加热系统 - Google Patents

一种相变储热装置以及太阳能加热系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种相变储热装置以及利用该相变储热装置的太阳能加热系统。该相变储热装置包括壳体、蛇形盘管换热器、输入热换热管路、储热容器、保温材料，壳体的外壁与内壁之间设有保温材料，其中蛇形盘管换热器置于壳体中，其进口与出口通过壳体，储热容器放置在蛇形盘管换热器上，储热容器中填装相变储能材料。本新型相变储热装置中采用独立单元结构的储热容器，蓄热量高，相变储能材料对换热器无腐蚀，且方便检测和维修。

Description

一种相变储热装置以及太阳能加热系统
技术领域
   本实用新型涉及一种相变储热装置以及太阳能加热系统。具体地说，一种含有相变储能材料的蓄热装置以及利用太阳能加热的工作系统。
背景技术
随着生活水平的不断提高，太阳能热利用是新能源和可再生能源中商业化程度最高、应用最普遍的技术之一，它的利用所带来的节能和环保效益是巨大的。以往的太阳能热水器配套的水箱是用水作为蓄热介质，其蓄热能量密度小，导致水箱的体积和重量较大。
Badran等(Energy Conver. and Manage.， 1998， 39:105-111)对利用太阳能加热燃料油进行了研究，将燃料油加热到50℃，并在该温度下储存。但是，在Badran等设计的工作系统中使用储热材料的显热，即利用储热水箱温度变化的显热来存储热量；该方式在实际应用过程中存在造价高、储热材料占地面积大、蓄热温差大等不足。
要更好地利用太阳能，必须解决太阳能的间隙性和不可靠性问题，而在太阳能利用系统中设置储热装置是解决上述问题最有效的方法之一。在日照充分时用储热材料储存多余的能量，在无日照或日照不足时用储存的能量为介质加热，可解决太阳能的间断性和不可控性问题，能更有效地利用太阳能。所述的储热材料主要是相变储能材料。相变储能材料(PCM)作为一种新兴的功能材料，其工作原理是：利用材料的相变过程，吸收（或释放）相变潜热，来实现对环境中能量的吸收（或释放），进而可以储热或制冷，从而实现储能的目标。相变储能属于潜热储能的一种，与显热储能相比具有储能密度高、储能（或释能）过程近似等温、过程易控等特点，非常适于解决能量供给与需求失衡及其在空间、时间上不匹配的矛盾。目前，利用太阳能集热与相变物质储热相结合的技术得到广泛的研究和应用。
CN201875982U公开了一种双盘管太阳能承压水箱。该太阳能承压水箱的结构为：第一换热器和第二换热器置于内胆内，外桶与内胆之间设有保温层，内胆充满相变物质，膨胀罐安装在水箱的中部，通过小管接通内胆。内胆中直接添加相变物质，容易受到相变物质腐蚀，而且相变物质在吸热-放热过程中存在体积膨胀，会缩短整个系统的使用寿命。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种蓄热量高、相变材料对换热器无腐蚀、供热方式灵活的相变储热装置，以及利用该相变储热装置的太阳能加热系统。
本实用新型的相变储热装置，包括壳体、蛇形盘管换热器、输入热换热管路、储热容器、保温材料，壳体的外壁与内壁之间设有保温材料，其中蛇形盘管换热器置于壳体中，其进口与出口通过壳体，储热容器放置在蛇形盘管换热器上，储热容器中填装相变储能材料。
 本实用新型的太阳能加热系统，包括太阳能集热器、相变储热装置、热水泵、循环水泵，其中太阳能集热器与相变储热装置之间连接有热水泵和循环水泵，相变储热装置采用本实用新型的相变储热装置，即相变储热装置包括壳体、蛇形盘管换热器、水换热管路、储热容器、保温材料，壳体的外壁与内壁之间设有保温材料，其中蛇形盘管换热器置于壳体中，其进口与出口通过壳体，储热容器放置在蛇形盘管换热器上，储热容器中填装相变储能材料。
本实用新型中，储热容器是密封的，固定安装在蛇形盘管换热器上，防止相变储能材料泄漏。根据蛇形盘管换热器的排布，设置多个储热容器，最好均匀分布在蛇形盘管换热器上，这样不但换热效果好，而且还可以防止相变储能材料分层或相变储能分布不均匀的现象发生。
本实用新型中，输入热换热管路中的介质可以采用水，也可以采用其它可用的介质。该输入热换热管路包括输入管和输出管，输入管和输出管通过相变储热装置的外壳。
所述的相变储能材料优选有机相变储能材料，相变温度为65～85℃，选自高级脂肪酸及其酯类、石蜡、多元醇中的一种或几种，优选石蜡。本实用新型中可以将相变储能材料进行封装，防止相变材料发生泄漏等情况的发生。常用的方法主要有插层法、微胶囊法、溶胶-凝胶法、化学接枝法和熔融/溶液共混法等。本实用新型可以将几种不同相变温度的相变储能材料混装于储热容器内，得到较宽的相变温度范围，满足多种工况下的实际需求。
本实用新型中，储热容器采用的材质最好是聚乙烯塑料，形状根据蛇形盘管换热器管道的形状设计，换热面积越大，换热效果越好，比如可以为环状体，长方体、C形体等。储热容器设置多个，形状和大小可以相同，也可以不同。聚乙烯塑料作为相变储能材料的封装容器，不容易被相变储能材料腐蚀，材料结构稳定，容器壁薄，材料韧性大，相变储能材料体积的变化对容器的密封性影响小，封装容易，价格便宜等优点，所以将储热容器放置在换热器上以后，不会出现相变材料对换热器的腐蚀，同时还可以增加换热面积，防止相变材料分层。
本实用新型的太阳能加热系统中，太阳能集热器与相变储热装置之间并联连接有热泵和循环泵。
本实用新型与现有技术相比，产生的有益效果是：
（1）采用内装有相变储能材料的储热容器，利用相变储能材料的相变过程，吸收和释放的热量较大，在存储相同的热量情况下，储热装置的体积和重量会明显减小；而且，由于相变储能材料具有近似等温放热的特性，被加热介质的温度会更加稳定。
（2）采用相变储热装置通过换热器与系统相连，所以相变储热装置不承受系统压力，可以延长其使用寿命。
（3）采用独立单元结构的储热容器，方便检测和维修。
（4）本新型相变储热装置蓄热量高，相变储能材料对换热器无腐蚀，供热方式灵活。
（5）本新型相变储热装置可利用太阳能热量，加热各种需要加热的介质。
附图说明
图1为本实用新型相变储热装置的结构示意图；
图2为本实用新型太阳能加热系统的示意图；
附图中，标记如下：
1、壳体，2、蛇形盘管换热器，3、储热容器，4、保温材料，5、输入管，6、输出管，7、太阳能集热器，8、相变储热装置，9、热泵，10、阀门，11、蛇形盘管换热器进口，12、蛇形盘管换热器出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本设计做进一步说明。
图1中的相变储热装置，包括壳体1、蛇形盘管换热器2、输入热换热管路（包括输入管5和输出管6）、储热容器3、保温材料4，壳体1的外壁与内壁之间设有保温材料4，其中蛇形盘管换热器2置于壳体1中，其进口11与出口12通过壳体1，多个储热容器3放置在蛇形盘管换热器2上，储热容器3中填装相变储能材料。
 图2中的太阳能加热系统，包括太阳能集热器7、相变储热装置8、热泵9、阀门10，其中太阳能集热器7与相变储热装置8之间连接有热泵9和阀门10，相变储热装置8采用本实用新型的相变储热装置，具体见图1说明。
本实用新型相变储热装置的蓄热和放热工作过程如下：热介质由输入管5进入相变储热装置中加热储热容器3中相变储能材料，相变储能材料由固态变为液态，使热能转化为潜热储存起来，换热后的冷介质由输出管6排出相变储热装置。当需要热能时，使需加热的冷介质由蛇形盘管换热器进口进入蛇形盘管换热器2，由储热容器3中相变储能材料释放出热量，加热蛇形盘管换热器2中的冷介质，换热后的热介质由蛇形盘管换热器出口排出，满足用户用热要求。
本实用新型太阳能加热系统工作过程如下：由太阳能集热器7收集太阳能加热介质（一般为水），所得的热介质（一般为热水）通过热泵9输送到相变储热装置8中，经换热后的冷介质通过循环泵循环回太阳能集热器。用户需加热的冷介质（如原油、冷水等）进入相变储热装置8，经换热后的热介质由相变储热装置8输出。其中相变储热装置8的工作过程如前所述。

Claims (10)

1.一种相变储热装置，包括壳体、蛇形盘管换热器、输入热换热管路、储热容器、保温材料，壳体的外壁与内壁之间设有保温材料，其中蛇形盘管换热器置于壳体中，其进口与出口通过壳体，储热容器放置在蛇形盘管换热器上，储热容器中填装相变储能材料。
2.按照权利要求1所述的相变储热装置，其特征在于所述的储热容器是密封的。
3.按照权利要求1或2所述的相变储热装置，其特征在于所述的储热容器设置多个。
4.按照权利要求1或2所述的相变储热装置，其特征在于所述的储热容器固定安装在蛇形盘管换热器上。
5.按照权利要求1所述的相变储热装置，其特征在于所述的输入热换热管路包括输入管和输出管，输入管和输出管穿过相变储热装置的外壳。
6.按照权利要求1所述的相变储热装置，其特征在于所述的储热容器采用的材质是聚乙烯塑料。
7.按照权利要求1所述的相变储热装置，其特征在于所述的储热容器的形状为环状体或长方体。
8.按照权利要求1所述的相变储热装置，其特征在于所述的相变储能材料为有机相变储能材料，相变温度为65～85℃。
9.一种太阳能加热系统，包括太阳能集热器、相变储热装置、热水泵、循环水泵，其中太阳能集热器与相变储热装置之间并列连接有热水泵和循环水泵，其特征在于所述的相变储热装置采用权利要求1~8任一所述的相变储热装置。
10.按照权利要求9所述的太阳能加热系统，其特征在于所述的相变储热装置中，输入热换热管路中的介质采用水。
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