CN204901927U - 一种相变储热式装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种相变储热式装置，包括外壳、设置在外壳中的内胆以及设置在外壳与内胆之间的保温层，内胆顶部设有冷凝管将内胆与大气连通，装置还包括等间距设置在内胆中的多层换热元件、填充在换热元件与内胆之间的相变材料以及贯穿设置在相变材料中的气动搅拌管，该气动搅拌管将外部高压气体引入相变材料中，使相变材料得到搅拌而均匀分布，内胆顶部还设有进口主管道及出口主管道，并通过进口主管道、出口主管道与外部末端散热设备连接，持续稳定地供热供暖。与现有技术相比，本实用新型整体结构简单、紧凑，维护方便，易于制造和安装，能源利用率高、热量输出平稳，换热效率高，单位体积储热量大，经济成本低，适合大规模批量生产。

Description

一种相变储热式装置

技术领域

本实用新型属于相变材料储能技术领域，涉及一种相变储热式装置。

背景技术

现有常用的储热方式有两大类，即显热式储热和潜热式储热。显热蓄热主要是通过某种材料温度的上升或下降而存储热能，显热蓄热是各种蓄热方式中原理最简单、技术最成熟、材料来源最丰富，成本最低廉的一种，因而也是实际应用和推广得最普遍的一种。潜热式储热所依据的基本原理是，物质由固态转变为液态(熔解)，由液态转变为气态(气化)，或由固态直接转变为气态(升华)，都会吸收相变热；而进行逆过程时则释放相变热。与显热式储热相比，潜热式储热有两大明显优点：储热密度大，即可以用很小的体积储存很多的热能；吸热过程和放热过程几乎是在恒温条件下进行，有利于与热源和负载相配合。

目前，普通储热式装置主要为保温水箱，仅利用水的显热储存热量，尺寸庞大，而且安装困难。

针对上述问题，申请号为201310524414.X的中国实用新型专利公布了一种插装式相变储热水箱，该水箱包括下部具有进水口、上部具有出水口的筒状储水箱体(俗称内胆)，所述储水箱体长度方向的上端延伸出中部留有通孔的半封闭端盖，所述通孔中插装储热装置，所述储热装置具有担在通孔周围的密封翻盖，所述翻盖的中部延伸出插入储水箱体内填充相变材料的储热管，所述翻盖外侧固定密封的法兰压盖。该专利公布的技术方案使得储热装置的清理维护以及相变材料的更换较为容易，但其在换热效率、单位体积储热量等方面的指标却有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构可靠、热量输出平稳、热效率高、安装简单，并能有效解决换热效率低、单位体积储热量小等根本问题的相变储热式装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种相变储热式装置，该装置包括外壳、设置在外壳中的内胆以及设置在外壳与内胆之间的保温层，还包括等间距设置在内胆中的多层换热元件、填充在换热元件与内胆之间的相变材料以及贯穿设置在相变材料中的气动搅拌管，该气动搅拌管将外部高压气体引入相变材料中，使相变材料得到搅拌而均匀分布，所述的内胆顶部还设有进口主管道及出口主管道，所述的换热元件通过进口主管道、出口主管道与外部末端散热设备连接，持续稳定地供热供暖。在储热装置顶部设置有冷凝管，冷凝管使得储热装置一点通大气，保持储热装置内部常压，并且罐内材料有水分蒸发时可以在冷凝管内冷凝回流。

所述的换热元件与进口主管道及出口主管道同程并联连接。

所述的换热元件为换热盘管，所述的相变材料由下向上依次穿过多层换热盘管的圆心并填充设置在内胆中。

所述的换热盘管上沿圆周均匀布设有多个用于防止相变材料分层的隔板。

在实际设计过程中，隔板的个数一般设有3-8个。

所述的换热盘管为金属盘管或塑料盘管中的一种，所述的隔板为金属隔板或塑料隔板中的一种。

所述的金属盘管及金属隔板的材质可以选自铜、不锈钢、铝或合金中的一种。

所述的塑料盘管及塑料隔板的材质可以选自聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、PERT或聚丁烯(PB)中一种，其中，PERT为中密度聚乙烯类塑胶，其是乙烯与辛稀的共聚物。

所述的换热盘管中设有循环介质，该循环介质包括水、防冻液、导热油或超导液中的一种。

所述的气动搅拌管的表面设有多个出气孔。

所述的气动搅拌管的底端埋设在内胆底部，顶端伸出外壳。

所述的相变材料为发生相变吸收并释放热量的有机相变材料或无机相变材料中的一种。

所述的有机相变材料可以选自石蜡、季戊四醇、新戊二醇、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇或三羟甲基乙烷中的一种，所述的无机相变材料可以选自碱及碱土金属的卤化物、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、醋酸盐或碳酸盐中的一种。

所述的有机相变材料优选石蜡或季戊四醇，所述的无机相变材料优选氢氧化钠或三水醋酸钠。

所述的内胆顶部还设有冷凝管，该冷凝管将内胆与大气连通。

所述的冷凝管使得相变储热式装置一点通大气，保持装置内部常压，并且装置内材料有水分蒸发时，可以在冷凝管内冷凝回流。

在实际使用过程中，保温层用于防止相变储热装置能量损失，换热盘管设置于内胆中，用于外部热源向相变储热式装置充热以及相变储热式装置向使用侧放热，而进口主管道用于外部热源自进水管进入相变储热式装置，出口主管道用于相变储热式装置中的热水流出，而相变材料通过固-液态的相变来储存及释放热量，气动搅拌管主要用于装置中相变材料的维护，防止相变材料分层，而隔板则主要用于防止相变材料分层，并加强内部换热。

与现有技术相比，本实用新型新型相变储热式装置结构简单、制作方便，且系统储热能力高，外形尺寸小，同时，由于相变材料相变过程稳定，所以本实用新型装置能够稳定持续地提供相变材料熔点附近温度的热水，通过连接末端散热设备，可用于建筑物的采暖及热水需求。具体的本实用新型具有以下特点：

1)由于在内胆中等间距设置多层换热元件，各层换热元件的长度间距设计，充分考虑了相变材料的换热特点，可以有效避免相变材料因过于集中而导致的热交换滞后性，同时有利于增大热交换面积，大幅提高换热效率，从而能够按照要求平稳恒定地进行换热；

2)由于在换热盘管上沿圆周均匀布设多个隔板，不仅能有效防止相变材料分层，还能起到增强换热的作用；

3)由于采用气动搅拌管，在需要的时候，可从外部打入高压气体，使装置内的相变材料得到搅拌而均匀分布，能有效防止相变材料分层，有利于装置中相变材料的维护；

4)整体结构简单、紧凑，维护方便，易于制造和安装，能源利用率高、热量输出平稳，换热元件与相变材料紧密接触，换热效率高，单位体积储热量大，经济成本低，适合大规模批量生产，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型装置结构示意图；

图2为本实用新型换热元件的俯视结构示意图；

图中标记说明：

1—外壳、2—内胆、3—保温层、4—换热元件、5—进口主管道、6—出口主管道、7—相变材料、8—气动搅拌管、9—隔板、10—冷凝管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种相变储热式装置，该装置包括外壳1、设置在外壳1中的内胆2以及设置在外壳1与内胆2之间的保温层3，还包括等间距设置在内胆2中的多层换热元件4、填充在换热元件4与内胆2之间的相变材料7以及贯穿设置在相变材料7中的气动搅拌管8，该气动搅拌管8将外部高压气体引入相变材料7中，使相变材料7得到搅拌而均匀分布，内胆2顶部还设有进口主管道5及出口主管道6，换热元件4通过进口主管道5、出口主管道6与外部末端散热设备连接，持续稳定地供热供暖。

其中，换热元件4与进口主管道5及出口主管道6同程并联连接。

换热元件4为换热盘管，相变材料7由下向上依次穿过多层换热盘管的圆心并填充设置在内胆2中；换热盘管上沿圆周均匀布设有6个用于防止相变材料7分层的隔板9，相邻两隔板9的夹角为60°，如图2所示。

换热盘管中设有循环介质，该循环介质为水。

气动搅拌管8的表面设有多个出气孔，该气动搅拌管8的底端埋设在内胆2底部，顶端伸出外壳1。

在实际使用过程中，保温层3用于防止相变储热装置能量损失，换热盘管设置于内胆2中，用于外部热源向相变储热式装置充热以及相变储热式装置向使用侧放热，而进口主管道5用于外部热源自进水管进入相变储热式装置，出口主管道6用于相变储热式装置中的热水流出，而相变材料7通过固-液态的相变来储存及释放热量，气动搅拌管8主要用于装置中相变材料7的维护，防止相变材料7分层，而隔板9则主要用于防止相变材料7分层，并加强内部换热。

内胆2顶部还设有冷凝管10，该冷凝管10将内胆2与大气连通。在实际使用时，冷凝管10使得相变储热式装置一点通大气，保持装置内部常压，并且装置内材料有水分蒸发时，可以在冷凝管10内冷凝回流。

本实施例相变储热装置外形尺寸φ950mm*1850mm，储热量650MJ，相变材料7采用江苏启能新能源材料有限公司生产的启能1号相变材料，其相变温度78℃，相变潜热为650KJ/kg。在相同体积下，其储热能力达到石蜡的4倍，导热能力为石蜡的12倍。换热盘管为铜换热盘管，隔板9为不锈钢隔板。

实施例2：

本实施例中，换热盘管上沿圆周均匀布设有4个用于防止相变材料7分层的隔板9，相邻两隔板9的夹角为90°，换热盘管中设有循环介质，该循环介质为防冻液。相变材料7为石蜡，换热盘管为铝换热盘管，隔板9为合金隔板。其余同实施例1。

实施例3：

本实施例中，换热盘管上沿圆周均匀布设有3个用于防止相变材料7分层的隔板9，相邻两隔板9的夹角为120°，换热盘管中设有循环介质，该循环介质为导热油。相变材料7为季戊四醇，换热盘管为PE换热盘管，隔板9为HDPE隔板。其余同实施例1。

实施例4：

本实施例中，换热盘管上沿圆周均匀布设有8个用于防止相变材料7分层的隔板9，相邻两隔板9的夹角为45°，换热盘管中设有循环介质，该循环介质为超导液。相变材料7为氢氧化钠，换热盘管为PERT换热盘管，隔板9为PB隔板。其余同实施例1。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相变储热式装置，该装置包括外壳、设置在外壳中的内胆以及设置在外壳与内胆之间的保温层，其特征在于，还包括等间距设置在内胆中的多层换热元件、填充在换热元件与内胆之间的相变材料以及贯穿设置在相变材料中的气动搅拌管，该气动搅拌管将外部高压气体引入相变材料中，使相变材料得到搅拌而均匀分布，所述的内胆顶部设有进口主管道及出口主管道，所述的换热元件通过进口主管道、出口主管道与外部末端散热设备连接，持续稳定地供热供暖。

2.根据权利要求1所述的一种相变储热式装置，其特征在于，所述的换热元件与进口主管道及出口主管道同程并联连接。

3.根据权利要求1所述的一种相变储热式装置，其特征在于，所述的换热元件为换热盘管，所述的相变材料由下向上依次穿过多层换热盘管的圆心并填充设置在内胆中。

4.根据权利要求3所述的一种相变储热式装置，其特征在于，所述的换热盘管上沿圆周均匀布设有多个用于防止相变材料分层的隔板。

5.根据权利要求4所述的一种相变储热式装置，其特征在于，所述的换热盘管为金属盘管或塑料盘管中的一种，所述的隔板为金属隔板或塑料隔板中的一种。

6.根据权利要求5所述的一种相变储热式装置，其特征在于，所述的换热盘管中设有循环介质，该循环介质包括水、防冻液、导热油或超导液中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种相变储热式装置，其特征在于，所述的气动搅拌管的表面设有多个出气孔。

8.根据权利要求1或7所述的一种相变储热式装置，其特征在于，所述的气动搅拌管的底端埋设在内胆底部，顶端伸出外壳。

9.根据权利要求1所述的一种相变储热式装置，其特征在于，所述的相变材料为在相变温度点发生相变吸收并释放热量的有机相变材料或无机相变材料中的一种。

10.根据权利要求1所述的一种相变储热式装置，其特征在于，所述的内胆顶部还设有冷凝管，该冷凝管将内胆与大气连通。