專利名稱：內(nèi)置相變儲(chǔ)熱材料的高效溫度分層換熱儲(chǔ)能水箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能儲(chǔ)熱供暖領(lǐng)域，尤其是水儲(chǔ)能技術(shù)和相變儲(chǔ)能技術(shù)以及高效溫度分層換熱儲(chǔ)能裝置。
背景技術(shù)：
太陽能儲(chǔ)熱供暖是目前較為成熟和有效的太陽能利用方式之一，其整個(gè)系統(tǒng)主要包括集熱、儲(chǔ)熱和用戶三個(gè)部分，其中儲(chǔ)能裝置在系統(tǒng)中具有能量?jī)?chǔ)存和調(diào)節(jié)的功能，是整個(gè)太陽能采暖系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。溫度分層型儲(chǔ)熱一方面可以降低集熱器的進(jìn)ロ溫度提高集熱器的效率，另ー方面可以根據(jù)用戶的用水溫度和用水量來設(shè)計(jì)分層的位置從而提高有效儲(chǔ)熱量。因此，該種儲(chǔ)能技術(shù)在生活和生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)太陽能儲(chǔ)熱供暖技術(shù)的推廣具有重要的意義?，F(xiàn)有的溫度分層儲(chǔ)能裝置均是從減小進(jìn)出口和內(nèi)部擾動(dòng)來考慮，在進(jìn)出ロ設(shè)置布水或在內(nèi)部設(shè)置擋板。雖然可以形成溫度分層，但所形成的溫度分層不能長(zhǎng)時(shí)間維持，分層效果也都不太理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)置相變儲(chǔ)熱材料的高效溫度分層換熱儲(chǔ)能水箱。本發(fā)明是內(nèi)置相變儲(chǔ)熱材料的高效溫度分層換熱儲(chǔ)能水箱，有一個(gè)圓柱形的儲(chǔ)熱水箱1，在儲(chǔ)熱水箱I中設(shè)置了三層換熱盤管2，將儲(chǔ)熱水箱分隔為三層，從上到下依次為高溫區(qū)、中溫區(qū)和低溫區(qū)，在進(jìn)出口處分別設(shè)置有擋板11，箱體上有排氣閥15和排污閥16，來自集熱器的高溫?zé)崴ㄟ^換熱盤管進(jìn)ロ 5進(jìn)入換熱盤管2，在儲(chǔ)熱水箱I內(nèi)依次與上層和中層的儲(chǔ)熱介質(zhì)，即水和高溫相變儲(chǔ)熱球12、中溫相變儲(chǔ)熱球13進(jìn)行分層換熱，最后與底層的水進(jìn)行換熱，然后通過出口 6循環(huán)回到集熱器，使儲(chǔ)熱水箱內(nèi)形成高效溫度分層，從上到下依次為高溫區(qū)、中溫區(qū)和低溫區(qū)；去向用戶的熱水可根據(jù)需要溫度的不同通過第一擋板出ロ 7或第二擋板出ロ 9流出儲(chǔ)熱水箱1，最后由第一擋板進(jìn)ロ 8循環(huán)回到儲(chǔ)熱水箱I ;
或者根據(jù)來自集熱器的熱水的溫度的不同，高溫?zé)崴椭袦責(zé)崴梢苑謩e由第二擋板進(jìn)ロ 3和第三擋板進(jìn)ロ 10直接進(jìn)入儲(chǔ)熱水箱I的上部和中部與儲(chǔ)熱材料進(jìn)行換熱，同時(shí)下部的低溫水通過第三擋板出口 4進(jìn)入集熱器進(jìn)行循環(huán)，使儲(chǔ)熱水箱內(nèi)形成溫度分層，從上到下依次為高溫區(qū)、中溫區(qū)和低溫區(qū)；去向用戶的熱水通過第一擋板出口 7、第二擋板出口9和第一擋板進(jìn)ロ 8進(jìn)行循環(huán)，通過擋板來減小進(jìn)出口的擾動(dòng)，維持儲(chǔ)罐內(nèi)的溫度分層；高溫相變儲(chǔ)熱球12和中溫相變儲(chǔ)熱球13分別由鐵絲編制而成的鐵絲網(wǎng)14支撐。本發(fā)明的有益之處在于:采用相變儲(chǔ)熱材料提高了単位體積的儲(chǔ)熱容量，可以形成一個(gè)穩(wěn)定的儲(chǔ)熱區(qū)，可以為用戶提供一個(gè)恒定的用水溫度，提高舒適度。通過在儲(chǔ)能裝置的各個(gè)進(jìn)出口安裝擋板和在儲(chǔ)能裝置的內(nèi)部安裝分層換熱盤管，提高了太陽能溫度分層儲(chǔ)能裝置的有效儲(chǔ)能量和単位體積的儲(chǔ)熱容量以及長(zhǎng)時(shí)間維持其內(nèi)部所需要的溫度分層，并減小進(jìn)出口擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了水箱的溫度分層并可以長(zhǎng)時(shí)間維持水箱內(nèi)部的溫度分層，大大的提高水箱的有效儲(chǔ)熱容量和集熱器的即熱效率。在水箱的上部和中部?jī)?chǔ)能區(qū)設(shè)計(jì)相變儲(chǔ)熱球儲(chǔ)熱，提高了儲(chǔ)能水箱單位體積的儲(chǔ)熱容量。


圖1為本發(fā)明的內(nèi)置相變儲(chǔ)熱材料的高效溫度分層換熱儲(chǔ)能水箱結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為主視圖；圖3為換熱盤管2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4、圖5為擋板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的相變儲(chǔ)熱球結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記及對(duì)應(yīng)名稱為:儲(chǔ)熱水箱1，換熱盤管2，第二擋板進(jìn)ロ 3，第三擋板進(jìn)ロ 4，換熱盤管進(jìn)ロ 5，出口 6，第一擋板出口 7，第一擋板進(jìn)ロ 8，第二擋板出ロ 9，第三擋板進(jìn)ロ 10，擋板11，高溫相變儲(chǔ)熱球12，中溫相變儲(chǔ)熱球13，鐵絲網(wǎng)14。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2所示，本發(fā)明是內(nèi)置相變儲(chǔ)熱材料的高效溫度分層換熱儲(chǔ)能水箱，有一個(gè)圓柱形的儲(chǔ)熱水箱1，在儲(chǔ)熱水箱I中設(shè)置了三層換熱盤管2，將儲(chǔ)熱水箱分隔為三層，從上到下依次為高溫區(qū)、中溫區(qū)和低溫區(qū)。在進(jìn)出口處分別設(shè)置有擋板11，擋板11的結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示。箱體上有排氣閥15和排污閥16，來自集熱器的高溫?zé)崴ㄟ^換熱盤管進(jìn)ロ 5進(jìn)入換熱盤管2，在儲(chǔ)熱水箱I內(nèi)依次與上層和中層的儲(chǔ)熱介質(zhì)，即水和高溫相變儲(chǔ)熱球12、中溫相變儲(chǔ)熱球13進(jìn)行分層換熱，最后與底層的水進(jìn)行換熱，然后通過出ロ 6循環(huán)回到集熱器，使儲(chǔ)熱水箱內(nèi)形成高效溫度分層，從上到下依次為高溫區(qū)、中溫區(qū)和低溫區(qū)；去向用戶的熱水可根據(jù)需要溫度的不同通過第一擋板出ロ 7或第二擋板出ロ 9流出儲(chǔ)熱水箱1，最后由第一擋板進(jìn)ロ 8循環(huán)回到儲(chǔ)熱水箱I?；蛘吒鶕?jù)來自集熱器的熱水的溫度的不同，高溫?zé)崴椭袦責(zé)崴梢苑謩e由第二擋板進(jìn)ロ 3和第三擋板進(jìn)ロ 10直接進(jìn)入儲(chǔ)熱水箱I的上部和中部與儲(chǔ)熱材料進(jìn)行換熱，同時(shí)下部的低溫水通過第三擋板出口 4進(jìn)入集熱器進(jìn)行循環(huán)，使儲(chǔ)熱水箱內(nèi)形成溫度分層，從上到下依次為高溫區(qū)、中溫區(qū)和低溫區(qū)；去向用戶的熱水通過第一擋板出口 7、第二擋板出口 9和第一擋板進(jìn)ロ 8進(jìn)行循環(huán)，通過擋板來減小進(jìn)出口的擾動(dòng)，維持儲(chǔ)罐內(nèi)的溫度分層；高溫相變儲(chǔ)熱球12和中溫相變儲(chǔ)熱球13分別由鐵絲編制而成的鐵絲網(wǎng)14支撐。如圖6所示，相變材料采用固液相變材料，并密封于塑料球中，當(dāng)周圍水的溫度高于其相變溫度時(shí)，高溫相變儲(chǔ)熱球12、中溫相變儲(chǔ)熱球14內(nèi)的相變材料將吸收大量的熱量發(fā)生相變，由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，儲(chǔ)存能量；當(dāng)周圍水的溫度低于其相變溫度時(shí)，相變材料將其儲(chǔ)存的潛熱釋放出來，將水箱內(nèi)的水加熱，相變材料由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。相變材料通過其不斷的吸熱和放熱過程使水箱上部和中部的儲(chǔ)能區(qū)維持一個(gè)恒定的溫度。其基本參數(shù):高溫相變材料相變溫度85° C，相變潛熱269KJ/kg，中溫相變材料相變溫度58° C，相變潛熱254.6KJ/kg。如圖3所示，同一層的換熱盤管2的布設(shè)從中心向外逐漸擴(kuò)大，形成阿基米德螺旋線分布，并且在同一水平面上。如圖1、2、6所示，儲(chǔ)熱水箱內(nèi)上部的儲(chǔ)熱材料為高溫相變儲(chǔ)熱材料，封裝在高溫相變儲(chǔ)熱球12內(nèi)，中部的儲(chǔ)熱材料為中溫相變儲(chǔ)熱材料，封裝在中溫相變儲(chǔ)熱球13內(nèi)，并留有相應(yīng)的體積變化空間，高溫相變儲(chǔ)熱球12和中溫相變儲(chǔ)熱球13的上下球殼分別通過螺紋連接并密封防水，鐵絲網(wǎng)14的孔徑小于高溫相變儲(chǔ)熱球12或中溫相變儲(chǔ)熱球13的直徑。如圖1、圖4、圖5所示，與儲(chǔ)能水箱直接相連的進(jìn)出口都設(shè)置了圓形擋板11，擋板
11與各個(gè)進(jìn)出口的距離為10cm，上部?jī)蓚€(gè)進(jìn)出口安裝了鐵絲網(wǎng)防止儲(chǔ)熱球進(jìn)入管道。本發(fā)明的內(nèi)置相變儲(chǔ)熱材料的高效溫度分層換熱儲(chǔ)能水箱，換熱盤管為三層，或者兩層，或者四層。
權(quán)利要求
1.置相變儲(chǔ)熱材料的高效溫度分層換熱儲(chǔ)能水箱，有一個(gè)圓柱形的儲(chǔ)熱水箱(1)，其特征在干:在儲(chǔ)熱水箱(I)中設(shè)置了三層換熱盤管(2)，將儲(chǔ)熱水箱分隔為三層，從上到下依次為高溫區(qū)、中溫區(qū)和低溫區(qū)，在進(jìn)出口處分別設(shè)置有擋板(11)，箱體上有排氣閥(15)和排污閥(16)，來自集熱器的高溫?zé)崴ㄟ^換熱盤管進(jìn)ロ(5)進(jìn)入換熱盤管(2)，在儲(chǔ)熱水箱(I)內(nèi)依次與上層和中層的儲(chǔ)熱介質(zhì)，即水和高溫相變儲(chǔ)熱球(12)、中溫相變儲(chǔ)熱球(13)進(jìn)行分層換熱，最后與底層的水進(jìn)行換熱，然后通過出ロ(6)循環(huán)回到集熱器，使儲(chǔ)熱水箱內(nèi)形成高效溫度分層，從上到下依次為高溫區(qū)、中溫區(qū)和低溫區(qū)；去向用戶的熱水可根據(jù)需要溫度的不同通過第一擋板出口(7)或第二擋板出口(9)流出儲(chǔ)熱水箱(1)，最后由第一擋板進(jìn)ロ(8)循環(huán)回到儲(chǔ)熱水箱(I)； 或者根據(jù)來自集熱器的熱水的溫度的不同，高溫?zé)崴椭袦責(zé)崴梢苑謩e由第二擋板進(jìn)ロ(3)和第三擋板進(jìn)ロ(10)直接進(jìn)入儲(chǔ)熱水箱(I)的上部和中部與儲(chǔ)熱材料進(jìn)行換熱，同時(shí)下部的低溫水通過第三擋板出ロ(4)進(jìn)入集熱器進(jìn)行循環(huán)，使儲(chǔ)熱水箱內(nèi)形成溫度分層，從上到下依次為高溫區(qū)、中溫區(qū)和低溫區(qū)；去向用戶的熱水通過第一擋板出口(7)、第ニ擋板出ロ(9)和第一擋板進(jìn)ロ(8)進(jìn)行循環(huán)，通過擋板來減小進(jìn)出口的擾動(dòng)，維持儲(chǔ)罐內(nèi)的溫度分層，高溫相變儲(chǔ)熱球(12)和中溫相變儲(chǔ)熱球(13)分別由鐵絲編制而成的鐵絲網(wǎng)(14)支撐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置相變儲(chǔ)熱材料的高效溫度分層換熱儲(chǔ)能水箱，其特征在干:同一層的換熱盤管(2)的布設(shè)從中心向外逐漸擴(kuò)大，形成阿基米德螺旋線分布，并且在同一水平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置相變儲(chǔ)熱材料的高效溫度分層換熱儲(chǔ)能水箱，其特征在于:所述儲(chǔ)熱水箱內(nèi)上部的儲(chǔ)熱材料為高溫相變儲(chǔ)熱材料，封裝在高溫相變儲(chǔ)熱球(12)內(nèi)，中部的儲(chǔ)熱材料為中溫相變儲(chǔ)熱材料，封裝在中溫相變儲(chǔ)熱球(13)內(nèi)，并留有相應(yīng)的體積變化空間，高溫相變儲(chǔ)熱球(12)和中溫相變儲(chǔ)熱球(13)的上下球殼分別通過螺紋連接并密封防水，鐵絲網(wǎng)(14)的孔徑小于高溫相變儲(chǔ)熱球(12)或中溫相變儲(chǔ)熱球(13)的直徑。
4.根據(jù)權(quán)カ要求I所述的太陽能高效溫度分層換熱儲(chǔ)能裝置，其特征在于:與儲(chǔ)能水箱直接相連的進(jìn)出口都設(shè)置了圓形擋板(11)，擋板(11)與各個(gè)進(jìn)出口的距離為10cm，上部?jī)蓚€(gè)進(jìn)出ロ安裝了鐵絲網(wǎng)防止儲(chǔ)熱球進(jìn)入管道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置相變儲(chǔ)熱材料的高效溫度分層換熱儲(chǔ)能水箱，其特征在于:所述儲(chǔ)熱水箱內(nèi)的換熱盤管為三層，或者兩層，或者四層。
全文摘要
內(nèi)置相變儲(chǔ)熱材料的高效溫度分層換熱儲(chǔ)能水箱，包括儲(chǔ)能箱體、分層換熱盤管、進(jìn)出口擋板和內(nèi)有相變儲(chǔ)熱材料的儲(chǔ)熱球，箱體上有排氣閥和排污閥，換熱器的進(jìn)水口、來自集熱器的熱水管進(jìn)口和去向用戶的熱水出口位于儲(chǔ)熱水箱的上部，換熱器的出水口、來自用戶的低溫水的進(jìn)口和去向集熱器的低溫水的出口位于水箱的下部。其特征在于在儲(chǔ)熱水箱中設(shè)置了三層換熱盤管，將該儲(chǔ)熱水箱分為隔為三層，從上到下依次為高溫區(qū)、中溫區(qū)和低溫區(qū)；相變儲(chǔ)熱材料封裝在小球內(nèi)，并留有一定的體積變化空間，儲(chǔ)熱時(shí)材料由固相變?yōu)橐合?，放熱時(shí)進(jìn)行相反的變化；與儲(chǔ)罐直接相連的進(jìn)出口都設(shè)置了擋板。
文檔編號(hào)F24D19/00GK103090459SQ20131007955
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者王智平, 陳丹丹, 路陽, 王克振, 趙靜, 郭長(zhǎng)華, 劉建波, 熊文嘉, 田和青, 王軍偉, 成波, 陸鑫 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)