專利名稱：內(nèi)置相變儲熱材料的高效溫度分層換熱儲能水箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能儲熱供暖領(lǐng)域，尤其是水儲能技術(shù)和相變儲能技術(shù)以及高效溫度分層換熱儲能裝置。
背景技術(shù)：
太陽能儲熱供暖是目前較為成熟和有效的太陽能利用方式之一，其整個系統(tǒng)主要包括集熱、儲熱和用戶三個部分，其中儲能裝置在系統(tǒng)中具有能量儲存和調(diào)節(jié)的功能，是整個太陽能采暖系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。溫度分層型儲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)計分層的位置從而提高有效儲熱量。因此，該種儲能技術(shù)在生活和生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景，對太陽能儲熱供暖技術(shù)的推廣具有重要的意義?，F(xiàn)有的溫度分層儲能裝置均是從減小進(jìn)出口和內(nèi)部擾動來考慮，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時間維持，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)置相變儲熱材料的高效溫度分層換熱儲能水箱。本發(fā)明是內(nèi)置相變儲熱材料的高效溫度分層換熱儲能水箱，有一個圓柱形的儲熱水箱1，在儲熱水箱I中設(shè)置了三層換熱盤管2，將儲熱水箱分隔為三層，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，在儲熱水箱I內(nèi)依次與上層和中層的儲熱介質(zhì)，即水和高溫相變儲熱球12、中溫相變儲熱球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流出儲熱水箱1，最后由第一擋板進(jìn)ロ 8循環(huán)回到儲熱水箱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)入儲熱水箱I的上部和中部與儲熱材料進(jìn)行換熱，同時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，維持儲罐內(nèi)的溫度分層；高溫相變儲熱球12和中溫相變儲熱球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:采用相變儲熱材料提高了単位體積的儲熱容量，可以形成一個穩(wěn)定的儲熱區(qū)，可以為用戶提供一個恒定的用水溫度，提高舒適度。通過在儲能裝置的各個進(jìn)出口安裝擋板和在儲能裝置的內(nèi)部安裝分層換熱盤管，提高了太陽能溫度分層儲能裝置的有效儲能量和単位體積的儲熱容量以及長時間維持其內(nèi)部所需要的溫度分層，并減小進(jìn)出口擾動，實(shí)現(xiàn)了水箱的溫度分層并可以長時間維持水箱內(nèi)部的溫度分層，大大的提高水箱的有效儲熱容量和集熱器的即熱效率。在水箱的上部和中部儲能區(qū)設(shè)計相變儲熱球儲熱，提高了儲能水箱單位體積的儲熱容量。


圖1為本發(fā)明的內(nèi)置相變儲熱材料的高效溫度分層換熱儲能水箱結(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)明的相變儲熱球結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記及對應(yīng)名稱為:儲熱水箱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，高溫相變儲熱球12，中溫相變儲熱球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)置相變儲熱材料的高效溫度分層換熱儲能水箱，有一個圓柱形的儲熱水箱1，在儲熱水箱I中設(shè)置了三層換熱盤管2，將儲熱水箱分隔為三層，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，在儲熱水箱I內(nèi)依次與上層和中層的儲熱介質(zhì)，即水和高溫相變儲熱球12、中溫相變儲熱球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流出儲熱水箱1，最后由第一擋板進(jìn)ロ 8循環(huán)回到儲熱水箱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)入儲熱水箱I的上部和中部與儲熱材料進(jìn)行換熱，同時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，維持儲罐內(nèi)的溫度分層；高溫相變儲熱球12和中溫相變儲熱球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，高溫相變儲熱球12、中溫相變儲熱球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)，儲存能量；當(dāng)周圍水的溫度低于其相變溫度時，相變材料將其儲存的潛熱釋放出來，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能區(qū)維持一個恒定的溫度。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，儲熱水箱內(nèi)上部的儲熱材料為高溫相變儲熱材料，封裝在高溫相變儲熱球12內(nèi)，中部的儲熱材料為中溫相變儲熱材料，封裝在中溫相變儲熱球13內(nèi)，并留有相應(yīng)的體積變化空間，高溫相變儲熱球12和中溫相變儲熱球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熱球12或中溫相變儲熱球13的直徑。如圖1、圖4、圖5所示，與儲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與各個進(jìn)出口的距離為10cm，上部兩個進(jìn)出口安裝了鐵絲網(wǎng)防止儲熱球進(jìn)入管道。本發(fā)明的內(nèi)置相變儲熱材料的高效溫度分層換熱儲能水箱，換熱盤管為三層，或者兩層，或者四層。
權(quán)利要求
1.置相變儲熱材料的高效溫度分層換熱儲能水箱，有一個圓柱形的儲熱水箱(1)，其特征在干:在儲熱水箱(I)中設(shè)置了三層換熱盤管(2)，將儲熱水箱分隔為三層，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)，在儲熱水箱(I)內(nèi)依次與上層和中層的儲熱介質(zhì)，即水和高溫相變儲熱球(12)、中溫相變儲熱球(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)流出儲熱水箱(1)，最后由第一擋板進(jìn)ロ(8)循環(huán)回到儲熱水箱(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)入儲熱水箱(I)的上部和中部與儲熱材料進(jìn)行換熱，同時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，維持儲罐內(nèi)的溫度分層，高溫相變儲熱球(12)和中溫相變儲熱球(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)置相變儲熱材料的高效溫度分層換熱儲能水箱，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)置相變儲熱材料的高效溫度分層換熱儲能水箱，其特征在于:所述儲熱水箱內(nèi)上部的儲熱材料為高溫相變儲熱材料，封裝在高溫相變儲熱球(12)內(nèi)，中部的儲熱材料為中溫相變儲熱材料，封裝在中溫相變儲熱球(13)內(nèi)，并留有相應(yīng)的體積變化空間，高溫相變儲熱球(12)和中溫相變儲熱球(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熱球(12)或中溫相變儲熱球(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能裝置，其特征在于:與儲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)與各個進(jìn)出口的距離為10cm，上部兩個進(jìn)出ロ安裝了鐵絲網(wǎng)防止儲熱球進(jìn)入管道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置相變儲熱材料的高效溫度分層換熱儲能水箱，其特征在于:所述儲熱水箱內(nèi)的換熱盤管為三層，或者兩層，或者四層。
全文摘要
內(nèi)置相變儲熱材料的高效溫度分層換熱儲能水箱，包括儲能箱體、分層換熱盤管、進(jìn)出口擋板和內(nèi)有相變儲熱材料的儲熱球，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。其特征在于在儲熱水箱中設(shè)置了三層換熱盤管，將該儲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)；相變儲熱材料封裝在小球內(nèi)，并留有一定的體積變化空間，儲熱時材料由固相變?yōu)橐合?，放熱時進(jìn)行相反的變化；與儲罐直接相連的進(jìn)出口都設(shè)置了擋板。
文檔編號F24D19/00GK103090459SQ20131007955
公開日2013年5月8日 申請日期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, 郭長華, 劉建波, 熊文嘉, 田和青, 王軍偉, 成波, 陸鑫 申請人:蘭州理工大學(xué)