快速式壁掛自然循環相變太陽能蓄熱裝置及系統的製作方法

2024-02-16 14:46:15

本發明涉及太陽能蓄熱技術領域，特別是涉及一種快速式壁掛自然循環相變太陽能蓄熱裝置及系統。

背景技術：

目前，太陽能熱水器是一種最常見的太陽能熱利用裝置，但由於太陽能受天氣變化、晝夜交替等影響，具有不連續、不穩定等缺點，因此，太陽能熱水器多配有蓄熱裝置進行蓄熱。

而現有太陽能熱水器的蓄熱裝置，大部分為圓柱形水箱，除較高樓層安裝在樓頂外大部分安裝在陽臺，既佔用居住空間，也影響室內美觀；少部分採用相變蓄熱材料的相變蓄熱箱雖佔用空間稍小，但一般都需要水泵驅動集熱器中的高溫液體與蓄熱箱換熱，這樣不僅耗能，也降低了太陽能熱水系統的可靠性。

綜上所述，現有技術中對於太陽能熱水器蓄熱的問題，尚缺乏有效的解決方案。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種快速式壁掛自然循環相變太陽能蓄熱裝置，該蓄熱裝置可鑲嵌或懸掛在建築外表面，有效節約空間，無需水泵，通過自然循環穩定可靠運行；

進一步的，本發明採用下述技術方案：

快速式壁掛自然循環相變太陽能蓄熱裝置，包括蓄熱箱體，所述蓄熱箱體內設置太陽能熱水管路和放熱管路，蓄熱箱體內壁與太陽能熱水管路、放熱管路之間的間隙形成蓄熱空間，所述蓄熱空間內填充相變蓄熱材料；

太陽能熱水管路內介質以自然循環方式流動，並將熱量傳遞給相變蓄熱材料，相變蓄熱材料蓄熱後與放熱管路內介質進行熱量交換。

本發明的太陽能蓄熱裝置設置蓄熱箱體，在蓄熱箱體內設置太陽能熱水管路和放熱管路，太陽能熱水管路內流通集熱器中的熱水，其熱水以自然循環方式流動，在流動過程中將熱量傳遞給相變蓄熱材料；相變蓄熱材料吸熱後，在放熱管路中冷水流通時，相變蓄熱材料將熱量傳遞給放熱管路中冷水，進而使得放熱管路內冷水升溫，輸送至用戶需要熱水的地方。本發明的裝置自動循環，且無需水泵設置即可自動實現換熱，且佔用空間較小。

進一步的，所述太陽能熱水管路包括帶有入口的上集管和帶有出口的下集管，所述上集管設置於蓄熱箱體內上部，下集管設置於蓄熱箱體內下部，上集管和下集管之間連接至少一根支管。集熱器中的熱水由上集管進入，通過支管進入下集管，由下集管再進入集熱器，通過集熱器中水溫變化導致的密度變化，可以實現自然循環。

進一步的，所述支管為多根，多根支管均勻排布設置與上集管和下集管之間。可以使得蓄熱箱體內的相變蓄熱材料吸收熱量均勻。

進一步的，所述放熱管路包括至少一根在豎直平面內成蛇形分布的盤管，所述盤管上端與放熱管出口連接，所述盤管下端與放熱管入口連接。將放熱管路設置成盤管，可以增大放熱管路與相變蓄熱材料的熱量交換面積。

進一步的，所述放熱管路和太陽能熱水管路交叉設置。

進一步的，所述蓄熱箱體內設置多個水管託架，放熱管路支撐於水管託架上。水管託架給放熱管路以支撐作用，保證其穩定性。

進一步的，所述蓄熱箱體上部設置填料口。填料口用於向箱體內添加物料並可兼做排氣口，填料口可密封關閉。

進一步的，所述蓄熱箱體外側設置保溫材料。設置保溫材料，可以保證蓄熱箱體內的溫度不會受外界環境影響。

進一步的，所述相變蓄熱材料為無機水合鹽，或所述相變蓄熱材料為膨脹石墨/石蠟複合材料，所述相變蓄熱材料相變溫度在40-70℃。

一種太陽能相變蓄熱系統，包括集熱器和如上所述的蓄熱裝置，所述上集管的入口和集熱器出口連通，所述下集管的出口和集熱器入口連通。太陽能熱水管路和集熱器連通，集熱器中的水加熱後水溫升高密度變低，集熱器中熱水向上流動進入太陽能熱水管路上集管，經由支管向下流通至下集管，向下流動過程中，太陽能熱水管路中的熱水即和相變蓄熱材料發生熱量交換，相變蓄熱材料被加熱進行相變蓄熱。

進一步的，所述放熱管入口和正壓水源管路連接，放熱管出口和用戶用水管路連接。冷水由正壓水源管路進入放熱管後，相變蓄熱材料和放熱管中冷水進行熱量交換，使放熱管路中的冷水升溫後送入用戶用水管路供用戶使用。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

由於採用相變蓄熱材料，蓄熱能力強，較水蓄熱所需體積小，並製成扁平長方體形狀，可鑲嵌或懸掛於外牆或陽臺，不佔用室內居住或陽臺空間。

由於太陽能熱水管路採用了上下集管和支管的結構，且上集管位於箱內最高處，下集管位於箱內最低處，蓄熱箱支管冷卻成為下降管，對應集熱器內支管受熱成為上升管，利用水的密度差可實現自然循環，無需水泵，運行安全可靠。

由於放熱管路可直接自來水管網，可用市政管網水壓進行流動換熱，無需水泵，安全可靠；自來水管路為盤管結構，換熱面積大，換熱充分，可將自來水即時加熱成淋浴用熱水。

由於蓄熱和放熱過程採用兩套獨立管路，蓄熱、放熱可同時獨立進行，使用方便、靈活。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用於解釋本申請，並不構成對本申請的不當限定。

圖1為本發明太陽能蓄熱裝置主視剖面圖；

圖2為本發明太陽能蓄熱裝置側視剖視圖；

圖中，1為蓄熱箱體，2為太陽能熱水入口，3為太陽能熱水回水口，4為太陽能熱水上集管，5為太陽能熱水下集管，6為太陽能熱水支管，7放熱管入口，8放熱管出口，9為放熱管路，10為相變蓄熱材料，11為水管託架。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這裡所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這裡所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括複數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語「包含」和/或「包括」時，其指明存在特徵、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

術語解釋部分：自然循環指的是採用熱水的供水與回水溫差而使熱水在管網中自行循環的方式。

正如背景技術所介紹的，現有技術中存在太陽能熱水器蓄熱的問題，為了解決如上的技術問題，本申請提出了一種快速式壁掛自然循環相變太陽能蓄熱裝置及系統。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1-圖2所示，提供了一種快速式壁掛自然循環相變太陽能蓄熱裝置，包括蓄熱箱體1，蓄熱箱體1內設置太陽能熱水管路和放熱管路9，蓄熱箱體1內壁與太陽能熱水管路、放熱管路9之間的間隙形成蓄熱空間，蓄熱空間內填充相變蓄熱材料10；蓄熱箱體1形狀為偏平立方體箱體；

太陽能熱水管路內介質以自然循環方式流動，並將熱量傳遞給相變蓄熱材料，相變蓄熱材料蓄熱後與放熱管路內介質進行熱量交換。

太陽能熱水管路包括帶有入口(即太陽能熱水入口2)的上集管(即太陽能熱水上集管4)和帶有出口(即太陽能熱水回水口3)的下集管(即太陽能熱水下集管5)，太陽能熱水上集管4設置於蓄熱箱體1內上部，太陽能熱水下集管5設置於蓄熱箱體1內下部，太陽能熱水上集管4和太陽能熱水下集管5之間連接至少一根支管(即太陽能熱水支管6)。太陽能熱水支管6設置為多根時，多根太陽能熱水支管6均勻排布設置與太陽能熱水上集管4和太陽能熱水下集管5之間，可以使得蓄熱箱體內的相變蓄熱材料吸收熱量均勻。太陽能熱水上集管4水平設置於蓄熱箱體1內部最上方，太陽能熱水下集管5水平設置於蓄熱箱體1內部最下方，太陽能熱水管路整體為同程管路。

放熱管路9包括至少一根在豎直平面內成蛇形分布的盤管，盤管上端與放熱管出口8連接，盤管下端與放熱管入口7連接。

本發明的蓄熱裝置中，放熱管路和太陽能熱水管路交叉設置。

蓄熱箱體1內設置多個水管託架11，放熱管路9支撐於水管託架11上。水管託架給放熱管路以支撐作用，保證其穩定性。

蓄熱箱體1上部設置填料口。填料口用於向箱體內添加物料並可兼做排氣口，填料口可密封關閉。

蓄熱箱體1外側設置保溫材料。設置保溫材料，可以保證蓄熱箱體內的溫度不會受外界環境影響。

相變蓄熱材料10填充於蓄熱箱體1內部除太陽能熱水管路和放熱管路外的整個空間，相變蓄熱材料10為無機水合鹽，或相變蓄熱材料為膨脹石墨/石蠟複合材料，有相對固定相變溫度，相變蓄熱材料相變溫度在40-70℃。

本申請的另一種典型的實施方式中，提供了一種太陽能相變蓄熱系統，包括集熱器和如上所述的蓄熱裝置，太陽能熱水上集管4的太陽能熱水入口2和集熱器出口連通，太陽能熱水下集管5的太陽能熱水回水口3和集熱器入口連通，組成太陽能熱水環路，環路內介質依靠蓄熱裝置和外部集熱器兩側密度差進行自然循環。太陽能熱水管路和集熱器連通，集熱器中的水加熱後水溫升高密度變低，集熱器中熱水向上流動進入太陽能熱水管路上集管，經由支管向下流通至下集管，向下流動過程中，太陽能熱水管路中的熱水即和相變蓄熱材料發生熱量交換，相變蓄熱材料被加熱進行相變蓄熱。

放熱管入口7和正壓水源管路(可以是市政管網的自來水等水源)連接，放熱管出口8和用戶用水管路(可以是淋浴等用水處)連接。冷水由正壓水源管路進入放熱管後，相變蓄熱材料和放熱管中冷水進行熱量交換，使放熱管路中的冷水升溫後送入用戶用水管路供用戶使用。

本發明提供的壁掛式相變蓄熱箱體，形狀為扁平長方體，體積較小，可懸掛或鑲嵌於建築外表面，節省建築使用空間，利於建築一體化；上下集管與支管的結構能有效利用集熱器和蓄熱箱管路內水的密度差而形成自然循環，放熱過程可利用市政管網等水源處壓力，整套裝置都無需水泵，安全節能可靠；蓄熱放熱可同時進行，通過換熱箱可直接獲得淋浴或生活用熱水，使用靈活方便。

為了使得本領域技術人員能夠更加清楚地了解本申請的技術方案，以下將結合具體的工作過程詳細說明本申請的技術方案。

晴天時，外部太陽能集熱器加熱集熱器中水，使其溫度升高密度變低，集熱器中熱水向上流動，並通過連接管進入蓄熱箱體1內太陽能熱水上集管4，而蓄熱箱體1內太陽能熱水下集管5內的水由連管補充進入外部集熱器；太陽能熱水上集管4內的水通過太陽能熱水支管6向下流動的過程被相變蓄熱材料10冷卻，溫度逐漸降低，密度升高，進入太陽能熱水下集管5，外部太陽能集熱器和蓄熱箱體1太陽能熱水管路內的水利用兩者的密度差進行自然循環。相變蓄熱材料10在這樣的流動過程中被加熱進行相變蓄熱。

在需要用水時，市政管網中的自來水等水源處的冷水從放熱管入口7進入放熱管路9，與蓄熱箱1中相變蓄熱材料10進行換熱，由於放熱管路為較長的盤管，冷水在通過蓄熱箱後變可達到較高溫度，再通過放熱管出口8流向淋浴等需要熱水的地方。

以上所述僅為本申請的優選實施例而已，並不用於限制本申請，對於本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護範圍之內。