本實用新型涉及相變蓄能及節(jié)能環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種儲存太陽能的組合模塊式相變蓄熱水箱。

背景技術(shù)：

太陽能光熱系統(tǒng)是目前較為成熟的一種應(yīng)用，其中，蓄熱水箱是系統(tǒng)中的重要部件之一，主要作用是將太陽能集熱器收集的熱量儲存起來，以便用戶可以隨時取用熱水。以水作為蓄熱介質(zhì)，具有來源廣泛、比熱容大、清潔無污染等優(yōu)勢，然而，由于太陽能資源具有間歇性等缺點，同等蓄熱量情況下需要更大的水箱體積，浪費了一定的空間資源。此外，采用水作為蓄熱介質(zhì)時，隨著蓄熱過程的進(jìn)行，水箱進(jìn)出口溫差逐漸降低，熱分層效果降低，與之相連的太陽能集熱器進(jìn)口溫度不斷升高，從而導(dǎo)致太陽能集熱器效率降低；另一方面，相變蓄熱技術(shù)在近幾十年來已經(jīng)得到了較好的發(fā)展。相變蓄熱技術(shù)主要利用了相變蓄熱材料在相變過程(如固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài))中吸收(釋放)的大量潛熱，在相變過程中，物質(zhì)溫度基本不變，然而，相變材料導(dǎo)熱系數(shù)偏低，單純的相變蓄熱裝置往往具有相變潛熱利用率低，潛熱無法得到充分利用的缺陷，影響了相變蓄熱材料的蓄放熱性能，且價格較貴，因此，合理利用水的顯熱及相變蓄熱材料的相變蓄熱優(yōu)勢，提高太陽能集熱器效率，提升蓄熱水箱蓄熱密度及蓄放熱效率，成為了解決問題的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可用于太陽能熱水系統(tǒng)中的組合模塊式相變蓄熱水箱，同等容積情況下，具有更大的蓄放熱能力及效率；蓄熱水箱蓄能密度提升，水箱空間占用量減少；水箱熱分層效果可持續(xù)較長時間，提高太陽能集熱器效率；熱水隨用隨取，由于相變材料的存在，水箱具有一定的后續(xù)供水能力。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是：一種組合模塊式相變蓄熱水箱，包括圓柱形殼體，所述殼體的頂部設(shè)置有蓄熱進(jìn)口和取熱出口，所述殼體的底部設(shè)置有蓄熱出口和取熱進(jìn)口；所述殼體內(nèi)軸向設(shè)置有圓柱形蓄熱流道，所述蓄熱流道的上、下兩端分別通過進(jìn)水管和出水管與所述蓄熱進(jìn)口和所述蓄熱出口相連接；所述蓄熱流道的上、下端面分別設(shè)置有若干個聯(lián)通孔；所述蓄熱流道的上部外側(cè)設(shè)置有一個以上高熔點相變模塊，所述蓄熱流道的下部外側(cè)設(shè)置有一個以上低熔點相變模塊。

所述高熔點相變模塊以同心圓形式由內(nèi)向外依次排列在所述蓄熱流道和所述殼體之間。

所述高熔點相變模塊為圓環(huán)柱體結(jié)構(gòu)，其厚度為10～14mm，其高度為450～550mm。

所述低熔點相變模塊以同心圓形式由內(nèi)向外依次排列在所述蓄熱流道和所述殼體之間。

所述低熔點相變模塊為圓環(huán)柱體結(jié)構(gòu)，其厚度為10～14mm，其高度為450～550mm。

所述高熔點相變模塊和所述低熔點相變模塊設(shè)置有凸點、波紋或肋片以增加其傳熱系數(shù)。

制成所述高熔點相變模塊的相變材料和制成所述低熔點相變模塊的相變材料中添加鋁粉或膨脹石墨粉以增強其導(dǎo)熱系數(shù)。

所述高熔點相變模塊采用相變溫度為58℃的相變材料制成。

所述低熔點相變模塊采用相變溫度為44℃的相變材料制成。

本實用新型的有益效果是：

1、兩種不同熔點相變材料的布置提高了蓄熱水箱的蓄熱速率，實驗水箱蓄熱時間明顯縮短。

2、相變材料封裝模塊厚度合理，蓄放熱過程中相變材料利用完全，相變材料潛熱利用率高。

3、所選用的相變材料相變溫度適中，相變材料單位體積蓄熱量均較大，水箱蓄熱密度較高。

4、蓄熱水箱中添加了占水箱體積19.17％的相變材料之后，可多提供滿足規(guī)范要求的生活熱水34.05％。

附圖說明

圖1：本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：本實用新型三維剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)注：1、蓄熱進(jìn)口；2、取熱出口；3、聯(lián)通孔；4、高熔點相變模塊；5、蓄熱流道；6、低熔點相變模塊；7、蓄熱出口；8、取熱進(jìn)口；9、殼體。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的描述。

本實用新型通過將高低溫相變材料沿水箱高度方向分別布置，水箱蓄熱過程中，上下層相變材料同時發(fā)生相變，幾乎同時完成蓄熱過程；另一方面，取熱過程中，冷水從水箱下部進(jìn)入水箱，兩種相變材料同時發(fā)生相變，釋放的熱量轉(zhuǎn)化成熱水供用戶使用，相變材料潛熱利用率較高，從而達(dá)到水箱內(nèi)相變材料具有較高的蓄放熱效率的目的。

如附圖1和圖2所示，一種組合模塊式相變蓄熱水箱，包括圓柱形殼體9，所述殼體9的頂部設(shè)置有蓄熱進(jìn)口1和取熱出口2，所述殼體9的底部設(shè)置有蓄熱出口7和取熱進(jìn)口8。所述殼體9內(nèi)軸向設(shè)置有圓柱形蓄熱流道5，所述蓄熱流道5的上、下兩端分別通過進(jìn)水管和出水管與所述蓄熱進(jìn)口1和所述蓄熱出口7相連接；所述蓄熱流道5的上、下端面分別設(shè)置有若干個聯(lián)通孔3；所述蓄熱流道5的上部外側(cè)設(shè)置有一個以上高熔點相變模塊4，所述蓄熱流道5的下部外側(cè)設(shè)置有一個以上低熔點相變模塊6。

其中，所述高熔點相變模塊4采用相變溫度為58℃的相變材料加工制成，所述低熔點相變模塊6采用相變溫度為44℃的相變材料加工制成，本實施例中，即對相變材料采用不銹鋼封裝及模塊式封裝形成本實用新型蓄熱水箱的高熔點相變模塊4和低熔點相變模塊6，所述高熔點相變模塊4和所述低熔點相變模塊6的數(shù)量可以根據(jù)實際用熱量需求分別取4～8個。

所述高熔點相變模塊4和所述低熔點相變模塊6均以同心圓形式由內(nèi)向外依次排列在所述蓄熱流道5和所述殼體9之間，并分別布置在水箱的上層及下層，以保證水箱內(nèi)溫度場等物理量軸對稱分布，保證水箱內(nèi)部溫度場均勻。

所述高熔點相變模塊4和所述低熔點相變模塊6均為圓環(huán)柱體結(jié)構(gòu)，其厚度為10～14mm，其高度為450～550mm，以保證水箱中相變材料的用量以及蓄放熱過程中相變材料可以及時發(fā)生相變，避免用戶取熱過程中熱量不能及時放出，使相變蓄熱模塊失去實際作用。

所述高熔點相變模塊4和所述低熔點相變模塊6設(shè)置有凸點、波紋或肋片等方式以增加相變模塊的傳熱系數(shù)；同時，制成所述高熔點相變模塊4的相變材料和制成所述低熔點相變模塊6的相變材料中添加鋁粉或膨脹石墨粉等物質(zhì)以增強相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

本實用新型中的蓄熱流道5實質(zhì)上是一種間壁式換熱器，用以隔絕熱源熱水以及生活熱水，因此，本蓄熱水箱的熱源較為廣泛，另外也保證了生活用水的潔凈及衛(wèi)生要求。如附圖2所示，蓄熱流道5上部及下部的聯(lián)通孔3，將蓄熱流道5內(nèi)部及水箱殼體9內(nèi)的熱水聯(lián)通，保證了蓄熱流道5內(nèi)側(cè)熱水依然可用，并起到均流的作用。

本實用新型中的相變模塊，上部分為高熔點相變部分，下部分為低熔點相變部分，在水箱中垂直放置，以適應(yīng)水箱內(nèi)部的熱分層現(xiàn)象，提高水箱的蓄熱及取熱速率。

本實用新型蓄熱水箱工作原理如下所述：蓄熱過程中，來自熱源的熱水通過蓄熱進(jìn)口1進(jìn)入蓄熱流道5，隨后熱水通過流道外殼與水箱內(nèi)冷水進(jìn)行換熱，隨著換熱的持續(xù)進(jìn)行，至流道下部分時，熱水溫度降低，此時一段時間內(nèi)，蓄熱流道5上部熱水及下部冷水均維持在恰好能使高熔點相變模塊4和低熔點相變模塊6發(fā)生相變的程度，以此降低蓄熱時間，提高蓄熱速率；取熱過程中，自來水冷水自水箱底部的取熱進(jìn)口8壓入，生活熱水從水箱頂部的取熱出口2壓出，熱水隨用隨取，隨著取熱過程的不斷進(jìn)行，由于高熔點相變模塊4的相變溫度與水箱蓄熱溫度基本一致，水箱上部溫度降低，高熔點相變模塊4即可發(fā)生相變放熱，從而提升取熱速率。