相变储能箱及采用该储能箱的太阳能相变储能供热装置

1.本发明涉及一种换热装置，具体涉及一种相变储能箱及采用该储能箱的太阳能相变储能供热装置。

背景技术：

2.相变储能装置利用相变储能材料热焓值高、储能密度大的优点，将热能储存在相变材料中，需要时再置换出。相变储能装置能够将热能存储、释放，有效提高热能的利用效率。我国太阳能资源较为丰富，常通过吸收太阳能对介质加热后，实现供热。但现有集热器只能在阳光较为丰富的时候储能，不能对太阳能进行长时间存储。
3.基于此，申请号为2018207362755的中国专利公开了一种太阳能相变蓄热供热装置，包括反射聚光器、换热器和热泵主机，反射聚光器内设有抛物面状的反射层，储能装置包括储能箱体，储能箱体内填充有相变储能材料，储能箱体外侧壁设有保温层。该专利利用相变储能材料在相变时的高密度吸、放热量的特性来达到储存太阳能的目的，并在太阳能间歇期持续的供热，解决了外界太阳能不足时的供热问题。该装置虽能通过相变材料储存太阳能，在太阳能不足时为室内供暖。但该供热装置结构较为复杂，成本高，不利于大范围推广。同时，该供热装置中的相变储能材料直接填充在储能箱体内，当相变储能材料部分存在缺陷需要进行更换时，需要将所有相变储能材料和箱体一起进行更替，从而造成材料浪费。同时，箱体内的相变储能材料容量固定，不能根据需要进行灵活性调整。

技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种相变储能箱及采用该储能箱的太阳能相变储能供热装置，解决现有供热装置结构复杂，制作成本高，且不能根据具体使用需求调整相变储能材料用量，储能箱更换成本高的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种相变储能箱，包括内设空腔的硬质箱体，在硬质箱体的空腔内设有多个相变储能块，其特征在于，所述相变储能块呈球状或正多面体，由外导热壳和填充在外导热壳内的相变储能材料组成；在硬质箱体的左右两侧分别设有一进气口和出气口；所述进气口用于接入外部热空气，将热空气导入硬质箱体内，并在空气温度达到相变储能材料的相变温度后，通过相变储能块从空气中吸收并储存热量；所述出气口用于持续性导出硬质箱体内的空气，与进气口一起形成一个空气流通通道。
6.进一步的，所述硬质箱体由隔热材料或绝热材料制成。
7.进一步的，所述箱体采用不锈钢制成，在箱体外端面覆盖有一层保温材料。
8.进一步的，在硬质箱体内可拆卸安装有多块隔板，所述隔板将硬质箱体内的空腔分割为多个用于放置相变储能块的空间，在每个隔板上均设有一个通孔，所述通孔将相邻两块隔板所分割的空间连通，并与进气口和出气口一起形成一个蛇形走向的空气流通通道。
9.进一步的，所述隔板呈矩形，相邻两块隔板平行设置，在硬质箱体的上端和/或下端间隔设有多个用于装配隔板的卡槽。
10.进一步的，所述卡槽设置数量与隔板数量相等，由两个间隔设置的卡板形成。
11.进一步的，所述相变储能材料为相变温度为58.5-62.5℃的石蜡。
12.进一步的，在硬质箱体底部还设有四个呈矩形分布的万向轮。
13.进一步的，所述相变储能块为正八面体或正十二面体或正二十面体。
14.一种太阳能相变储能换热装置，包括相变储能箱，所述相变储能箱如上所述，在相变储能箱旁设有一集热器，所述集热器的出气口与相变储能箱的进气口通过一管道连通；当集热器加热后的热空气通过进气口进入储能箱内，且储能箱内温度达到相变储能材料的相变温度后，所述相变储能块内的相变储能材料即从空气中吸收热量，储存热量，并在集热器不再吸收热量后，外部冷空气直接通过集热器进入储能箱内，相变储能块在接触冷空气后，释放热量，对空气加热，形成热空气后，将热空气从出气口排出。
15.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：1、在白天，集热器吸收太阳能，并将热量通过其出气口导向储能箱内，储能箱内的相变储能块吸收到该热空气，并达到相变温度后，由固态转变成液态，吸收热量，在夜间时，集热器不再吸收热量，储能箱内不再有热空气进入，从而使得储能箱内的相变储能块内的相变储能材料释放热量，将储能箱内的空气加热，形成热空气，最后经出气口排出到室内，实现对室内制热。
16.2、相变储能块为球形，可有效确保每个相变储能块吸收热量较为均匀，同时，相变储能块3之间摩擦力较小，不易碰损。
17.3、根据具体需求，相变储能块的数量可灵活调整，其中，部分相变储能块有破损或内部的相变储能材料存在缺陷时，更换较为方便。
附图说明
18.图1为实施例中相变储能箱的结构示意图；图2为实施例中隔板的正面结构示意图；图3为实施例中球状的相变储能块的剖视结构示意图；图4为蓄热实验中进出口空气温度随时间变化图；图5为放热实验中进出口空气温度随时间变化图。
具体实施方式
19.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.如图1-图3所示，本实施例所提供的相变储能箱，包括内设空腔的硬质箱体1，在硬质箱体1的空腔内设有多个相变储能块3，所述相变储能块3呈球状，由外导热壳31（采用不锈钢制成）和填充在外导热壳31内的相变储能材料32组成；在硬质箱体1的左右两侧分别设有一进气口11和出气口12；所述进气口用于接入外部热空气，将热空气导入硬质箱体内，并在空气温度达到相变储能材料的相变温度后，通过相变储能块从空气中吸收并储存热量；所述出气口用于持续性导出硬质箱体内的空气，与进气口一起形成一个空气流通通道。
22.具体的，本实施例中进气口11处所通入的热空气，是由一集热器吸收太阳能后，将外部冷空气进行加热，形成热空气后，将集热器的出气口与相变储能箱的进气口11连通后，将热空气导入硬质箱体1内，形成一个用于对室内制热的太阳能相变储能供热装置。当集热器加热后的热空气通过进气口11进入硬质箱体1内，且硬质箱体1内温度达到相变储能材料32的相变温度后，所述相变储能块3内的相变储能材料32即从空气中吸收并储存热量，并在集热器不再吸收热量后，外部冷空气直接通过集热器进入储能箱内，相变储能块3在接触冷空气后，释放热量，对空气加热，形成热空气后，将热空气从出气口排出。使用时，在白天，集热器吸收太阳能，将外部冷空气进行加热，并将加热后的热空气通过其出气口导向硬质箱体1内，硬质箱体1内的相变储能块3吸收到该热空气，并达到相变温度后，由固态转变成液态，吸收热量，在夜间时，集热器不再吸收热量，硬质箱体1内不再有热空气进入，而是直接将室外冷空气通过集热器导入到硬质箱体1内，从而使得硬质箱体1内的相变储能块3内的相变储能材料32释放热量，将储能箱内的空气加热，形成热空气，最后经出气口排出到室内，实现对室内制热。该装置对于太阳能较为丰富、昼夜温差较大的地区应用效果突出，所收集太阳能丰富。
23.将相变储能块3设为球形后，可有效确保每个相变储能块3吸收热量较为均匀，同时，相变储能块3之间摩擦力较小，不易碰损。
24.为确保硬质箱体1的保温性能并具有较好的强度，硬质箱体1由隔热材料或绝热材料制成，包括箱体和箱盖，采用不锈钢制成，在箱体和箱盖外端面均覆盖有一层保温材料。
25.为增加空气流通路径，提升相变储能块3的热量吸收性能，在硬质箱体1内可拆卸安装有多块隔板2，所述隔板2将硬质箱体1的空腔分割为多个用于放置相变储能块的空间，
在每个隔板2上均设有一个通孔21（具体实施时，可在隔板一侧设置一个缺口，缺口与储能箱内壁之间形成一个通气通道；或者将隔板宽度设为小于硬质箱体的宽度，使隔板其中一侧与硬质箱体内壁之间形成一个通气间隙），所述通孔21将相邻两块隔板2所分割的空间连通，并与进气口11和出气口12一起形成一个蛇形走向的空气流通通道。
26.具体的，所述隔板2呈矩形，相邻两块隔板2平行设置，在硬质箱体1的上端（即箱盖内壁）和/或下端（即箱体底部内壁）间隔设有多个用于装配隔板2的卡槽。所述卡槽设置数量与隔板2数量相等（具体实施时，可在隔板上下两端均设置卡槽），由两个间隔设置的卡板形成。
27.本实施例中的相变储能材料为相变温度为58.5-62.5℃的石蜡，采用该材料便于通过注射器将相变储能材料32注入到外导热壳31内，然后再将注入口密封。
28.为便于搬运散热装置，在储能箱底部还设有四个呈矩形分布的万向轮。
29.除了将相变储能块3设为球形外，具体实施时，还可以将相变储能块3设为正多面体，未确保各个相变储能块3吸热较为均匀，具体的，将相变储能块设为正八面体或正十二面体或正二十面体。
30.以西藏地区边防哨所为例，该哨所室外平均温度为8℃，供热指标为20w/m2，供热面积为40m2，那么所需供暖热负荷为7200w
· h。
31.热负荷计算公式如下：；式中：ti为室内计算温度（℃）；te为供暖期室外平均温度（℃）；a0为建筑面积（m2）；ξ为围护结构传热系数修正系数；ki为围护结构的平均传热系数[w/m2·
k]；fi为围护结构的面积（m2）。上述围护结构是指供热环境中建筑物的墙体和屋顶表面积之和。
[0032]
由此，采用单个相变储能块为0.48kg，总相变材料质量为85.12kg的相变储能箱，在日间进行蓄热和放热实验。得到蓄热实验进出口空气温度随时间变化图（如图4所示）以及释热实验进出口空气温度随时间变化图（即图5）。从图4中可看出，蓄热时，出口空气温度却随时间的增加而不断增长，在500min左右后平稳，这是由于这段时间内相变储能块3温度一直低于流过其表面的空气温度，热空气在不断向相变储能块3放热，使相变储能块3温度逐渐升高，在进口温度变化较小的情况下，空气与相变储能块3之间的传热温差逐渐减小，相变储能块3吸热量逐渐减小，导致空气出口温度逐渐升高。即蓄热时，箱体内温度在500min左右后平稳，达到持续蓄热；而在放热时，初始放热温度高，并在370min后低于环境温度，不再放热。放热过程中，由于初始放热温度较高，能够在短时间内对室内温度加热，而温度被加热到低于环境温度后，房间内的温度还能在密闭环境下保温一定时间。从而使得本实验中的太阳能相变储能供热装置能够解决日常持续供暖保障问题，达到无电力、无燃料的纯太阳能持续供暖目的，具备节能特点。
[0033]
当然，在具体使用时，可根据日照时长、昼夜温差、所需制热房间的具体空间大小，来适应性调整储能箱的大小，以及相变储能块3的数量。
[0034]
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：

1.一种相变储能箱，包括内设空腔的硬质箱体，在硬质箱体的空腔内设有多个相变储能块，其特征在于，所述相变储能块呈球状或正多面体，由外导热壳和填充在外导热壳内的相变储能材料组成；在硬质箱体的左右两侧分别设有一进气口和出气口；所述进气口用于接入外部热空气，将热空气导入硬质箱体内，并在空气温度达到相变储能材料的相变温度后，通过相变储能块从空气中吸收并储存热量；所述出气口用于持续性导出硬质箱体内的空气，与进气口一起形成一个空气流通通道。2.根据权利要求1所述的相变储能箱，其特征在于，所述硬质箱体由隔热材料或绝热材料制成。3.根据权利要求2所述的相变储能箱，其特征在于，所述箱体采用不锈钢制成，在箱体外端面覆盖有一层保温材料。4.根据权利要求1或2或3所述的相变储能箱，其特征在于，在硬质箱体内可拆卸安装有多块隔板，所述隔板将硬质箱体内的空腔分割为多个用于放置相变储能块的空间，在每个隔板上均设有一个通孔，所述通孔将相邻两块隔板所分割的空间连通，并与进气口和出气口一起形成一个蛇形走向的空气流通通道。5.根据权利要求4所述的相变储能箱，其特征在于，所述隔板呈矩形，相邻两块隔板平行设置，在硬质箱体的上端和/或下端间隔设有多个用于装配隔板的卡槽。6.根据权利要求5所述的相变储能箱，其特征在于，所述卡槽设置数量与隔板数量相等，由两个间隔设置的卡板形成。7.根据权利要求1或2或3或5或6所述的相变储能箱，其特征在于，所述相变储能材料为相变温度为58.5-62.5℃的石蜡。8.根据权利要求7所述的相变储能箱，其特征在于，在硬质箱体底部还设有四个呈矩形分布的万向轮。9.根据权利要求1或2或3或5或6或8所述的相变储能箱，其特征在于，所述相变储能块为正八面体或正十二面体或正二十面体。10.一种太阳能相变储能换热装置，包括相变储能箱，其特征在于，所述相变储能箱如权利要求1-9任一所述，在相变储能箱旁设有一集热器，所述集热器的出气口与相变储能箱的进气口通过一管道连通；当集热器加热后的热空气通过进气口进入储能箱内，且储能箱内温度达到相变储能材料的相变温度后，所述相变储能块内的相变储能材料即从空气中吸收热量，储存热量，并在集热器不再吸收热量后，外部冷空气直接通过集热器进入储能箱内，相变储能块在接触冷空气后，释放热量，对空气加热，形成热空气后，将热空气从出气口排出。

技术总结

本发明公开了一种相变储能箱及采用该储能箱的太阳能相变储能供热装置，所述供热装置相变储能箱，所述相变储能箱，包括内设空腔的硬质箱体，在硬质箱体的空腔内设有多个相变储能块，所述相变储能块呈球状，由外导热壳和相变储能材料组成；在硬质箱体的左右两侧分别设有一进气口和出气口；在相变储能箱旁设有一集热器，所述集热器的出气口与相变储能箱的进气口通过一管道连通；当集热器加热后的热空气通过进气口进入储能箱内，且储能箱内温度达到相变储能材料的相变温度后，所述相变储能块内的相变储能材料即从空气中吸收并储存热量，并在外部冷空气进入储能箱后，通过相变储能块释放热量，对空气加热，形成热空气后，将热空气从出气口排出。气口排出。气口排出。