CN103512226A - 缓冲热量的储能装置及具有该装置的太阳能热水器 - Google Patents

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Abstract

一种具有缓冲热量的储能装置的太阳能热水器，其特征在于：包括太阳能热水器和缓冲热量的储能装置；所述缓冲热量的储能装置包括换热管和相变储热材料储存装置，所述换热管和相变储热材料储存装置内的相变储热材料传热接触；所述太阳能热水器的出水管与所述换热管的一端连通，所述换热管的另一端连接有出水阀门。本发明通过在太阳能热水器的出水端设置缓冲热量的储能装置，太阳能热水器高温热水输出首先通过缓冲热量的储能装置，将部分热量储存在装置内，当太阳能热水器出水温度降低至40℃以下时，缓冲热量的储能装置将加热热水器的低温出水，将水温提高到可用范围，这样提高了太阳能热水器的效率，大大增加了可用水量。

Description

缓冲热量的储能装置及具有该装置的太阳能热水器
技术领域
本发明涉及一种缓冲热量的储能装置及具有该装置的太阳能热水器，属于太阳能光热技术领域。
背景技术
我国太阳能热水器开发利用始于二十世纪五、六十年代的闷晒式，到了七、八十年代发展为平板式及直管式。目前已开发的第三代是真空管式太阳能热水器，它运用优良的阳光选择性吸收膜层及高真空保温技术，具有单向导热性能佳、稳定性好等优点。经过不断更新改造，其防冻、防冰雹及保温性能都得到进一步改善。另外为了解决阴雨天不能使用太阳能的难题，上述产品还配套管状电加热辅助装置及相应的水位、加热自动控制***等，实现了全天侯热水的目标。
与以上传统太阳能热水器相比，相变储热太阳能热水器具有整体尺寸大幅减少、没有水箱-完全平板设计、***效率提高50%以上、水质新鲜、承压运行、无排空问题等优势。由于取消了水箱，相变储热太阳能热水器可以很容易地与建筑一体化，克服了传统太阳能热水器进入城市市场的根本障碍。
但无论是传统太阳能热水器还是相变储热太阳能热水器，都存在需要进行能量缓冲的要求。例如相变储热太阳能热水器，热量储存在相变储热材料中，当通冷水换热时，出水温度会出现明显的波动。一般情况下初始出水温度可达70℃~90℃，当相变材料储存的热量释放70%以后，由于换热不充分，出水温度会出现明显的下降，一般在40℃以下，而这部分30%的热量，由于出水温度低，在实际使用中，应用范围较窄。容积式太阳能热水器又称贮水式太阳能热水器，是将贮存在内胆里一定容量的冷水加热，等内胆里的水达到预定温度后再打开热水阀门使用热水的产品。容积式太阳能热水器的供水和加热可以不在同一时间内进行，其供热水量主要由容积的大小来决定，而不只是依赖于加热的功率，贮存的热水可以瞬间放出，所以容积式热水器可以一次性供应大量的热水。容积式太阳能热水器在排水过程中，最初为高温热水持续输出，随着时间延长水温将迅速下降，在水温降至40℃以下，热水器箱体内剩余的40℃的热水将无法使用而造成能量的浪费。
因此，如何把低温段的热量利用起来，转移的可以使用段，成为太阳能热水器优化中至关重要的一点。
发明内容
本发明目的是提供一种缓冲热量的储能装置及具有该装置的太阳能热水器。
为达到上述目的，本发明采用的第一种技术方案是：一种缓冲热量的储能装置，包括换热管和相变储热材料储存装置，所述换热管和相变储热材料储存装置内的相变储热材料传热接触。
优选的技术方案为：所述相变储热材料选自CH3COONa.3H2O、Na2S2O3.5H2O、CaCL2.6H2O、CaBr2.6H2O、Ca(NO3).4H2O、K3PO4.7H2O、Na2SO4.10H2O及其共晶盐、Na2CO3.10H2O、Na2HPO4.12H2O及其共晶盐、Ba2(OH)2.8H2O、AlNH4（SO4）2.12H2O、月桂酸、石蜡、硬脂酸丁酯、辛酸、葵酸。
优选的技术方案为：所述换热管为盘管。
优选的技术方案为：所述换热管的外表面设有传热增强材料，所述传热增强材料选自石墨、金属粉末、金属氧化物。
为达到上述目的，本发明采用的第二种技术方案是：一种具有缓冲热量的储能装置的太阳能热水器，包括太阳能热水器和缓冲热量的储能装置；所述缓冲热量的储能装置包括换热管和相变储热材料储存装置，所述换热管和相变储热材料储存装置内的相变储热材料传热接触；所述太阳能热水器的出水管与所述换热管的一端连通，所述换热管的另一端连接有出水阀门。
优选的技术方案为：所述相变储热材料选自CH3COONa.3H2O、Na2S2O3.5H2O、CaCL2.6H2O、CaBr2.6H2O、Ca(NO3).4H2O、K3PO4.7H2O、Na2SO4.10H2O及其共晶盐、Na2CO3.10H2O、Na2HPO4.12H2O及其共晶盐、Ba2(OH)2.8H2O、AlNH4（SO4）2.12H2O、月桂酸、石蜡、硬脂酸丁酯、辛酸、葵酸。
优选的技术方案为：所述换热管为盘管。
优选的技术方案为：所述换热管的外表面设有传热增强材料，所述传热增强材料选自石墨、金属粉末、金属氧化物。
优选的技术方案为：所述太阳能热水器为相变储热式太阳能热水器或者容积式太阳能热水器。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明通过在太阳能热水器的出水端设置缓冲热量的储能装置，太阳能热水器高温热水输出首先通过缓冲热量的储能装置，将部分热量储存在装置内，当太阳能热水器出水温度降低至40℃以下时，缓冲热量的储能装置将加热热水器的低温出水，将水温提高到可用范围，这样提高了太阳能热水器的效率，大大增加了可用水量。
附图说明
附图1为本发明示意图；
附图2为实施例一测试结果；
附图3为实施例二测试结果。
以上附图中，1、太阳能热水器；2、太阳能热水器的出水管；3、相变储热材料储存装置；4、相变储热材料；5、换热管；6、用户端。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一：缓冲热量的储能装置及具有该装置的太阳能热水器
参见附图1所示，一种具有缓冲热量的储能装置的容积式太阳能热水器，包括容积式太阳能热水器1和缓冲热量的储能装置；所述缓冲热量的储能装置包括换热管5和相变储热材料储存装置3，所述换热管5和相变储热材料储存装置3内的相变储热材料4传热接触；所述容积式太阳能热水器的出水管2与所述换热管5的一端连通，所述换热管5的另一端连接有用户端6的出水阀门。所述相变储热材料为石蜡（熔点48℃~50℃，用量3.5kg）
所述换热管的外表面设有传热增强材料石墨以增强传热。
测试时间：2013年5月3日，测试地点：上海浦东，自来水温度：20.1℃，流速：4L/min。
启动加热装置对两台同类型的容积式太阳能热水器的水箱进行加热，使得两台容积式太阳能热水器的水箱内的水温均达到85℃时。一台容积式太阳能热水器的出水管2与缓冲热量的储能装置的换热管5的一端连通。另一台则没有连接缓冲热量的储能装置。然后采用相同的流量，相同的测量环境。分别测量带缓冲热量的储能装置时和不带缓冲热量的储能装置时，容积式太阳能热水器的出水情况（每桶出水量控制在9L）。
每桶出水温度如附图2所示。带缓冲热量的储能装置的容积式太阳能热水器的出水温度曲线由斜方格表示，不带缓冲热量的储能装置的容积式太阳能热水器的出水温度曲线由正方格表示。由对比可知，带缓冲热量的储能装置的容积式太阳能热水器的第一桶水温度51.4℃，比不带缓冲热量的储能装置的容积式太阳能热水器的温度68.5℃低，说明缓冲热量的储能装置内部相变储热材料将高温部分的热量储存起来，从第4桶开始随着相变储热材料的逐步放热，以至于放到第7桶时，每桶水平均温度仍高于40度。经计算，每桶水在40度以上的热量，带缓冲热量的储能装置的容积式太阳能热水器要比不带的高23.9%。
实施例二：缓冲热量的储能装置及具有该装置的太阳能热水器
参见附图1所示，一种具有缓冲热量的储能装置的相变储热式太阳能热水器，包括相变储热式能热水器1和缓冲热量的储能装置；所述缓冲热量的储能装置包括换热管5和相变储热材料储存装置3，所述换热管5和相变储热材料储存装置3内的相变储热材料4传热接触；所述相变储热式太阳能热水器的出水管2与所述换热管5的一端连通，所述换热管5的另一端连接有用户端6的出水阀门。
所述相变储热材料为月桂酸（熔点42℃~44℃，用量5kg）。
测试时间：2013年5月8日， 测试地点：上海浦东，热水器：启能相变储热式太阳能热水器，自来水温度：20℃，流速：3L/min。
启动加热装置，使得两台相变储热式太阳能热水器的相变储热材料的温度均达到85℃时。一台相变储热式太阳能热水器的出水管2与缓冲热量的储能装置的换热管5的一端连通。另一台则没有连接缓冲热量的储能装置。然后采用相同的流量，相同的测量环境。通20℃的自来水分别测量带缓冲热量的储能装置时和不带缓冲热量的储能装置时，相变储热式太阳能热水器的出水情况（每桶出水量控制在9L）。
每桶出水温度如附图3所示。带缓冲热量的储能装置的相变储热式太阳能热水器的出水温度曲线由斜方格表示，不带缓冲热量的储能装置的相变储热式太阳能热水器的出水温度曲线由正方格表示。由对比可知，带缓冲热量的储能装置的相变储热式太阳能热水器的第一桶水温度40℃，比不带缓冲热量的储能装置的相变储热式太阳能热水器的温度72.5℃低，说明缓冲热量的储能装置内部相变储热材料将高温部分的热量储存起来。经计算，每桶水在40度以上的热量，带缓冲热量的储能装置的相变储热式太阳能热水器要比不带的提高9.17%。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种缓冲热量的储能装置，其特征在于：包括换热管和相变储热材料储存装置，所述换热管和相变储热材料储存装置内的相变储热材料传热接触。
2.根据权利要求1所述的缓冲热量的储能装置，其特征在于：所述相变储热材料选自CH3COONa.3H2O、Na2S2O3.5H2O、CaCL2.6H2O、CaBr2.6H2O、Ca(NO3).4H2O、K3PO4.7H2O、Na2SO4.10H2O及其共晶盐、Na2CO3.10H2O、Na2HPO4.12H2O及其共晶盐、Ba2(OH)2.8H2O、AlNH4（SO4）2.12H2O、月桂酸、石蜡、硬脂酸丁酯、辛酸、葵酸。
3.根据权利要求1所述的缓冲热量的储能装置，其特征在于：所述换热管为盘管。
4.根据权利要求1所述的缓冲热量的储能装置，其特征在于：所述换热管的外表面设有传热增强材料，所述传热增强材料选自石墨、金属粉末、金属氧化物。
5.一种具有缓冲热量的储能装置的太阳能热水器，其特征在于：包括太阳能热水器和缓冲热量的储能装置；所述缓冲热量的储能装置包括换热管和相变储热材料储存装置，所述换热管和相变储热材料储存装置内的相变储热材料传热接触；所述太阳能热水器的出水管与所述换热管的一端连通，所述换热管的另一端连接有出水阀门。
6.根据权利要求5所述的具有缓冲热量的储能装置的太阳能热水器，其特征在于：所述相变储热材料选自CH3COONa.3H2O、Na2S2O3.5H2O、CaCL2.6H2O、CaBr2.6H2O、Ca(NO3).4H2O、K3PO4.7H2O、Na2SO4.10H2O及其共晶盐、Na2CO3.10H2O、Na2HPO4.12H2O及其共晶盐、Ba2(OH)2.8H2O、AlNH4（SO4）2.12H2O、月桂酸、石蜡、硬脂酸丁酯、辛酸、葵酸。
7.根据权利要求5所述的具有缓冲热量的储能装置的太阳能热水器，其特征在于：所述换热管为盘管。
8.根据权利要求5所述的具有缓冲热量的储能装置的太阳能热水器，其特征在于：所述换热管的外表面设有传热增强材料，所述传热增强材料选自石墨、金属粉末、金属氧化物。
9.根据权利要求5所述的具有缓冲热量的储能装置的太阳能热水器，其特征在于：所述太阳能热水器为相变储热式太阳能热水器或者容积式太阳能热水器。
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