CN107449307A - 一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开本发明是一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置，它由壳体、换热管、保温层、密封圈、相变材料、浮石、进风口套管、出风口套管组成。选用同心管束式相变蓄热器的蓄热单元，装入添加浮石的相变材料，换热管按序列***其中。显著提高了空气式相变蓄热装置的蓄放热效率。通过利用这一蓄热***，可利用可再生能源—太阳能加热冬季建筑所需要的新风。在白天，太阳能热空气通过这一蓄热***进入室内，一部分满足新风和供热，一部分蓄热(蓄存于相变蓄热***)；在晚上，温度较低的空气通过相变蓄热***进入室内，此时***放热。本发明造价相对低廉、结构简单、换热效率高，具有广泛的社会效益。

Description

一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置
技术领域
本发明涉及建筑集成新风***冬季热利用的技术领域，特别涉及一种与空气对流换热的过通道相变蓄能装置。
背景技术
随着我国北方供暖节能工作的推进，建筑气密性显著提高，也带来了冬季新风不足的问题。为了提高室内空气品质机械新风***在国内已经有了不少的应用，这里面包含了很多带有热回收的新风***，其有可能从根本上解决目前供暖建筑新风换气次数不足的问题。但经调查发现市场上的热回收新风***大多没有安装加热装置，主要原因是：用热水加热空气施工和装修麻烦、用电加热的耗电量大且具有安全隐患。在严寒条件下，热回收新风***的送风温度偏低，且存在霜冻风险，厂家一般会设定***的最低工作温度，低于该温度时，***就会停机保护，严重影响其运行时间。寒冷地区的冬季低温时间较长，热回收新风***的作用也会因此大打折扣。因此可以尝试使用可再生能源—太阳能加热冬季建筑需要的新风。
在利用太阳能加热冬季建筑需要的新风方面，由于太阳辐射的不稳定性和不连续性，经过太阳能空气集热器送入室内的新风也是不稳定的而且不连续，通过储能手段则有可能解决这一问题。相变储能装置在太阳能热风***的应用可以在一定程度上延长热风供应的时间，国内外不少研究都肯定了太阳能空气式相变蓄热的应用前景，但是因为空气对流换热系数相对偏低，其储能结构设计是一个比较困难的环节。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置，具体技术方案如下：
一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置，包括壳体、换热管、保温层、密封圈、相变材料、浮石、进风口套管和出风口套管；
所述壳体成圆柱形；
所述壳体两端设有圆柱梯形进风口套管和出风口套管；
所述壳体内设有换热管，以壳体圆心为中心，按等比直径划分三个同心圆；
所述壳体内设有变相材料
所述变相材料中添加有浮石；
所述换热管排布在添加有浮石的变相材料中；
所述壳体外部设有保温层；
所述进风口套管和出风口套管的管口处设有密封圈，通过超声波焊接封装；
蓄、放热时相变材料在装置内部融化、凝固。
所述的一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置，其优选方案为所述换热管数为24根，排布由内至外分别为4根、8根和12根。
所述的一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置，其优选方案为所述换热管为PET管材。
所述的一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置，其优选方案为所述壳体的直径为换热管的10倍。
本发明的有益效果：本发明的技术方案是针对空气式相变蓄热装置结构设计和相变材料蓄放热效率提高的问题提出来的，选用同心管束式相变蓄热器的蓄热单元，添加浮石的相变材料装入壳体之中。换热管按等比直径划分三个同心圆***添加浮石的相变材料之中，空气从所***管道之中流经相变储能装置并与之换热。空气从相变储热装置的一边流入，经过换热之后从另一边流出。使用PET材料与超声波焊接封装相变材料的方法。不仅节省管材，还便于维修；蓄热相变材料使用癸酸，相变温度在31℃左右，市场价格低廉。浮石加入相变材料之中增加导热系数，提升其蓄放热效率。在实验室对蓄热装置进行了实际运行效果测试，发现了蓄热装置实际运行效果与模拟结果一致性较好。该装置完全可以用于建筑集成新风***冬季热利用的领域。因此采用此结构具有显著的经济效益。
附图说明
图1为一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置结构示意图；
图2为图1的竖向截面图；
图3为实施例1中模拟结果蓄热0.5小时；
图4为实施例1中模拟结果蓄热1小时；
图5为实施例1中模拟结果蓄热2小时；
图6为实施例1中模拟结果放热0.5小时；
图7为实施例1中模拟结果放热1小时；
图8为实施例1中模拟结果放热2小时；
图9为实施例1中模拟结果放热3小时；
图10为实施例1中模拟结果放热4小时。
图中，1.壳体 2.换热管 3.保温层 4.密封圈 5.相变材料 6.浮石 7.进风口套管8.出风口套管
具体实施方式
如图1-图2所示一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置，包括壳体1、换热管2、保温层3、密封圈4、相变材料5、浮石6、进风口套管7和出风口套管8；
所述壳体1成圆柱形；
所述壳体1两端设有圆柱梯形进风口套管7和出风口套管8；
所述壳体1内设有换热管2，以壳体1圆心为中心，按等比直径划分三个同心圆；
所述壳体1内设有变相材料5；
所述变相材料5中添加有浮石6；
所述换热管2排布在添加有浮石6的变相材料5中；
所述壳体1外部设有保温层3；
所述进风口套管7和出风口套管8的管口处设有密封圈4，通过超声波焊接封装；
蓄、放热时相变材料5在装置内部融化、凝固。
所述的一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置，其优选方案为所述换热管数为24根，排布由内至外分别为4根、8根和12根。
所述换热管2为PET管材。
所述壳体1的直径为换热管2的10倍。
下面通过实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
蓄热装置的数值模拟
高效相变储能换热装置模型按照实验时的规格进行等比例建立。如果假设相变蓄热装置的周围保温理想，不存在热损失，相变蓄热装置的性能即可通过模拟得出。
模拟使用CFD的融化-凝固模型，模拟条件如下：
(1)总管直径为0.2m，管长0.7m，相变材料导热系数0.2W/(mK)；
(2)周边绝热；
(3)初始温度20℃；
(4)蓄热时进口空气温度为50℃；
(5)放热时进口空气温度为20℃；
模拟结果(液相率，液相率可以反映相变材料融化和凝固的程度)如下：图3-图10。
模拟结果显示：该相变蓄热装置只需要2个小时就可以实现完全蓄热，只需要4个小时就可以实现完全放热，完全可以用于建筑集成新风***冬季热利用的领域。不受蓄热容量的限制，有潜力用于大型的蓄热***。

Claims (4)

1.一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置，其特征在于：包括壳体、换热管、保温层、密封圈、相变材料、浮石、进风口套管和出风口套管；
所述壳体成圆柱形；
所述壳体两端设有圆柱梯形进风口套管和出风口套管；
所述壳体内设有换热管，以壳体圆心为中心，按等比直径划分三个同心圆；
所述壳体内设有变相材料
所述变相材料中添加有浮石；
所述换热管排布在添加有浮石的相变材料中；
所述壳体外部设有保温层；
所述进风口套管和出风口套管的管口处设有密封圈，通过超声波焊接封装；
蓄、放热时相变材料在装置内部融化、凝固。
2.如权利要求1所述的一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置，其特征在于：所述换热管数为24根，排布由内至外分别为4根、8根和12根。
3.如权利要求1所述的一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置，其特征在于：所述换热管为薄壁PET管材。
4.如权利要求1所述的一种与空气对流换热的多通道相变蓄能装置，其特征在于：所述壳体的直径为换热管的8-12倍。
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