CN115218260B - 方舱供电供热*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了方舱供电供热***，涉及集中供热领域，包括太阳能电池板、逆变器、并网箱，冷却管的一端通过出水管与换热器的热流进口端连通；冷流缓冲腔通过连接支管与连接管连通，混合腔通过初级排水管与恒温罐连通，热流缓冲腔与导流管连通；冷却腔的进液端通过连接尾管与水箱连通，冷却腔的出液端通过连接支管与次级排水管连通。本发明中，换热器中的冷却腔对加热后的冷流进行二次冷热交换，以对热流进行首次降温，通过稳流腔对热流进行三次冷热交换，且持续流入恒温罐中的流体温度在最大程度上保持一致，能有效避免在恒温罐中持续做后续的冷热转化。

Description

方舱供电供热***

技术领域

本发明涉及集中供热技术领域，具体提供方舱供电供热***。

背景技术

太阳能作为杰出的新能源代表，备受世界各国的青睐。太阳能具有清洁、安全、环保、取之不尽、用之不竭等优势，以光热技术为主的太阳能已经应用于各行业，并不断得到发展。在供热领域中，利用太阳能为建筑供热可以获得非常好的节能和环境效益，长期以来，一直受到世界各国的普遍重视。太阳能供热是一种利用太阳能集热器收集太阳辐射并转化为热能供热的技术；太阳能供热***通常由太阳能集热器收集太阳辐射并转换成热能储存于热水中，通过将热水输送到散热末端或用热设备，以满足建筑的采暖和生活热水需求；太阳能供热***利用太阳能为能源，既节约了化石能源，又满足环境保护的需求。

目前为应对社会环境的突发情况，如抢险救灾/疫情防控/巡逻警戒等情况提供庇护场所的方舱，其内部区间所用的供热供电***则由太阳能来提供热源。最为常见的集热器即为太阳能电池板组件，一般安装在方舱顶部，而太阳能电池组件在工作时发热所产生的热量需要通过冷热交换器来吸收，以保证太阳能电池板的正常工作，同时冷热交换器吸收的热量能转换成40~60℃的低温热能，最后为方舱中的供暖/供热提供热源，但是，太阳能电池板组件的工作时间与传统的供热***有所区别，即最佳工作环境为光照充足的白天，夜晚时则无法工作或是工作效率低下，此时则需要使用恒温罐对加热后的水体继续储存；并且在换热器工作时，由于太阳能资源波动大、能流密度低，使得产生的低温热能不稳定，进而导致换热器壳体与热管壁之间的热温差增大，不能增加了换热器结垢的几率，还会造成持续进入恒温罐内的流体温差较大，无法保证恒温罐中流体温度保持恒定，最终导致户用太阳能供热***保证率低，热稳定性差。

发明内容

本发明目的在于提供方舱供电供热***，以解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

方舱供电供热***，包括依次电连接的太阳能电池板、逆变器以及并网箱，在太阳能电池板内部设有用于降温的冷却管，还包括换热器和恒温罐，所述冷却管的一端通过出水管与换热器的热流进口端连通，冷却管的另一端通过进水管、连接管与水箱连通；

在换热器内设有将其内部分割成相互独立的冷却腔和稳流腔的隔板，在冷却腔中由上至下依次设置多个U形管，且多个U形管之间通过竖直设置的导管连通，且位于最上层的U形管的进液端与出水管连通，位于最下层的U形管的出液端连接有导流管；

在稳流腔中间隔设置有第一封堵板、第二封堵板，且第一封堵板、第二封堵板将稳流腔分隔成热流缓冲腔、混合腔以及冷流缓冲腔，冷流缓冲腔通过连接支管与连接管连通，混合腔通过初级排水管与恒温罐连通，热流缓冲腔与导流管连通；沿竖直方向，由上至下依次在第一封堵板上开有两排第一引流孔，在第二封堵板上开有两排第二引流孔，且两排第一引流孔中的位于上层的引流孔所处的水平高度为H，两排第二引流孔中位于下层的引流孔所处的水平高度为h，且满足H＜h；

冷却腔的进液端通过连接尾管与水箱连通，冷却腔的出液端与次级排水管连通。

现有技术中，针对特殊区域或是场所的太阳能供热***，其使用频率相对较低，且太阳能电池板的工作时产热不稳定以导致的供热***中的低温热水温度无法实现恒定，同时供热***中的换热器因其换热管壁与换热器壳体壁之间温差变大，还容易导致换热器中结垢的几率增加，无法在不定时、不定量的情况下满足低温热水的稳定供应；对此，申请人经长时间研发，设计出一种供电供热***，太阳能电池板将光能转换为电能，且通过逆变器以及并网箱分别进入储能电池、电网中，同时因太阳能电池板工作时产生的热能经与冷却管中的冷流进行热量交换，然后再经换热器中的冷却腔对加热后的冷流进行二次冷热交换，以对冷却管流出的热流进行首次降温，然后再通过稳流腔对冷却腔中流出的热流进行三次冷热交换，以确保最后流入恒温罐中的流体温度为最佳的使用温度，且持续流入恒温罐中的流体温度在最大程度上保持一致，能有效避免在恒温罐中持续做后续的冷热转化，防止使用时恒温罐中的流体温度低于或是高于预设的最佳使用温度；

具体操作时，冷却管的冷流在被加热后形成一股温度不稳定的热流，经出水管进入由多个U形管、导管连通构成的管路中，且冷却腔内注入的冷却介质与热流进行能量交换，此时的冷热交换主要目的在于将热流的温度降低至低温范畴内，而经过首次降温处理的热流经导流管进入至热流缓冲腔内，同时由水箱新注入的冷流通过连接支管进入至冷流缓冲腔中，热流与冷流分别经第一引流孔、第二引流孔进入至混合腔中，其中第一引流孔与第二引流孔均为两排，一排中具备多个孔，即冷流与热流分层、分股后水平交错注入至混合腔中，能在混合腔中进行充分混合，最后经初级排水管送入至恒温罐中，恒温罐中的流体温度满足方舱中随时使用恒定温度的低温用水习惯，且在恒温罐中再次进行冷热交换的频率大幅度降低。需要进一步说明的是，冷却腔的主要作用是对从冷却管进入至冷却腔中的热流进行首次降温，因此该冷流在冷却腔中停留时间相对较短，且可通过调节U形管的个数来实现，并且降温后热流与新注入的冷流能分别对热流缓冲腔、冷流缓冲腔形成冲击，同时热流与冷流能以一个相对较快的速度进入至混合腔中进行快速混合，即在保证冷却腔中温差变化不太明显的前提下，热流缓冲腔、冷流缓冲腔以及混合腔中快速移动的流体能在一定程度上降低换热器内部结垢的几率。

在所述混合腔内由下至上依次间隔设有初级波浪板、次级波浪板，且初级波浪板与次级波浪板的两端分别与第一封堵板、第二封堵板内侧壁连接，初级波浪板上开有多个初级分流孔，次级波浪板上开有多个次级分流孔，且多个初级分流孔与多个次级分流孔交错分布。进一步地，混合腔中设置有与第一引流孔、第二引流孔对应的初级波浪板与次级波浪板，新注入的冷流与首次降温后的热流在进入至混合腔后，会经过初级波浪板与次级波浪板的扰动，混合液在混合腔中的流动路径与流动时间增加，能确保由初级排水管流入至恒温罐的流体温度在一定程度上保持稳定，其中初级波浪板与次级波浪板的形状在混合腔中优选呈正弦曲线，且呈正弦曲线形状的两个波浪板与交错分布的初级分流孔、次级分流孔相配合，能将多股水平移动的热流和冷流分割成三个混合区域，且热流与冷流能在初级波浪板、次级波浪板之间的非孔区域内进行多次的反弹，同时还能将流体水平流动状态调整为竖直、斜向或是不定向的流动状态，确保冷流与热流充分混合。

所述初级波浪板的一端端部位于两排第一引流孔之间，所述次级波浪板的一端端部位于两排第二引流孔之间，初级波浪板的另一端端部置于两排第二引流孔中位于下层的引流孔下方，所述次级波浪板的另一端端部置于两排第一引流孔中位于上层的引流孔上方。作为优选，利用冷流与热流的流动特性，热流中的分子活跃，冷流中的分子活性较低，在稳流腔中热流进入混合腔的入口所处水平高度较低，而冷流进入混合腔中的入口所处水平较高，使得在增加初级波浪板以及次级波浪板的前提下，仍旧能够保证流体正常上涌外排。

在所述初级分流孔的孔径为r，所述次级分流孔的孔径为R，且满足r≦3/4R。作为优选，初级分流孔与次级分流孔的孔径大小存在差异，进而再次增大混合腔中流体的扰动幅度，加快冷流与热流的混合速度，并且位于上层的次级分流孔孔径增大，能缓冲上升流体的冲击速度，防止混合流体在混合腔顶部形成倒流；且将初级分流孔的孔径设置为r，所述次级分流孔的孔径设置为R，且满足r≦3/4R，避免上下层的孔径偏差过大，防止次级分流孔的正向投影与初级分流孔的正向投影产生交集，确保初级波浪板与次级波浪板正常使用其具备的扰动功能。

所述连接支管的端部突出于冷流缓冲腔的腔体壁向其中部延伸；所述导流管的端部突出于热流缓冲腔的腔体壁向其中部延伸。进一步地，连接支管与导流管的端部分布靠近冷流缓冲腔、热流缓冲腔的中部，缩短冷流以及热流在冷流缓冲腔、热流缓冲腔内的初始移动位移，增加冷流以及热流在冷流缓冲腔、热流缓冲腔内的反弹位移量，以降低在冷流缓冲腔、热流缓冲腔内结垢的几率。

在所述冷却腔内多个设有中部与连接尾管连通的分流管，分流管上开有多个正对U形管的喷淋孔，且在分流管上转动设置有多个与喷淋孔对应的涡轮。进一步地，在冷却腔中，由水箱中注入的冷流用于对U形管内部的热流进行初步降温，为避免在冷却腔中多个U形管与冷流的均匀接触，本技术方案在冷却腔的腔体壁上设置多个与U形管对应的分流管，分流管上开设有多个正对U形管的喷淋孔，亦在分流管上设有与喷淋孔相匹配的涡轮，以增加冷却腔中冷流的分布均匀度，防止由导流管移出的热流温度值频繁变动。

所述逆变器与储能电池连接，所述并网箱与电网电连接。作为优选，太阳能电池板所产生的热量被充分利用，以供方舱等临时性庇护所的供暖和低温热水供应；太阳能电池板所转换的电能可被储能电池储存，以供供方舱等临时性庇护所的电源供给，也可以通过并网箱并入电网中，以实现其额外的经济效益。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明中太阳能电池板将光能转换为电能，且通过逆变器以及并网箱分别进入储能电池、电网中，同时因太阳能电池板工作时产生的热能经与冷却管中的冷流进行热量交换，然后再经换热器中的冷却腔对加热后的冷流进行二次冷热交换，以对冷却管流出的热流进行首次降温，然后再通过稳流腔对冷却腔中流出的热流进行三次冷热交换，以确保最后流入恒温罐中的流体温度为最佳的使用温度，且持续流入恒温罐中的流体温度在最大程度上保持一致，能有效避免在恒温罐中持续做后续的冷热转化，防止使用时恒温罐中的流体温度低于或是高于预设的最佳使用温度；

2、本发明中冷却腔的主要作用是对从冷却管进入至冷却腔中的热流进行首次降温，因此该冷流在冷却腔中停留时间相对较短，且可通过调节U形管的个数来实现，并且降温后热流与新注入的冷流能分别对热流缓冲腔、冷流缓冲腔形成冲击，同时热流与冷流能以一个相对较快的速度进入至混合腔中进行快速混合，即在保证冷却腔中温差变化不太明显的前提下，热流缓冲腔、冷流缓冲腔以及混合腔中快速移动的流体能在一定程度上降低换热器内部结垢的几率；

3、本发明中初级波浪板与次级波浪板的形状在混合腔中优选呈正弦曲线，且呈正弦曲线形状的两个波浪板与交错分布的初级分流孔、次级分流孔相配合，能将多股水平移动的热流和冷流分割成三个混合区域，且热流与冷流能在初级波浪板、次级波浪板之间的非孔区域内进行多次的反弹，同时还能将流体水平流动状态调整为竖直、斜向或是不定向的流动状态，确保冷流与热流充分混合。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为换热器的横向剖视图；

图3为图2的A-A向剖视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-太阳能电池板，2-逆变器，3-并网箱，4-电网，5-换热器，51-分流管，52-涡轮，53-U形管，54-隔板，55-导流管，56-热流缓冲腔，57-第一封堵板，58-次级波浪板，59-第二封堵板，510-冷流缓冲腔，511-混合腔，512-第二引流孔，513-次级分流孔，514-第一引流孔，515-初级波浪板，516-初级分流孔，6-储能电池，7-恒温罐，8-水箱，9-进水管，10-出水管，11-连接管，12-初级排水管，13-次级排水管，14-连接支管，15-连接尾管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1至3所示，本实施例包括依次电连接的太阳能电池板1、逆变器2以及并网箱3，在太阳能电池板1内部设有用于降温的冷却管，还包括换热器5和恒温罐7，所述冷却管的一端通过出水管10与换热器5的热流进口端连通，冷却管的另一端通过进水管9、连接管11与水箱8连通；

在换热器5内设有将其内部分割成相互独立的冷却腔和稳流腔的隔板54，在冷却腔中由上至下依次设置多个U形管53，且多个U形管53之间通过竖直设置的导管连通，且位于最上层的U形管53的进液端与出水管10连通，位于最下层的U形管53的出液端连接有导流管55；

在稳流腔中间隔设置有第一封堵板57、第二封堵板59，且第一封堵板57、第二封堵板59将稳流腔分隔成热流缓冲腔56、混合腔511以及冷流缓冲腔510，冷流缓冲腔510通过连接支管14与连接管11连通，混合腔511通过初级排水管12与恒温罐7连通，热流缓冲腔56与导流管55连通；沿竖直方向，由上至下依次在第一封堵板57上开有两排第一引流孔514，在第二封堵板59上开有两排第二引流孔512，且两排第一引流孔514中的位于上层的引流孔所处的水平高度为H，两排第二引流孔512中位于下层的引流孔所处的水平高度为h，且满足H＜h；

冷却腔的进液端通过连接尾管15与水箱8连通，冷却腔的出液端与次级排水管13连通。

本实施例具体操作时，冷却管的冷流在被加热后形成一股温度不稳定的热流，经出水管10进入由多个U形管53、导管连通构成的管路中，且冷却腔内注入的冷却介质与热流进行能量交换，此时的冷热交换主要目的在于将热流的温度降低至低温范畴内，而经过首次降温处理的热流经导流管55进入至热流缓冲腔56内，同时由水箱8新注入的冷流通过连接支管14进入至冷流缓冲腔510中，热流与冷流分别经第一引流孔514、第二引流孔512进入至混合腔511中，其中第一引流孔514与第二引流孔512均为两排，一排中具备多个孔，即冷流与热流分层、分股后水平交错注入至混合腔511中，能在混合腔511中进行充分混合，最后经初级排水管12送入至恒温罐7中，恒温罐7中的流体温度满足方舱中随时使用恒定温度的低温用水习惯，且在恒温罐7中再次进行冷热交换的频率大幅度降低。

需要进一步说明的是，冷却腔的主要作用是对从冷却管进入至冷却腔中的热流进行首次降温，因此该冷流在冷却腔中停留时间相对较短，且可通过调节U形管53的个数来实现，并且降温后热流与新注入的冷流能分别对热流缓冲腔56、冷流缓冲腔510形成冲击，同时热流与冷流能以一个相对较快的速度进入至混合腔511中进行快速混合，即在保证冷却腔中温差变化不太明显的前提下，热流缓冲腔56、冷流缓冲腔510以及混合腔511中快速移动的流体能在一定程度上降低换热器5内部结垢的几率。

实施例2

如图1至3所示，本实施例在实施例1的基础之上，在所述混合腔511内由下至上依次间隔设有初级波浪板515、次级波浪板58，且初级波浪板515与次级波浪板58的两端分别与第一封堵板57、第二封堵板59内侧壁连接，初级波浪板515上开有多个初级分流孔516，次级波浪板58上开有多个次级分流孔513，且多个初级分流孔516与多个次级分流孔513交错分布；所述初级波浪板515的一端端部位于两排第一引流孔514之间，所述次级波浪板58的一端端部位于两排第二引流孔512之间，初级波浪板515的另一端端部置于两排第二引流孔512中位于下层的引流孔下方，所述次级波浪板58的另一端端部置于两排第一引流孔514中位于上层的引流孔上方。

本实施例中，混合腔511中设置有与第一引流孔514、第二引流孔512对应的初级波浪板515与次级波浪板58，新注入的冷流与首次降温后的热流在进入至混合腔511后，会经过初级波浪板515与次级波浪板58的扰动，混合液在混合腔511中的流动路径与流动时间增加，能确保由初级排水管12流入至恒温罐7的流体温度在一定程度上保持稳定，其中初级波浪板515与次级波浪板58的形状在混合腔511中优选呈正弦曲线，且呈正弦曲线形状的两个波浪板与交错分布的初级分流孔516、次级分流孔513相配合，能将多股水平移动的热流和冷流分割成三个混合区域，且热流与冷流能在初级波浪板515、次级波浪板58之间的非孔区域内进行多次的反弹，同时还能将流体水平流动状态调整为竖直、斜向或是不定向的流动状态，确保冷流与热流充分混合。

作为优选，利用冷流与热流的流动特性，热流中的分子活跃，冷流中的分子活性较低，在稳流腔中热流进入混合腔511的入口所处水平高度较低，而冷流进入混合腔511中的入口所处水平较高，使得在增加初级波浪板515以及次级波浪板58的前提下，仍旧能够保证流体正常上涌外排。

作为优选，初级分流孔516与次级分流孔513的孔径大小存在差异，进而再次增大混合腔511中流体的扰动幅度，加快冷流与热流的混合速度，并且位于上层的次级分流孔513孔径增大，能缓冲上升流体的冲击速度，防止混合流体在混合腔511顶部形成倒流；且将初级分流孔516的孔径设置为r，所述次级分流孔513的孔径设置为R，且满足r≦3/4R，避免上下层的孔径偏差过大，防止次级分流孔513的正向投影与初级分流孔516的正向投影产生交集，确保初级波浪板515与次级波浪板58正常使用其具备的扰动功能。

实施例3

如图1至3所示，本实施例在实施例1的基础之上，所述连接支管14的端部突出于冷流缓冲腔510的腔体壁向其中部延伸；所述导流管55的端部突出于热流缓冲腔56的腔体壁向其中部延伸。连接支管14与导流管55的端部分布靠近冷流缓冲腔510、热流缓冲腔56的中部，缩短冷流以及热流在冷流缓冲腔510、热流缓冲腔56内的初始移动位移，增加冷流以及热流在冷流缓冲腔510、热流缓冲腔56内的反弹位移量，以降低在冷流缓冲腔510、热流缓冲腔56内结垢的几率。

为进一步提高冷却腔的降温效果，本实施例在所述冷却腔内多个设有中部与连接尾管15连通的分流管51，分流管51上开有多个正对U形管53的喷淋孔，且在分流管51上转动设置有多个与喷淋孔对应的涡轮52。在冷却腔中，由水箱8中注入的冷流用于对U形管53内部的热流进行初步降温，为避免在冷却腔中多个U形管53与冷流的均匀接触，本技术方案在冷却腔的腔体壁上设置多个与U形管53对应的分流管51，分流管51上开设有多个正对U形管53的喷淋孔，亦在分流管51上设有与喷淋孔相匹配的涡轮52，以增加冷却腔中冷流的分布均匀度，防止由导流管55移出的热流温度值频繁变动。

作为优选，太阳能电池板1所产生的热量被充分利用，以供方舱等临时性庇护所的供暖和低温热水供应；太阳能电池板1所转换的电能可被储能电池6储存，以供供方舱等临时性庇护所的电源供给，也可以通过并网箱3并入电网4中，以实现其额外的经济效益。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.方舱供电供热***，包括依次电连接的太阳能电池板（1）、逆变器（2）以及并网箱（3），在太阳能电池板（1）内部设有用于降温的冷却管，其特征在于：还包括换热器（5）和恒温罐（7），所述冷却管的一端通过出水管（10）与换热器（5）的热流进口端连通，冷却管的另一端通过进水管（9）、连接管（11）与水箱（8）连通；

在换热器（5）内设有将其内部分割成相互独立的冷却腔和稳流腔的隔板（54），在冷却腔中由上至下依次设置多个U形管（53），且多个U形管（53）之间通过竖直设置的导管连通，且位于最上层的U形管（53）的进液端与出水管（10）连通，位于最下层的U形管（53）的出液端连接有导流管（55）；

在稳流腔中间隔设置有第一封堵板（57）、第二封堵板（59），且第一封堵板（57）、第二封堵板（59）将稳流腔分隔成热流缓冲腔（56）、混合腔（511）以及冷流缓冲腔（510），冷流缓冲腔（510）通过连接支管（14）与连接管（11）连通，混合腔（511）通过初级排水管（12）与恒温罐（7）连通，热流缓冲腔（56）与导流管（55）连通；沿竖直方向，由上至下依次在第一封堵板（57）上开有两排第一引流孔（514），在第二封堵板（59）上开有两排第二引流孔（512），且两排第一引流孔（514）中的位于上层的引流孔所处的水平高度为H，两排第二引流孔（512）中位于下层的引流孔所处的水平高度为h，且满足H＜h；

冷却腔的进液端通过连接尾管（15）与水箱（8）连通，冷却腔的出液端与次级排水管（13）连通；

在所述混合腔（511）内由下至上依次间隔设有初级波浪板（515）、次级波浪板（58），且初级波浪板（515）与次级波浪板（58）的两端分别与第一封堵板（57）、第二封堵板（59）内侧壁连接，初级波浪板（515）上开有多个初级分流孔（516），次级波浪板（58）上开有多个次级分流孔（513），且多个初级分流孔（516）与多个次级分流孔（513）交错分布；

所述初级波浪板（515）的一端端部位于两排第一引流孔（514）之间，所述次级波浪板（58）的一端端部位于两排第二引流孔（512）之间，初级波浪板（515）的另一端端部置于两排第二引流孔（512）中位于下层的引流孔下方，所述次级波浪板（58）的另一端端部置于两排第一引流孔（514）中位于上层的引流孔上方。

2.根据权利要求1所述的方舱供电供热***，其特征在于：在所述初级分流孔（516）的孔径为r，所述次级分流孔（513）的孔径为R，且满足r≦3/4R。

3.根据权利要求1所述的方舱供电供热***，其特征在于：所述连接支管（14）的端部突出于冷流缓冲腔（510）的腔体壁向其中部延伸；所述导流管（55）的端部突出于热流缓冲腔（56）的腔体壁向其中部延伸。

4.根据权利要求1所述的方舱供电供热***，其特征在于：在所述冷却腔内多个设有中部与连接尾管（15）连通的分流管（51），分流管（51）上开有多个正对U形管（53）的喷淋孔，且在分流管（51）上转动设置有多个与喷淋孔对应的涡轮（52）。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的方舱供电供热***，其特征在于：所述逆变器（2）与储能电池（6）连接，所述并网箱（3）与电网（4）电连接。

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