一种平板微热管相变蓄放热系统

摘要

本发明一种平板微热管相变蓄热系统，其特征在于包括平板微热管蓄热装置、第一四通阀、换热器、第二四通阀及管路，其中所述蓄热装置内包括换热平板，所述换热平板内部排列有若干微型热管，热管内部包括换热工质，换热平板上端为取热端、下端为加热端，取热端与放热管贴合，加热端与充热管贴合，至少所述换热平板由蓄热箱体所包裹，蓄热箱体内部空隙处填充蓄热材料，本发明当热源(工厂废热、太阳能等)有多余热量产生而用户消耗不完时，系统进入蓄热阶段，热源通过热源充热环路将热量传给换热器，然后换热器再通过系统放热环路将热量供给蓄热装置，从而使热量储存起来；当外界热源不能满足用户需求时，系统进入放热阶段，最后使得用户侧温度升高满足加热需要。

说明书

技术领域

本发明涉及热量高效存储、释放与交换系统，具体的涉及一种高效相变蓄能系统。

背景技术

21世纪的今天，能源的利用和开发成为了全球的热点，能源的充分利用俨然成为各行各 业致力研究的方向。节能和提高能源的利用率是目前最为热门的话题。为减少碳的排放、保 护环境，提高能源利用率已成为当今国际社会需要解决的重要课题，其中蓄能技术的开发与 利用又是提高能源利用率的关键手段，主要应用于太阳能热储存、电力“移峰填谷”、工业废 热和余热的回收等领域。

相变蓄热以其蓄热密度大、温度变化小、容易控制等优点，日益成为合理利用能源、提 高能源利用率、减小环境污染的首要选择。相变材料与蓄热装置结构是目前蓄热技术研究的 两个主要方面，只有将两方面有机的结合才能达到理想的蓄热效果。蓄热系统中，蓄热装置 结构是相变储能技术的骨架，目前绝大多数的蓄热装置主要以盘管为主要换热结构，不但体 积大、阻力大、成本高，同时对换热器换热性能的提高也不是很明显，所以优化蓄热装置的 结构是本领域一直在尝试和探索的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平板微热管相变蓄热系统，它能有效地解决现有盘管式换热 器改造的蓄热装置体积大、管路阻力大、制造成本高、蓄放热效果不理想、难以在产业上推 广应用的问题，同时也能解决建设大型太阳能蓄热、供热设施需要占用庞大地面空间的问题。

本发明的目的是这样实现的：

1、一种平板微热管相变蓄热系统，其特征在于包括平板微热管蓄热装置、第一四通阀、 换热器、第二四通阀及管路，

其中所述蓄热装置内包括换热平板，所述换热平板内部排列有若干微型热管，热管内部 包括换热工质，换热平板上端为取热端、下端为加热端，取热端与放热管贴合，加热端与充 热管贴合，至少所述换热平板由蓄热箱体所包裹，蓄热箱体内部空隙处填充蓄热材料，

所述换热器连接第一四通阀的第一输入管路进入第一四通阀后分成两路，分别与蓄热装 置的放热管和充热管连通并返回第一四通阀，且均再连通第一四通阀通往换热器的第一输出 管路，其中与放热管连通的管路形成系统放热环路，与充热管连通的管路形成系统充热环路；

所述换热器连接第二四通阀的第二输出管路进入第二四通阀后分成两路，分别与用户侧 和热源连通并返回第二四通阀，且均再连通第二四通阀通往换热器的第二输入管路，其中与 用户侧连通的管路形成用户侧放热环路，与热源连通的管路形成热源充热环路。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述蓄热材料包括石蜡。

3、根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述石蜡中还含有铜纳米粉。

4、根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述微型热管的孔径在0.3～2.5mm之间。

5、根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述换热平板板面上贴合散热翅片。

6、根据权利要求5所述的系统，其特征在于所述散热翅片为铝制板材挤压成型的翅片， 翅高为25mm～32mm，翅厚为0.8～1.2mm，翅间间距为5～7mm。

7、根据权利要求5所述的系统，其特征在于在所述换热平板的加热端与充热管相互接触 的表面、所述换热平板的取热端与放热管相互接触的表面和/或所述换热平板与散热翅片相互 接触的表面涂覆导热硅脂。

8、根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述放热管与充热管均为铝材挤压成型的异 形管，所述异型管一侧为与换热平板贴合的平面。

9、根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述换热器与第一四通阀连通的输入管路包 括膨胀水箱和循环泵。

10、根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述换热平板为3-5组，每组所述换热平 板内包括6-12只微型热管。

本发明的系统为封闭系统，其充放热均通过换热器与外界进行热量交换，当热源(工厂 废热、太阳能等)有多余热量产生而用户消耗不完时，系统进入蓄热阶段，热源通过热源充 热环路将热量传给换热器，然后换热器再通过系统放热环路将热量供给蓄热装置，从而使热 量储存起来；当外界热源不能满足用户需求时(比如太阳能系统夜间需要热量时)，系统进入 放热阶段，热量通过系统放热环路将热量传至换热器，然后将热量通过用户侧放热环路输送 给用户侧，从而使得用户侧温度升高满足加热需要。各环路工作的开启和关闭通过各四通阀 结合实际需求控制。本发明将一种新型平板微热管相变蓄热装置作为主要的蓄热核心元件， 利用一套简单的环路从而实现了对废热及太阳能等间断性热源进行热量储存，并对储存的热 量在需要利用时进行快速释放，从而达到热量的储存和释放。本发明在蓄热和取热过程中， 通过换热器与外界进行热量交换，将外界热源和系统本身分隔开，因此对外界热源形式没有 特别的要求，传热流体可以是多种形式的，这样的话使用范围更加的广泛。

本发明利用新型平板微热管相变蓄热装置作为相变蓄热系统的传热核心部件，并通过增 加换热器和包括四通阀的充放热环路，将系统内部充放热循环与外界用户和热源循环分隔开， 利用换热器完成两者间的热量储存和释放，在系统结构和换热过程上改善了换蓄热系统的换 热传热方式，从而使得系统传热蓄热效能提高且能够以不同形式组合利用，满足不同形式对 热量的高效储存和利用。

本发明可方便地实现蓄热和放热的分阶段控制，充放热过程中换热流体流动顺畅，所受 阻力远远小于盘管换热器中换热流体所受的阻力，同时本发明形成的产品结构简单、紧凑， 蓄热密度大、整体温度均匀、操作控制方便，不仅如此，本发明的产品还可方便地进行串联、 并联组装，从而形成各种规模的蓄热集成产品。

本发明在蓄热装置内将微型热管作为传热导体，代替常规的盘管式换热，较普通的盘管 式蓄热换热器相比，结构上比较简单，满足同等换热量下的费用也大大降低，使得装置更加 紧凑，且在采用有微热管组成的换热平板作为传热核心部件、采用石蜡作为相变蓄热材料后， 蓄、放热效率达到96％左右。在采用纳米技术对相变蓄热材料石蜡进行改性后，蓄、放热性 能进一步得到保证；本发明采用散热翅片后，换热面积大幅增大，换热效果得到增强；本发 明在所述换热平板的加热端与充热管相互接触的表面、换热平板的取热端与放热管相互接触 的表面、换热平板与散热翅片相互接触的表面分别涂覆导热硅脂后，换热效果进一步得到保 证。

附图说明

图1是本发明蓄热系统的实施例的整体结构示意图；

图2是实施例的蓄热装置的正视图；

图3是实施例的换热平板立体示意图；

图4是实施例的蓄热装置内部热管工作原理图；

图5是实施例的蓄热装置内的翅片立体图；

图6是实施例的蓄热装置内的异型管立体图。

图中附图标记列示如下：

1-蓄热装置，2-第一四通阀，3-换热器，4-第二四通阀，5-第一输入管路，6-第一输出管 路，7-第二输出管路，8-第二输入管路，9-用户侧，10-热源，11-膨胀水箱，12-循环泵，13- 放热管，14-充热管，15-换热平板，16-微型热管，17-取热端，18-加热端，19-蓄热箱体，20- 翅片；

a-系统放热环路，b-系统充热环路，c-用户侧放热环路，d-热源充热环路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1示出了本发明一种平板微热管相变蓄热系统的实施例的整体结构，包括平板微热管 蓄热装置1、第一四通阀2、换热器3、第二四通阀4，所述换热器3连接第一四通阀2的第 一输入管路5进入第一四通阀2后分成两路，分别与蓄热装置1的放热管13和充热管14连 通并返回第一四通阀2，且均再连通第一四通阀2通往换热器3的第一输出管路6，其中与放 热管13连通的管路形成系统放热环路a，与充热管14连通的管路形成系统充热环路b；所述 换热器3连接第二四通阀4的第二输出管路7进入第二四通阀4后分成两路，分别与用户侧 9和热源10(太阳能)连通并返回第二四通阀4，且均再连通第二四通阀4通往换热器3的 第二输入管路8，其中与用户侧9连通的管路形成用户侧放热环路c，与热源10连通的管路 形成热源充热环路d。所述第一输入管路6内包括膨胀水箱11和循环泵12，各管路内还包括 若干阀门。

当热源10(本实施例为太阳能)有多余热量产生而用户消耗不完时，系统进入蓄热阶段， 热源10通过热源充热环路d将热量通过换热器3传递到蓄热系统，循环泵12和膨胀水箱11 开始工作，热量通过系统充热环路b供给蓄热装置1，从而使热量储存起来；当外界热源不 能满足用户需求时(比如太阳能系统夜间需要热量时)，系统进入放热阶段，通过系统放热环 路a将热量传至换热器3，然后将热量通过用户侧放热环路c输送给用户侧9，从而使得用户 侧9温度升高满足加热需要。各环路工作的开启和关闭通过各四通阀与阀门结合实际情况控 制。

根据图2所示，所述蓄热装置1包括四组换热平板5，每组换热平板5内部排列有6只 微型热管16(如图6所示)，也可以在6-12只之内选取，每只微型热管的孔径为1.0mm左右， 也可以在0.3～2.5mm之间选取，所述换热平板5与微型热管16是由金属板材经挤压成型并在 填充工质后封装形成的一个整体；所述换热平板5两端分别为取热端7和加热端8，取热端7 与放热管13贴合并紧固，加热端8与充热管14贴合并紧固，放热管13和加热管14为异型 管，一侧为与换热平板5贴合的平面的(如图5所示)，其既可以充分的传递热量，又避免了 微型热管16与加热和取热流体直接接触增加不必要的腐蚀；换热平板5由蓄热箱体11包裹， 当然包括取热端和加热段的整体也可以由蓄热箱体包裹，蓄热箱体11内部与加热平板5之间 的空隙处填充蓄热材料石蜡，石蜡中还可以填充提升导热性能的铜纳米粉。由于石蜡导热系 数比较低，同时微型热管6与石蜡的接触面积比较小，因此在平板表面加上翅片20，所述翅 片20为分布于换热平板5表面的平板翅片(如图4所示)，翅高为29mm，翅厚为1mm，翅 间间距为6mm，可增强石蜡与微型热管16之间的换热。

根据图2和图3所示，蓄热装置1内部的工作原理如下：蓄热阶段时，热流体流经充热 管14的通道，热量由充热管14传递给换热平板7的加热端7，微型热管16内部工质受热蒸 发并将热量以蒸汽形式由下向上传递，并在蓄热段将热量传导至石蜡蓄热材料中储存起来， 从而实现能量的储存；取热阶段，当热量需要取出时，石蜡中储存的热量加热蓄热段的微型 热管16，内部工质吸收热量后蒸发并将热量以蒸汽形式向上传递，取热流体流经放热管13 的通道，热量由换热平板7的取热端传递给放热管13，从而将取热流体加热，由取热流体将 热量取走，从而实现了能量的取用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，例如换 热平板和微型热管的数量、翅片和异型管的形状数量、不同工质和热流体等的替换都应涵盖 在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。