相变储热装置及应用该装置的太阳能与热泵联合供热系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种相变储热装置及应用该装置的太阳能与热泵联合供热系统。该装置利用相变储热技术将太阳能以及热泵冷凝热直接存储起来用于建筑供热，可解决太阳能不连续、不稳定、受环境气候影响大，且空气源热泵在高寒地区冬季夜间无法使用的问题。该装置由箱体、箱盖、制冷剂换热通道、循环水换热通道、相变蓄热材料等构成。其创新点在于：制冷剂换热通道为管翅式结构，内部封装相变蓄热材料；上下两侧循环水换热通道为板翅式结构；前后两侧循环水导流板以及制冷剂换热通道的串并联可实现多级相变储热，提高储热效率。本发明专利技术结构简单、设计合理、具有易于生产制造、传热效果良好、供热均匀温度、蓄放热时间短等优点。

Phase Change Heat Storage Device and Its Application Solar Energy and Heat Pump Combined Heating System

【技术实现步骤摘要】
相变储热装置及应用该装置的太阳能与热泵联合供热系统
本专利技术涉及蓄热
，尤其涉及一种相变储热装置及应用该装置的太阳能与热泵联合供热系统。
技术介绍
目前我国北方许多城市已开始推广“煤改电”政策，对太阳能与空气源热泵联合供热方式进行了初步尝试，具有良好的供热效果和节能效果。但高寒地区冬季环境温度极低，空气源热泵往往会因室外蒸发器吸热不足而影响制热性能，有时甚至产生压缩机液击事故。因此针对空气源热泵在苛刻环境条件下无法使用，且太阳能不连续、不稳定、受环境气候影响大的应用缺陷，亟需采用高效储热技术对热量进行存储和转换。目前太阳能与热泵联合供热系统主要采用储热水箱对系统热量进行存储和释放，系统整体占地面积大，储热密度低且热损失大，到末端的供水量和供水温度不够稳定，严重影响系统在高寒地区应用的整体性能。作为储热技术的重要组成之一，相变储热技术可以有效解决供能端与用户端在时间和空间上的不匹配问题，是提高能源利用效率的有效手段。将相变储热技术用于高寒地区太阳能与热泵联合供热系统中，有望使该系统性能得到显著提升，从而实现系统的高效稳定运行。
技术实现思路
针对上述技术缺陷，本专利技术的目的在于提供一种应用于高寒地区太阳能与热泵联合供热系统中的新型相变储热装置，旨在解决高寒地区冬季供热时太阳能不连续、不稳定、受环境气候影响大，且空气源热泵在苛刻环境条件下无法使用的问题。本专利技术拟用如下技术方案实现本专利技术的目的：一种相变储热装置，该装置用于作为高寒地区太阳能与热泵联合供热系统中的冷凝蓄热器，它包括箱体、箱盖、制冷剂换热通道和循环水换热通道；箱体和箱盖构成相变储热装置的外壳，外壳内部沿水平方向分隔成第一连通腔室、换热腔室、第二连通腔室三部分，且第一连通腔室、第二连通腔室分别位于换热腔室的两侧；所述的制冷剂换热通道为管翅式结构，所述的循环水换热通道为板翅式结构；所述的换热腔室中沿高度方向设有若干个填充有相变蓄热材料的密闭腔体，且上下相邻的两个密闭腔体之间均设有一条循环水换热通道，循环水换热通道与密闭腔体相互接触使相变蓄热材料与循环水构成热交换；每条循环水换热通道的两端分别连通第一连通腔室和第二连通腔室；所述的第二连通腔室上下贯通，所述的第一连通腔室中设有一块循环水导流板，循环水导流板将第一连通腔室分隔成不直接连通的上腔室和下腔室，所述的下腔室上设有循环水入口，所述的上腔室上设有循环水出口；所述的制冷剂换热通道一端连接制冷剂入口，另一端穿过循环水导流板上方的密闭腔体后，再穿过循环水导流板下方的密闭腔体，最后连接制冷剂出口；每个密闭腔体中的相变蓄热材料均包裹填充于制冷剂换热通道外部，使相变蓄热材料与制冷剂构成热交换。作为优选，所述的制冷剂换热通道在每个密闭腔体中呈蛇形布置。作为优选，所述的制冷剂换热通道以并联方式分多条支路穿过循环水导流板上方的所有密闭腔体，然后汇流后再次以并联方式分多条支路穿过循环水导流板下方的所有密闭腔体，实现多级相变储能。作为优选，所述的制冷剂换热通道管道材料为铜管，翅片材料为铝翅片。作为优选，所述的循环水换热通道的材料为铝板。作为优选，所述的相变蓄热材料为石蜡。作为优选，所述的箱体、箱盖以及循环水导流板的材料均为铝材。本专利技术的另一目的在于提供一种高寒地区太阳能与热泵联合供热系统，其特征在于：采用上述任一方案所述的相变储热装置作为冷凝蓄热器，实现对太阳能以及热泵冷凝热的存储与释放：当太阳能充足时，利用循环水换热通道将太阳能存储于冷凝蓄热器中；当热泵系统开启时，利用制冷剂换热通道将热泵冷凝热存储于冷凝蓄热器中；当太阳能与热泵系统均无法正常运行时，利用循环水换热通道通过释放存储在冷凝蓄热器中的相变蓄热材料中的热量，为供热末端提供采暖及生活热水。进一步的，该高寒地区的太阳能与热泵联合供热系统的一种实现方式为：供热系统包括太阳能集热器、热泵压缩机、冷凝蓄热器(即上述任一方案所述的相变储热装置)、辅助冷凝器、回热器、蒸发器、供热末端、第一循环水泵、第二循环水泵、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、第五三通阀、第六三通阀、循环水管路和制冷剂管路；所述的太阳能集热器的出水口通过循环水管路依次连接第一循环水泵、第一三通阀的第一阀口、第一三通阀的第二阀口、第二三通阀的第一阀口、第二三通阀的第二阀口、供热末端、第三三通阀的第二阀口、第三三通阀的第一阀口和太阳能集热器的进水口；第一三通阀的第三阀口通过循环水管路依次连接第六三通阀的第一阀口、第六三通阀的第二阀口、冷凝蓄热器的循环水入口、冷凝蓄热器的循环水出口和第三三通阀的第三阀口；所述第六三通阀的第三阀口通过循环水管路依次连接第二循环水泵和第二三通阀的第三阀口；所述的热泵压缩机出口通过制冷剂管路依次连接第四三通阀的第一阀口、第四三通阀的第二阀口、冷凝蓄热器的制冷剂入口、冷凝蓄热器的制冷剂出口、第五三通阀的第三阀口、第五三通阀的第二阀口、辅助冷凝器、回热器、节流阀、蒸发器、回热器和热泵压缩机入口；第四三通阀的第三阀口通过制冷剂管路依次连接供热末端和第五三通阀的第一阀口。本专利技术相比现有技术的有益效果是：为了在太阳能与热泵联合供热系统中采用相变储热技术，本专利技术提出了一种新型相变储热装置——冷凝蓄热器，为该系统在高寒地区稳定高效运行提供基础。该系统在储热过程中将太阳能与热泵冷凝热直接存储于冷凝蓄热器中用于供热，与传统的采用中间流体输配能量的方式比，提高了能量利用效率。本专利技术的相变储热装置，通过特殊的结构设计，可实现多级相变储能，进一步提高了能量储存密度。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果做进一步说明，以充分的了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术相变储热装置的正视图；图2是本专利技术相变储热装置的左视图；图3是本专利技术相变储热装置的俯视图；图4是图1的A-A剖面图；图5是图2的B-B剖面图；图6是图2的C-C剖面图；图7是图3的D-D剖面图；图8是图2的E-E剖面图；图9是本专利技术相变储热装置的立体图(隐去部分组件以显示内部结构)；图10是本专利技术相变储热装置的下部视角下的立体图；图11是本专利技术相变储热装置的分解示意图；图12是高寒地区太阳能与热泵联合供热系统的结构示意图。图中：箱体301、箱盖302、制冷剂换热通道303、循环水换热通道304、相变蓄热材料305、循环水导流板306、制冷剂入口307、制冷剂出口308、循环水入口309、循环水出口310、第一连通腔室311、第二连通腔室312、换热腔室313、太阳能集热器1、热泵压缩机2、冷凝蓄热器3、辅助冷凝器4、回热器5、节流阀6、蒸发器7、供热末端8、第一循环水泵9、第二循环水泵10、第一三通阀11、第二三通阀12、第三三通阀13、第四三通阀14、第五三通阀15、第六三通阀16、循环水管路17、制冷剂管路18。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步描述。本专利技术提供了一种新型相变储热装置，该装置可应用于高寒地区太阳能与热泵联合供热系统中作为冷凝蓄热器。参见图1～11所示，相变储热装置的主要部件包括箱体301、箱盖302、制冷剂换热通道303、循环水换热通道304。箱体301和箱盖302构成相变储热装置的外壳，箱盖302可打开，用于对内部结构进行安装、检修。外壳内部沿水平方向分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相变储热装置，用于作为高寒地区太阳能与热泵联合供热系统中的冷凝蓄热器，其特征在于：包括箱体(301)、箱盖(302)、制冷剂换热通道(303)、循环水换热通道(304)；箱体(301)和箱盖(302)构成相变储热装置的外壳，外壳内部沿水平方向分隔成第一连通腔室(311)、换热腔室(313)、第二连通腔室(312)三部分，且第一连通腔室(311)、第二连通腔室(312)分别位于换热腔室(313)的两侧；所述的制冷剂换热通道(303)为管翅式结构，所述的循环水换热通道(304)为板翅式结构；所述的换热腔室(313)中沿高度方向设有若干个填充有相变蓄热材料(305)的密闭腔体，且上下相邻的两个密闭腔体之间均设有一条循环水换热通道(304)，循环水换热通道(304)与密闭腔体相互接触使相变蓄热材料(305)与循环水构成热交换；每条循环水换热通道(304)的两端分别连通第一连通腔室(311)和第二连通腔室(312)；所述的第二连通腔室(312)上下贯通，所述的第一连通腔室(311)中设有一块循环水导流板(306)，循环水导流板(306)将第一连通腔室(311)分隔成不直接连通的上腔室和下腔室，所述的下腔室上设有循环水入口(309)，所述的上腔室上设有循环水出口(310)；所述的制冷剂换热通道(303)一端连接制冷剂入口(307)，另一端穿过循环水导流板(306)上方的密闭腔体后，再穿过循环水导流板(306)下方的密闭腔体，最后连接制冷剂出口(308)；每个密闭腔体中的相变蓄热材料(305)均包裹填充于制冷剂换热通道(303)外部，使相变蓄热材料(305)与制冷剂构成热交换。...

【技术特征摘要】
1.一种相变储热装置，用于作为高寒地区太阳能与热泵联合供热系统中的冷凝蓄热器，其特征在于：包括箱体(301)、箱盖(302)、制冷剂换热通道(303)、循环水换热通道(304)；箱体(301)和箱盖(302)构成相变储热装置的外壳，外壳内部沿水平方向分隔成第一连通腔室(311)、换热腔室(313)、第二连通腔室(312)三部分，且第一连通腔室(311)、第二连通腔室(312)分别位于换热腔室(313)的两侧；所述的制冷剂换热通道(303)为管翅式结构，所述的循环水换热通道(304)为板翅式结构；所述的换热腔室(313)中沿高度方向设有若干个填充有相变蓄热材料(305)的密闭腔体，且上下相邻的两个密闭腔体之间均设有一条循环水换热通道(304)，循环水换热通道(304)与密闭腔体相互接触使相变蓄热材料(305)与循环水构成热交换；每条循环水换热通道(304)的两端分别连通第一连通腔室(311)和第二连通腔室(312)；所述的第二连通腔室(312)上下贯通，所述的第一连通腔室(311)中设有一块循环水导流板(306)，循环水导流板(306)将第一连通腔室(311)分隔成不直接连通的上腔室和下腔室，所述的下腔室上设有循环水入口(309)，所述的上腔室上设有循环水出口(310)；所述的制冷剂换热通道(303)一端连接制冷剂入口(307)，另一端穿过循环水导流板(306)上方的密闭腔体后，再穿过循环水导流板(306)下方的密闭腔体，最后连接制冷剂出口(308)；每个密闭腔体中的相变蓄热材料(...

【专利技术属性】
技术研发人员：余萌，张春伟，范誉斌，张学军，赵阳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33