一种热管协同中高温相变蓄热介质提供稳定热水的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种热管协同中高温相变蓄热介质提供稳定热水的系统，其包括用于供给冷水的供水子系统；用于向用户提供热水的循环供热子系统；利用中高温相变蓄热介质的显热和潜热实现热量存储的中高温相变蓄热子系统；传热储水子系统，其流体连通在该供水子系统和循环供热子系统之间；以及热管散热子系统，其包括封闭的至少热管和容纳于该热管中的热管相变介质，该热管的两端分别置于传热储水子系统和中高温相变蓄热子系统中以通过该热管相变介质将热量从中高温相变蓄热子系统传递给传热储水子系统，从而将进入传热储水子系统的冷水加热为热水。根据本发明专利技术的系统选择中高温相变蓄热介质，增加热管散热子系统以保证供应热水的时效性和稳定性。

A system of heat pipe cooperating with medium and high temperature phase change heat storage medium to provide stable hot water

【技术实现步骤摘要】
一种热管协同中高温相变蓄热介质提供稳定热水的系统
本专利技术涉及热水供应，更具体地涉及一种热管协同中高温相变蓄热介质提供稳定热水的系统。
技术介绍
随着人们生活水平的提高，低成本且稳定持续的热水供应已经成为生活的重要组成部分。最近五年通过相变材料提供热水方面的研究相继申请专利(包含太阳能相变热水器如CN109084477A和CN108800292A、电加热相变热水器、相变热水供暖如CN207162719U等)。相变蓄热的优势在这些专利文献中进行了详细的介绍，包括使用谷电、无太阳夜间供热、出水温度稳定等。但不管上述报道采用哪种结构和材料，均是以低于水沸点的相变材料作为储热介质，储热密度较低，不易获得持续和高效热水供应。CN201410479367公开了一种将高温相变蓄热介质置于热管中的太阳能储热型真空热管热水供应技术，用以增加热管的储热密度，但未涉及如何解决相变蓄热温度高于水的沸点，所造成的供热温度、压力过高的问题。在南方的部分季节(10月底至第二年3月底)和北方的大部分季节(西北、内蒙、东北等四季；华北的9月中旬至第二年的五月份)都需要低成本持续稳定的热水供应。谷电、太阳能等利用，由于储能密度较低，间隔超过8小时的持续热水供应，一般通过增大低温相变材料体积来实现。高温相变蓄热(使用温度≥100)可以综合利用其显热和潜热储存热量，相比低温蓄热材料具有高储热密度优势，多利用高温相变材料加热蒸汽进行烘干加热来利用余热，蒸汽供应相对集中，温度波动较小。对于间歇性且温度要求波动较小的热水供热、供暖，则因换热效率低，在大流量水通过时出水温度较低，而长期不用或水流较小时出水温度过高的缺点，很难利用高温蓄热材料储存和释放应用热量，限制了其广泛应用。总之，低相变点蓄热材料的热水供应系统，蓄热密度较低，蓄热装置体积较大，蓄热时间较短，难以满足长时间供热需求。高温相变材料大多高于水的沸点或接近水的沸点，管道与水接触，存在出水温度太高造成的使用问题，也存在水高温压力过高造成的设备安全和成本问题。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的低温相变材料蓄热量不足、换热效率低、高温相变材料出水温度过高和高温、高压、腐蚀对设备的不利影响的问题，本专利技术旨在提供一种热管协同中高温相变蓄热介质提供稳定热水的系统。本专利技术提供一种热管协同中高温相变蓄热介质提供稳定热水的系统，其包括用于供给一冷水的一供水子系统；用于向用户提供一热水的一循环供热子系统；利用一中高温相变蓄热介质的显热和潜热实现热量存储的一中高温相变蓄热子系统；一传热储水子系统，其流体连通在该供水子系统和循环供热子系统之间；以及一热管散热子系统，其包括封闭的至少一热管和容纳于该热管中的一热管相变介质，该热管的两端分别置于传热储水子系统和中高温相变蓄热子系统中以通过该热管相变介质将热量从中高温相变蓄热子系统传递给传热储水子系统，从而将进入传热储水子系统的冷水加热为热水。特别地，借助于热管，热管相变介质将热量迅速从中高温相变蓄热子系统传递给传热储水子系统。与现有的供水系统(其中的相变材料温度＜100℃)相比，根据本专利技术的系统选择中高温相变蓄热介质(例如相变温度高于100℃的相变蓄热材料)，增加热管散热子系统以保证供应热水的时效性(即迅速供应热水)和稳定性。优选地，该传热储水子系统包括一储水罐和布置于该储水罐中的一管道，来自于该供水子系统中的冷水进入该管道并在管道中被加热后向该循环供热子系统提供热水。优选地，该传热储水子系统还包括用于排空该传热储水子系统的通气阀。特别地，该通气阀用于在长期不用热水时排空该传热储水子系统。优选地，该循环供热子系统包括用于排水和供热水两用的排水阀。通过通气阀和排水阀可以排空传热储水子系统内残留的少量水，防止供热时出水温度过高和长期不用的水高温气化导致管道承压和腐蚀。优选地，该循环供热子系统在应用于供暖领域时还包括用于供暖的至少一个换热器或换热单元。优选地，该中高温相变蓄热子系统包括一壳体和一加热源，该中高温相变蓄热介质容纳于该壳体中并通过该加热源进行加热。优选地，该加热源为电加热、空气能加热、太阳能加热等方式。优选地，该壳体为防腐蚀壳体。优选地，该中高温相变蓄热介质的相变温度≥100℃或最高使用温度≥100℃。优选地，该中高温相变蓄热介质的相变温度高于100℃。优选地，该中高温相变蓄热介质的相变温度高于150℃。更优选地，该中高温相变蓄热介质的相变温度介于150-400℃之间。最优选地，该中高温相变蓄热介质的相变温度介于200-350℃之间。在一个优选的实施例中，该中高温相变蓄热介质的相变温度为308℃。优选地，该中高温相变蓄热介质包括中高温相变材料。更优选地，该中高温相变材料为NaNO3，NaNO3-KNO3，NaNO3-KNO3-NaNO2等无机相变材料，或高相变点有机相变蓄热材料。应该理解，该中高温相变蓄热介质可以是熔盐、金属、聚合物等。根据不同相变温度，装置安装加热温度、加热时间的控制器，达到设定温度或时间，自动停止加热进入保温。为提高该装置相变蓄热材料换热效率，也可以添加高导热多孔泡沫、粉末等。优选地，该中高温相变蓄热介质还包括用于强化传热的高导热材料。更优选地，该高导热材料为石墨粉。在一个优选的实施例中，该高导热材料为5wt％的石墨粉。优选地，该热管相变介质为热管低温相变材料，例如水、丙酮、乙醇等低沸点介质。优选地，该热管低温相变材料的相变温度低于100℃。更优选地，该热管低温相变材料的相变温度介于70-90℃之间。在一个优选的实施例中，该热管低温相变材料的相变温度为80℃，控制真空度从而控制热管内介质的相变温度。优选地，传热储水子系统与中高温相变蓄热子系统之间设置有隔热保温装置。本专利技术通过中高温相变蓄热子系统利用中高温相变蓄热介质的显热和潜热实现热量的存储，提高供热系统的储热密度和稳定性；通过热管散热子系统既可以保证中高温相变蓄热介质材料内部温度的均匀性，防止中高温相变蓄热介质局部过热，又能保证高效稳定的热量供应，防止出水温度的骤升骤降。总之，根据本专利技术的热管协同中高温相变蓄热介质提供稳定热水的系统能有效解决现有热水供应系统存在的出水温度高、水温变化大，出水流速稳定性差和水压高等问题。而且，根据本专利技术的热管协同中高温相变蓄热介质提供稳定热水的系统能减小储热装置体积，提高热能利用效率，节约热能，降低成本。进一步地，根据本专利技术的热管协同中高温相变蓄热介质提供稳定热水的系统能够提供温度稳定且出水流量流速可控的低成本热水，满足用户对高品质热水的需求。附图说明图1是根据本专利技术的一个优选实施例的热管协同中高温相变蓄热介质提供稳定热水的系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。如图1所示，根据本专利技术的一个优选实施例的热管协同中高温相变蓄热介质提供稳定热水的系统包括供水子系统1、传热储水子系统2、循环供热子系统3、中高温相变蓄热子系统4和热管散热子系统5，其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热管协同中高温相变蓄热介质提供稳定热水的系统，其特征在于，该系统包括：/n用于供给一冷水的一供水子系统；/n用于向用户提供一热水的一循环供热子系统；/n利用一中高温相变蓄热介质的显热和潜热实现热量存储的一中高温相变蓄热子系统；/n一传热储水子系统，其流体连通在该供水子系统和循环供热子系统之间；以及/n一热管散热子系统，其包括封闭的至少一热管和容纳于该热管中的一热管相变介质，该热管的两端分别置于传热储水子系统和中高温相变蓄热子系统中以通过该热管相变介质将热量从中高温相变蓄热子系统传递给传热储水子系统，从而将进入传热储水子系统的冷水加热为热水。/n

【技术特征摘要】
1.一种热管协同中高温相变蓄热介质提供稳定热水的系统，其特征在于，该系统包括：
用于供给一冷水的一供水子系统；
用于向用户提供一热水的一循环供热子系统；
利用一中高温相变蓄热介质的显热和潜热实现热量存储的一中高温相变蓄热子系统；
一传热储水子系统，其流体连通在该供水子系统和循环供热子系统之间；以及
一热管散热子系统，其包括封闭的至少一热管和容纳于该热管中的一热管相变介质，该热管的两端分别置于传热储水子系统和中高温相变蓄热子系统中以通过该热管相变介质将热量从中高温相变蓄热子系统传递给传热储水子系统，从而将进入传热储水子系统的冷水加热为热水。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该传热储水子系统包括一储水罐和布置于该储水罐中的一管道，来自于该供水子系统中的冷水进入该管道并在管道中被加热后向该循环供热子系统提供热水。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该传热储水子系统还包括用于排空该传热储...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋金亮，唐忠锋，王建强，阴慧琴，汪洋，凌长见，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31