一种潜显热并用的并联复合储热结构及取暖器制造技术

本发明专利技术公开了一种潜显热并用的并联复合储热结构及取暖器，其中并联复合储热结构包括具有一定换热面和换热方向的储热空间，所述储热空间内填充有一级相变材料，且一级相变材料内间隔布置有二级相变材料，其中一级相变材料和二级相变材料的相变点不同且均低于200℃。本发明专利技术采用并联式二级储热设计，其中一级相变材料承担主要储热功能，二级相变材料承担调控功能，可在一级相变材料的显热放热阶段提供稳定温度的热量补偿，有效解决显热放热温跃层问题，提高显热储热量利用率与装置总能量密度。提高显热储热量利用率与装置总能量密度。提高显热储热量利用率与装置总能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种潜显热并用的并联复合储热结构及取暖器


[0001]本专利技术属于新能源利用
，尤其涉及一种潜显热并用的并联复合储热结构及取暖器。

技术介绍

[0002]随着人们生活水平的提高，冬季取暖的需求日益增加。在未实现集中供暖的区域，冬季取暖多依赖于取暖器，然而现行的取暖器多为即开即用的电取暖器，电力成本较高。为了解决电暖器电力成本较高的问题，储热式取暖器利用夜间低价谷电进行蓄热，在需要时放热，逐渐成为传统取暖器的替代。
[0003]现有的储热式取暖器主要储热方式为显热储热，依赖于储热介质中的显热热量，单位体积蓄热量小，导致取暖器的有限空间内总蓄热量有限，导致可支撑取暖的时间较短，不足以满足日间长时间的取暖需求。利用潜热储热替代显热储热可有效提高单位体积的储热能量密度，解决因蓄热量小导致的取暖时间不足的问题。此外，潜热储热放热过程中温度稳定，波动小，有利于营造舒适的取暖环境。
[0004]但是现行的中低温(熔点<200℃)潜热储热材料导热系数普遍较低，限制了相变储热模块热量的释放，且在热量释放时存在明显的温跃层问题，导致能量利用效率低。温跃层问题是指在相变模块内部和外部温度差达到一定温度的时候，内部的热量就难以释放的问题，所以解决问题的关键在于控制模块内部和外部的温度差，使得热量能够持续不断的释放出去。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术提供了一种潜显热并用的并联复合储热结构及取暖器，以解决目前取暖成本高、显热取暖器蓄热量小温度波动大、潜热储热材料在热量释放时存在温跃层等技术问题。
[0006]
技术实现思路
：为实现以上目的，本专利技术提供了一种潜显热并用的并联复合储热结构，包括具有换热面和换热方向的储热空间，所述储热空间内填充有一级相变材料，且一级相变材料内间隔布置有二级相变材料，其中一级相变材料和二级相变材料的相变点不同且均低于200℃。
[0007]其中储热空间的换热面不局限于储热空间的一侧，也可以是储热空间内部，例如中间开设换热管道等，换热方向是指垂直于换热面的方向。一、二级相变材料的相变点不同，使得二级相变材料在一级相变材料发生温跃层时进行热量的补充(二级相变材料的相变点优选在一级相变材料发生温跃层时的温度阈值以上10℃左右)，从而扩大一级相变材料内部和外部的温度差，使得热量能够持续不断的释放出去。
[0008]可选的，所述二级相变材料分层平铺于一级相变材料内，且每层沿换热方向延伸至一级相变材料的至少1/2截面处，延伸的截面形状可以是矩形、圆形或其他结构。在其他实施方式中，也可采用其他分布方式，例如在一级相变材料内间隔布置球形结构的二级相
变材料等。
[0009]之所以不完全隔断上下层的一级相变材料，是因为中间的二级相变材料价格较高，导致完全隔断的话成本更高，同时一整面的二级相变材料会阻断上下层的自然对流，不利于换热。虽然不隔断上下层，但至少会延伸到一级相变材料的中心处(即至少1/2截面)，以提高相变储热模块中心热量的释放率。
[0010]可选的，所述一级相变材料和二级相变材料之间通过高导热系数材料(建议导热系数大于100W/(m*K))隔开，形成封装二级相变材料的独立空间。导热系数较高的隔断材料相当于翅片的作用，也可以一定程度上解决相变材料内导热系数较低的问题。
[0011]可选的，所述二级相变材料靠近换热面的一侧通过低导热系数材料(建议导热系数小于1W/(m*K))隔开，以弱化二级相变材料的对外散热，由此保证在换热过程中，二级相变材料的热量能够补充到一级相变材料内。
[0012]可选的，所述二级相变材料内复合有各向异性导热材料(导热材料不限，如石墨骨架、翅片、热管等)，使得二级相变材料在换热方向上的导热系数低于垂直方向上的导热系数，由此强化一、二级相变材料之间的换热，弱化二级相变材料的对外散热。
[0013]可选的，所述一级相变材料内复合有各向同性导热材料(导热材料不限，如石墨骨架、翅片、纳米粒子等)，使得一级相变材料在各个方向上的导热系数一致，从而提高一级相变材料内部的导热系数，加强相变储热模块热量的释放。
[0014]此外，本专利技术还提供了一种潜显热并用的并联复合取暖器，包括加热器、储热箱和外壳，其中储热箱内设置有上述并联复合储热结构，且加热器设置于储热箱中，所述储热箱封装于外壳内，且储热箱与外壳之间形成进出风通道。
[0015]可选的，所述储热箱靠近进出风通道的一侧设有高导热结构，用于加强储热箱和进出风之间的换热。
[0016]可选的，所述高导热结构包括填充有高导热液体(建议导热系数大于150W/(m*K))的液充箱，所述外壳内还设有与液充箱连通的液体存储箱，且液体存储箱内设有控制装置，用于控制高导热液体在液充箱与液体存储箱之间的流动。
[0017]可选的，所述控制装置包括布置于液体存储箱内的密封活塞、控制推杆和驱动器，所述驱动器通过控制推杆驱动密封活塞的升降，由此实现液体存储箱内的压强调整。
[0018]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0019]1、潜显热并用的并联复合结构，其实质效果在于：同时使用储热材料的潜热和显热进行供暖，采用并联式二级储热设计，其中一级相变材料承担主要储热功能，二级相变材料承担调控功能，可在一级相变材料的显热放热阶段提供稳定温度的热量补偿，有效解决显热放热温跃层问题，提高显热储热量利用率与装置总能量密度。
[0020]2、各向异性换热强化设计，其实质效果在于：通过强化一、二级相变材料之间的换热，弱化二级相变材料的对外散热，提高二级相变材料的温控效果，增加装置显热储热量的有效利用率。
[0021]3、储热装置与高导热流体推杆结构的集成设计，其实质效果在于：在蓄热阶段，控制推杆结构上升，带动高导热流体回到液体存储箱体内，液充箱变成稀薄空气状态，实现保温功能；在放热阶段，控制推杆结构下降，将高导热流体通过通孔注入液充箱内，协同翅片，实现潜热的高效释放。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中并联复合取暖器的外部结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例中并联复合取暖器的透视图；
[0024]图3为本专利技术实施例中内部箱体结构在蓄热阶段的结构示意图；
[0025]图4为本专利技术实施例中内部箱体结构在放热阶段的结构示意图；
[0026]图5为本专利技术实施例中并联复合储热结构的局部纵向剖视图；
[0027]图6为本专利技术实施例1中采用一级相变储热结构、潜显复合储热结构、潜显复合叠加各向异性石墨骨架进行放热过程的换热面平均温度变化图；
[0028]图7为本专利技术实施例2中采用一级相变储热结构、潜显复合储热结构、潜显复合叠加各向异性石墨骨架进行放热过程的换热面平均温度变化图；
[0029]图中包括：1
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控制开关，2
‑
盖板，3
‑
冷风入口，4
‑
支架，5
‑
侧盖，6
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种潜显热并用的并联复合储热结构，其特征在于，包括具有换热面和换热方向的储热空间，所述储热空间内填充有一级相变材料，且一级相变材料内间隔布置有二级相变材料，其中一级相变材料和二级相变材料的相变点不同且均低于200℃。2.根据权利要求1所述的并联复合储热结构，其特征在于，所述二级相变材料分层平铺于一级相变材料内，且每层沿换热方向延伸至一级相变材料的至少1/2截面处。3.根据权利要求2所述的并联复合储热结构，其特征在于，所述一级相变材料和二级相变材料之间通过高导热系数材料隔开。4.根据权利要求2所述的并联复合储热结构，其特征在于，所述二级相变材料靠近换热面的一侧通过低导热系数材料隔开。5.根据权利要求2所述的并联复合储热结构，其特征在于，所述二级相变材料内复合有各向异性导热材料，使得二级相变材料在换热方向上的导热系数低于垂直方向上的导热系数。6.根据权利要求1所述的并联复合储热结构，其特征在于，所述一级相变材料内复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：许华前，曾阔，张清阳，左宏杨，卢勇文，迟博文，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：