快速式壁挂自然循环相变太阳能蓄热装置及系统的制作方法

本发明涉及太阳能蓄热技术领域，特别是涉及一种快速式壁挂自然循环相变太阳能蓄热装置及系统。

背景技术：

目前，太阳能热水器是一种最常见的太阳能热利用装置，但由于太阳能受天气变化、昼夜交替等影响，具有不连续、不稳定等缺点，因此，太阳能热水器多配有蓄热装置进行蓄热。

而现有太阳能热水器的蓄热装置，大部分为圆柱形水箱，除较高楼层安装在楼顶外大部分安装在阳台，既占用居住空间，也影响室内美观；少部分采用相变蓄热材料的相变蓄热箱虽占用空间稍小，但一般都需要水泵驱动集热器中的高温液体与蓄热箱换热，这样不仅耗能，也降低了太阳能热水系统的可靠性。

综上所述，现有技术中对于太阳能热水器蓄热的问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种快速式壁挂自然循环相变太阳能蓄热装置，该蓄热装置可镶嵌或悬挂在建筑外表面，有效节约空间，无需水泵，通过自然循环稳定可靠运行；

进一步的，本发明采用下述技术方案：

快速式壁挂自然循环相变太阳能蓄热装置，包括蓄热箱体，所述蓄热箱体内设置太阳能热水管路和放热管路，蓄热箱体内壁与太阳能热水管路、放热管路之间的间隙形成蓄热空间，所述蓄热空间内填充相变蓄热材料；

太阳能热水管路内介质以自然循环方式流动，并将热量传递给相变蓄热材料，相变蓄热材料蓄热后与放热管路内介质进行热量交换。

本发明的太阳能蓄热装置设置蓄热箱体，在蓄热箱体内设置太阳能热水管路和放热管路，太阳能热水管路内流通集热器中的热水，其热水以自然循环方式流动，在流动过程中将热量传递给相变蓄热材料；相变蓄热材料吸热后，在放热管路中冷水流通时，相变蓄热材料将热量传递给放热管路中冷水，进而使得放热管路内冷水升温，输送至用户需要热水的地方。本发明的装置自动循环，且无需水泵设置即可自动实现换热，且占用空间较小。

进一步的，所述太阳能热水管路包括带有入口的上集管和带有出口的下集管，所述上集管设置于蓄热箱体内上部，下集管设置于蓄热箱体内下部，上集管和下集管之间连接至少一根支管。集热器中的热水由上集管进入，通过支管进入下集管，由下集管再进入集热器，通过集热器中水温变化导致的密度变化，可以实现自然循环。

进一步的，所述支管为多根，多根支管均匀排布设置与上集管和下集管之间。可以使得蓄热箱体内的相变蓄热材料吸收热量均匀。

进一步的，所述放热管路包括至少一根在竖直平面内成蛇形分布的盘管，所述盘管上端与放热管出口连接，所述盘管下端与放热管入口连接。将放热管路设置成盘管，可以增大放热管路与相变蓄热材料的热量交换面积。

进一步的，所述放热管路和太阳能热水管路交叉设置。

进一步的，所述蓄热箱体内设置多个水管托架，放热管路支撑于水管托架上。水管托架给放热管路以支撑作用，保证其稳定性。

进一步的，所述蓄热箱体上部设置填料口。填料口用于向箱体内添加物料并可兼做排气口，填料口可密封关闭。

进一步的，所述蓄热箱体外侧设置保温材料。设置保温材料，可以保证蓄热箱体内的温度不会受外界环境影响。

进一步的，所述相变蓄热材料为无机水合盐，或所述相变蓄热材料为膨胀石墨/石蜡复合材料，所述相变蓄热材料相变温度在40-70℃。

一种太阳能相变蓄热系统，包括集热器和如上所述的蓄热装置，所述上集管的入口和集热器出口连通，所述下集管的出口和集热器入口连通。太阳能热水管路和集热器连通，集热器中的水加热后水温升高密度变低，集热器中热水向上流动进入太阳能热水管路上集管，经由支管向下流通至下集管，向下流动过程中，太阳能热水管路中的热水即和相变蓄热材料发生热量交换，相变蓄热材料被加热进行相变蓄热。

进一步的，所述放热管入口和正压水源管路连接，放热管出口和用户用水管路连接。冷水由正压水源管路进入放热管后，相变蓄热材料和放热管中冷水进行热量交换，使放热管路中的冷水升温后送入用户用水管路供用户使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于采用相变蓄热材料，蓄热能力强，较水蓄热所需体积小，并制成扁平长方体形状，可镶嵌或悬挂于外墙或阳台，不占用室内居住或阳台空间。

由于太阳能热水管路采用了上下集管和支管的结构，且上集管位于箱内最高处，下集管位于箱内最低处，蓄热箱支管冷却成为下降管，对应集热器内支管受热成为上升管，利用水的密度差可实现自然循环，无需水泵，运行安全可靠。

由于放热管路可直接自来水管网，可用市政管网水压进行流动换热，无需水泵，安全可靠；自来水管路为盘管结构，换热面积大，换热充分，可将自来水即时加热成淋浴用热水。

由于蓄热和放热过程采用两套独立管路，蓄热、放热可同时独立进行，使用方便、灵活。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明太阳能蓄热装置主视剖面图；

图2为本发明太阳能蓄热装置侧视剖视图；

图中，1为蓄热箱体，2为太阳能热水入口，3为太阳能热水回水口，4为太阳能热水上集管，5为太阳能热水下集管，6为太阳能热水支管，7放热管入口，8放热管出口，9为放热管路，10为相变蓄热材料，11为水管托架。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

术语解释部分：自然循环指的是采用热水的供水与回水温差而使热水在管网中自行循环的方式。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在太阳能热水器蓄热的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种快速式壁挂自然循环相变太阳能蓄热装置及系统。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图2所示，提供了一种快速式壁挂自然循环相变太阳能蓄热装置，包括蓄热箱体1，蓄热箱体1内设置太阳能热水管路和放热管路9，蓄热箱体1内壁与太阳能热水管路、放热管路9之间的间隙形成蓄热空间，蓄热空间内填充相变蓄热材料10；蓄热箱体1形状为偏平立方体箱体；

太阳能热水管路内介质以自然循环方式流动，并将热量传递给相变蓄热材料，相变蓄热材料蓄热后与放热管路内介质进行热量交换。

太阳能热水管路包括带有入口(即太阳能热水入口2)的上集管(即太阳能热水上集管4)和带有出口(即太阳能热水回水口3)的下集管(即太阳能热水下集管5)，太阳能热水上集管4设置于蓄热箱体1内上部，太阳能热水下集管5设置于蓄热箱体1内下部，太阳能热水上集管4和太阳能热水下集管5之间连接至少一根支管(即太阳能热水支管6)。太阳能热水支管6设置为多根时，多根太阳能热水支管6均匀排布设置与太阳能热水上集管4和太阳能热水下集管5之间，可以使得蓄热箱体内的相变蓄热材料吸收热量均匀。太阳能热水上集管4水平设置于蓄热箱体1内部最上方，太阳能热水下集管5水平设置于蓄热箱体1内部最下方，太阳能热水管路整体为同程管路。

放热管路9包括至少一根在竖直平面内成蛇形分布的盘管，盘管上端与放热管出口8连接，盘管下端与放热管入口7连接。

本发明的蓄热装置中，放热管路和太阳能热水管路交叉设置。

蓄热箱体1内设置多个水管托架11，放热管路9支撑于水管托架11上。水管托架给放热管路以支撑作用，保证其稳定性。

蓄热箱体1上部设置填料口。填料口用于向箱体内添加物料并可兼做排气口，填料口可密封关闭。

蓄热箱体1外侧设置保温材料。设置保温材料，可以保证蓄热箱体内的温度不会受外界环境影响。

相变蓄热材料10填充于蓄热箱体1内部除太阳能热水管路和放热管路外的整个空间，相变蓄热材料10为无机水合盐，或相变蓄热材料为膨胀石墨/石蜡复合材料，有相对固定相变温度，相变蓄热材料相变温度在40-70℃。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种太阳能相变蓄热系统，包括集热器和如上所述的蓄热装置，太阳能热水上集管4的太阳能热水入口2和集热器出口连通，太阳能热水下集管5的太阳能热水回水口3和集热器入口连通，组成太阳能热水环路，环路内介质依靠蓄热装置和外部集热器两侧密度差进行自然循环。太阳能热水管路和集热器连通，集热器中的水加热后水温升高密度变低，集热器中热水向上流动进入太阳能热水管路上集管，经由支管向下流通至下集管，向下流动过程中，太阳能热水管路中的热水即和相变蓄热材料发生热量交换，相变蓄热材料被加热进行相变蓄热。

放热管入口7和正压水源管路(可以是市政管网的自来水等水源)连接，放热管出口8和用户用水管路(可以是淋浴等用水处)连接。冷水由正压水源管路进入放热管后，相变蓄热材料和放热管中冷水进行热量交换，使放热管路中的冷水升温后送入用户用水管路供用户使用。

本发明提供的壁挂式相变蓄热箱体，形状为扁平长方体，体积较小，可悬挂或镶嵌于建筑外表面，节省建筑使用空间，利于建筑一体化；上下集管与支管的结构能有效利用集热器和蓄热箱管路内水的密度差而形成自然循环，放热过程可利用市政管网等水源处压力，整套装置都无需水泵，安全节能可靠；蓄热放热可同时进行，通过换热箱可直接获得淋浴或生活用热水，使用灵活方便。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的工作过程详细说明本申请的技术方案。

晴天时，外部太阳能集热器加热集热器中水，使其温度升高密度变低，集热器中热水向上流动，并通过连接管进入蓄热箱体1内太阳能热水上集管4，而蓄热箱体1内太阳能热水下集管5内的水由连管补充进入外部集热器；太阳能热水上集管4内的水通过太阳能热水支管6向下流动的过程被相变蓄热材料10冷却，温度逐渐降低，密度升高，进入太阳能热水下集管5，外部太阳能集热器和蓄热箱体1太阳能热水管路内的水利用两者的密度差进行自然循环。相变蓄热材料10在这样的流动过程中被加热进行相变蓄热。

在需要用水时，市政管网中的自来水等水源处的冷水从放热管入口7进入放热管路9，与蓄热箱1中相变蓄热材料10进行换热，由于放热管路为较长的盘管，冷水在通过蓄热箱后变可达到较高温度，再通过放热管出口8流向淋浴等需要热水的地方。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。