本发明涉及储热技术领域，更具体属于一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置。
背景技术：
相变储热技术通过利用相变材料发生相变时吸收或释放大量潜热的特性，能够满足在用电低谷时将余热储存在相变储热装置中，在用电高峰时储热装置代替电锅炉等热源将蓄存的热量释放进行供暖。相比于显热储热技术，相变储热技术由于利用的是潜热，储热密度更大；相比于热化学储热技术，相变储热技术更成熟稳定，容易控制。
相变储热装置实际上是一种实现热水与相变材料间接换热的换热器。其换热形式多样，既可以在管内通入热水与管外的相变材料进行热交换，水管形式有蛇形盘管和螺旋盘管等；也可以在箱体内盛装的热水中插入封装好的相变材料进行换热，相变材料的封装形式包括柱状封装，环形封装和球封装等。
目前用于供暖储热的相变储热装置主要存在以下不足：
1)相变储热装置由于内部换热结构和进出水方向，内部相变材料可能会存在受热不均的现象，导致相变储热装置的实际蓄热量小于理论蓄热量；
2)相变储热装置的实际放热量较实际蓄热量较少，即相变储热装置不能充分将蓄存的热量放出，可能的原因是采用的相变材料导热系数普遍偏低。
3)相变储热装置内部存在相变材料不发生相变的死角区，导致相变材料的利用率较低。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术不足，本发明提出一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置，用于解决装置内部相变材料换热不充分不均匀的问题，提高装置的蓄热性能和放热性能。
本发明的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置利用以下的技术方案来实现：
一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置，该装置包括和外部箱体1和内部换热管结构；其特征在于，其中：所述外部箱体1采用近似长方体结构，在所述外部箱体1内部放置相变储热材料均10；所述内部换热管结构包括总进水口2和总出水口3，所述总进水口2和所述总出水口3均位于所述外部箱体1的上部，分别位于所述外部箱体1上部的左侧和右侧；所述总进水口2和所述总出水口3下方连接有进水干管4和出水干管5；所述进水干管4、所述出水干管5下方并排设置多组换热支管7；所述换热支管7以所述总进水管2和总出水管3所在的竖直平面为对称面构呈对称分布；
且在位于外部箱体1上表面设置有一个凹槽11，所述凹槽11位于所述总进水口2和所述总出水口3之间；
所述换热支管7采用竖直直管12与蛇形盘管13相连接的形式；相邻各组所述换热支管7的竖直直管12长度不同，呈现上下交错的布置方式。
与现有技术相比，本发明的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置具有以下积极的技术效果：
1、具有良好的蓄热性能和放热性能，能够蓄存和放出更多的热量，具有较高的相变材料利用率和蓄热比；
2、制作成本低廉，易于推广。
附图说明
图1为本发明的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置内部结构正视图示意图；
图2为本发明的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置的进水干管结构示意图；
图3为本发明的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置内部结构俯视示意图；
图4为本发明的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置的局部放大图；
图5为本发明的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置的翅片具体结构示意图。
附图标记：1、外部箱体，2、总进水口，3、总出水口，4、进水干管，5、出水干管，6、翅片，7、换热支管(即12与13的组合)，8、灌料口，9、排气口，10、相变材料，11、凹槽，12、竖直直管，13、蛇形盘管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明确，下面结合附图和实施案例对本发明进行进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用于解释本发明，但并不限定本发明。
如图1至图5所示，本发明的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置包括和外部箱体1和内部换热管结构。所述外部箱体1采用近似长方体结构，且在位于外部箱体1上表面设置有一个凹槽13。所述外部箱体1的底部制作成梯台形状。在所述外部箱体1内部放置相变材料10。有关所述外部箱体1的外形设计能够减少不发生相变的相变材料10所在区域的空间大小，避免相变材料的浪费，提高相变材料的利用率。
所述内部换热管结构包括总进水口2和总出水口3，所述总进水口2和所述总出水口3均位于所述外部箱体1的上部，分别位于所述外部箱体1上左侧和右侧。所述总进水口2和所述总出水口3下方连接有进水干管4和出水干管5。所述进水干管4、所述出水干管5下方并排设置多组换热支管7。
所述凹槽11位于所述总进水口2、所述总出水口3之间。
更具体地，所述总进水口2和所述总出水口3均为圆管，与其相连的进水干管4和出水干管5均为矩形管。考虑到并排设置的多个换热支管7的水力平衡问题，所述进水干管4的横截面为由中间向两边逐渐减小的梯形截面。所述出水干管5具有相同的横截面设计。
更具体地，与进水干管4、出水干管5下方相连的所述换热支管7均为圆管。所述换热支管7采用竖直直管12与蛇形盘管13相连接的形式；相邻各组所述支管7的竖直直管12长度不同，呈现为上下交错的布置，其目的是增大换热管与相变材料的换热区域，促进更多的相变材料换热；且换热支管7以所述总进水管2和总出水管3所在的竖直平面为对称面且于本发明的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置内部构成对称分布。在总进水口2旁边设置一个灌料口8，在总出水口3旁边设置一个排气口9。当相变储热装置内部需要放置热电偶监测相变材料的温度变化时，热电偶的另一端从排气口9伸出；若不需要放置热电偶，将灌料口8当作排气口使用，即灌料口8和排气口9只留一个即可。灌料口8和排气口9的尺寸可根据实际需要确定，灌料口8尽可能大，以方便一次倒入更多的液态相变材料；排气口9的尺寸可适当减小，以减少热损失。
更具体地，如图4所示，为本发明的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置的局部放大图。蛇形盘管13上半部的横管上设置有环形翅片6。
如图5所示，本发明的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置的翅片具体结构示意图。相邻换热支管7上的环形翅片6采用均匀布置，且相邻的所述换热支管7上的翅片6交错布置，其目的是缩短相邻所述换热支管7之间的距离，避免无翅片管因间距过大造成无翅片管之间相变材料不能充分相变的问题；但是位于最中间的两根换热支管7由于对称布置，其上的翅片位置相同，两根换热支管7的间距也相对更大。
更具体地，所述外部箱体1外部包裹一层保温层，保温层采用聚氨酯保温材料。
更具体地，所述外部箱体1和内部换热管结构的材质均采用不锈钢。
使用时，可根据供暖系统的热源情况，采用适当相变温度的相变材料，将液态的相变材料10从灌料口8倒入装置内部，若保留排气孔9，可在灌料结束后将灌料口8密封，减少热量的散失。
在相变储热装置的换热管通入热水后，热水从总进水口2进入，通过进水干管4流入到各组所述换热支管7中，先经过竖直直管12先与底部的相变材料进行热交换，在经过蛇形盘管13向上流动与周围的相变材料进行换热，最后通过出水干管5从总出水口3流出。由于装置下部的蛇形盘管13内的水温普遍较高，与相变材料的换热温差大，换热效果明显；而装置上部虽然盘管内热水与相变材料的温差较小，但是由于增加了翅片6，增大了换热面积，因此换热效果能够与装置下部无翅片部分相差无几，使得装置内的大部分相变材料受热均匀且充分。
进一步地，根据不同系统末端用户的负荷需求，确定相变储热装置的蓄热和放热功率，相变储热装置内部各组换热支管7的个数可以相应地进行调整，各组所述换热支管7最少使用2个。
本发明的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置，①整体结构采用易于获取的不锈钢材料，价格相对便宜且性质稳定，不会与相变材料发生反应；②蛇形盘管结构简单、加工方便；③具有良好的蓄热性能和放热性能，能够蓄存和放出更多的热量，具有较高的相变材料利用率和蓄释热比；④在相变材料发生相变的过程中，位于长方体的箱体内部的部分区域存在相变材料几乎不相变的现象，因此外部箱体的外形设计有效减少了这部分相变材料填充区域，避免了相变材料的浪费。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，并非本发明可行实施的穷举。对于本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所做的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
1.一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置，该装置包括和外部箱体(1)和内部换热管结构；其特征在于，其中：所述外部箱体(1)采用近似长方体结构，在所述外部箱体(1)内部放置相变储热材料(10)；所述内部换热管结构包括总进水口(2)和总出水口(3)，所述总进水口(2)和所述总出水口(3)均位于所述外部箱体(1)的上部，分别位于所述外部箱体(1)上部的左侧和右侧；所述总进水口(2)和所述总出水口(3)下方连接有进水干管(4)和出水干管(5)；所述进水干管(4)、所述出水干管(5)下方并排设置多组换热支管(7)；所述换热支管(7)以所述总进水管(2)和总出水管(3)所在的竖直平面为对称面构成对称分布；
且在位于外部箱体(1)上表面设置有一个凹槽(11)，所述凹槽(11)位于所述总进水口(2)和所述总出水口(3)之间；
所述换热支管(7)采用竖直直管(12)与蛇形盘管(13)相连接的形式；相邻各组所述换热支管(7)的竖直直管(12)长度不同，呈现上下交错的布置方式。
2.如权利要求1所述的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置，其特征在于，所述总进水口(2)和所述总出水口(3)均为圆管，的进水干管(4)和出水干管(5)均为矩形管，各组所述换热支管(7)均为圆管。
3.如权利要求1所述的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置，其特征在于，在所述总进水口(2)旁边设置一个灌料口(8)或者在总出水口(3)旁边设置一个排气口(9)。
4.如权利要求1所述的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置，其特征在于，所述进水干管(4)和所述出水干管(5)的横截面为由中间向两边逐渐减小的梯形截面。
5.如权利要求1所述的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置，其特征在于，所述换热支管(7)的蛇形盘管(13)上半部的横管上均匀布置有环形的翅片(6)，且相邻的所述换热支管(7)上的翅片(6)交错布置。
6.如权利要求1所述的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置，其特征在于，至少设置2个所述换热支管(7)。
7.如权利要求1所述的一种提升相变材料利用率的相变储热供暖装置，其特征在于，所述外部箱体(1)内部底部设置为梯台形状。
技术总结