[發明專利]一種新型結構的蓄熱水箱

有效

• 申請號: 201410254138.4
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104006558A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 楊征;陳海生;王亮;賀鳳娟;盛勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F24J2/46
• 分類號: F24J2/46;F24J2/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種蓄熱水箱，尤其涉及一種可以加強其內部熱分層程度的蓄熱水箱。

背景技術

由于晝夜以及陰天等天氣因素的影響，太陽能是一種間歇性的能源，不能在時間和數量上滿足供給的要求。為此，在利用太陽能的過程中必須使用蓄熱裝置對吸收的太陽能進行存儲。蓄熱水箱就是太陽能熱水系統中的能量存儲裝置，是該系統的重要組成部分。在蓄熱過程中，太陽能集熱器回路的換熱工質與蓄熱水箱內部的蓄熱工質進行換熱，將吸收的太陽能熱量儲存在蓄熱水箱內；在釋熱過程中，蓄熱水箱向熱用戶釋放熱量，提供熱水，并且回收放熱后的低溫水。

蓄熱水箱內部存在熱分層現象。溫度較高的水由于密度小，處于水箱的上部；相反，溫度較低的水由于密度大，處于水箱的下部。研究表明，熱分層現象有助于提高蓄熱水箱的蓄熱效率和太陽能熱水系統的效率。帶有熱分層現象的水箱比普通水箱的蓄熱效率可以高6％，系統效率可高20％。對于季節性蓄熱，熱分層水箱的年平均熱效率更是可高出60％。熱分層使太陽能熱水系統效率提高的原因在于，一方面，熱分層現象使得進入太陽能集熱器進口的傳熱工質溫度降低，從而提高了太陽能集熱器的效率；另一方面，熱分層現象可以縮短輔助能源供給的時間。所以，應該盡可能地提高蓄熱水箱內部的熱分層程度。

傳統的蓄熱水箱一般為豎直圓柱形筒體，內部充滿蓄熱水。在蓄熱過程和保溫過程中蓄熱水受外界影響溫度分布不均，在重力作用下會形成自然對流換熱現象，進而形成熱分層。但是，由于冷熱流體的摻混和導熱作用，水箱內部的熱分層程度必然會受到一定的削弱。為了提高蓄熱水箱和系統的效率，必須盡可能減小內部對流換熱強度，避免冷熱流體的摻混，提高水箱內部的熱分層程度。

發明內容

為了克服現有技術的缺點和不足，提高蓄熱水箱內部的熱分層程度，本發明提出了一種新型結構的蓄熱水箱。與傳統的蓄熱水箱相比，該發明的新型蓄熱水箱能夠大幅度提高水箱的熱分層程度，從而提高水箱的蓄熱效率和太陽能熱水系統的系統效率。

為達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種新型結構的蓄熱水箱，在蓄熱水箱內部沿重力方向設置若干隔板，將蓄熱水箱分為若干層，其特征在于：每個所述隔板上開有若干通水孔，對準每個所述通水孔的位置，在隔板上設置有與各所述通水孔一一對應的、且管徑與所述通水孔的孔徑相等的多個通水直管；所述多個通水直管，一部分設置在隔板的上方，一部分設置在隔板的下方；設置在隔板上方的通水直管構成熱流體通道，設置在隔板下方的管路構成冷流體通道。

每個隔板上開有若干孔洞?？锥醋钌贋?個。

優選的，相鄰隔板中的下層隔板的熱流體通道可以延伸至上層隔板，但同時上層隔板的冷流體通道不可延伸至下層隔板；或者，上層隔板的冷流體通道可以延伸至下層隔板，但同時下層隔板的熱流體通道不可延伸至上層隔板。

優選的，蓄熱水箱的換熱器可以是外置式換熱器、內置式換熱器或者外包覆式換熱器。

優選的，每層隔板上熱流體通道的總截面面積與冷流體通道的總截面面積相等，但是冷熱流體通道數量不一定相等。

優選的，蓄熱水箱的形狀為豎直圓柱形、球形、橢球形、圓臺形、圓錐形，也可以為上述幾種基本形狀的組合。

優選的，蓄熱水箱外有性能良好的保溫層。

優選的，隔板使用具有絕熱功能的材料。

在工作過程中，水箱內部溫度較低的水由于密度大，向水箱下部運動。由于熱流體通道的管口位置較高，冷流體只能通過冷流體通道流入下一層。同樣道理，溫度較高的水由于密度小，向水箱上部運動。由于冷流體通道的管口位置較低，因此熱流體將只能通過熱流體通道流入上一層。

當若干層隔板的冷流體通道上下貫通時，最上層隔板上方空間的冷流體將直接流入最下層隔板的下方空間，而各層空間內的熱流體將逐層上升。

當若干層隔板的熱流體通道上下貫通時，最下層隔板下方空間的熱流體將直接流入最上層隔板的上方空間，而各層空間內的冷流體將逐層下降。

在上述過程中，一方面，隔板的存在將蓄熱水箱內部空間沿重力方向分隔成若干小的空間，減小了重力方向的空間尺度，從而限制了水箱內部自然對流的程度，降低了對外的散熱量；另一方面，每層隔板上冷熱通道的結構將上下層間對流的冷熱流體完全分隔開來，減小了冷熱流體之間的摻混。通過上述兩方面的作用，這種結構的蓄熱水箱可以明顯提高內部的熱分層程度。