CN101354223A - 一种蓄能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄能装置，其包括蓄能罐，蓄能罐罐体(2)内有换热器，罐体内填充有蓄能介质(1)，所述换热器采用毛细管网制成。蓄能罐的罐体上部还设有灌装口(5)，下部设有放空口(6)。此蓄能装置体积小，而热效率高，特别适于小型建筑物或家庭使用。

Description

一种蓄能装置

技术领域

本发明属于空调技术领域，涉及一种蓄能装置，特别涉及一种小型蓄能装置。

背景技术

现有的蓄能装置包括有采用非相变介质的蓄能装置和采用相变材料介质的蓄能装置。

其中，采用非相变介质的蓄能装置包括液体(水)蓄能装置和固体材料蓄能装置。液体蓄能装置利用水的热容量，通过改变水的温度来储存能量；固体材料蓄能装置利用固体材料(如混凝土)的热容量，通过改变固体材料的温度来储存能量。

采用相变材料介质的蓄能装置包括冰蓄能装置和封装相变材料蓄能装置。冰蓄能装置通过介质(如水)的相变(水-冰)潜热来存储能量；封装相变材料蓄能装置通过将特殊的相变材料(如工业盐，石蜡)封装在特定形状的微型或小型密闭容器中(蓄能球，微胶囊)中，再将容器放入水或混凝土中，利用相变材料的相变潜热达到蓄能的目的。

但是，非相变介质的蓄能装置设备体积较大，热量损失大，设备效率低下。

而对于相变材料介质的蓄能装置来说，冰蓄能装置所提供的温度离空调所需温度差距过大，热量损失大，设备效率低下；封装相变材料价格高昂，最终产品的蓄能能力低下，同时，由于相变材料的特点(无机盐有腐蚀性，有机物会流动而造成其它材料的损坏)而不得不采取封装形式，使得设备的效率大受限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足，提供一种体积小、蓄能效率高的蓄能装置。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该蓄能装置包括蓄能罐，蓄能罐罐体内有换热器，罐体内填充有蓄能介质，其中，所述换热器采用毛细管网制成。

现有的相变储能装置中，换热器采用的是大管径的硬质管，如钢管、铜管或硬质塑料管，其管径偏大，每单位面积或体积中所含有的换热面积小，换热器形体笨重，造成蓄能装置体积大，管间距过大，无法充分进行蓄能和放能，引起设备效率下降；而本发明采用了用于辐射换热空调技术的毛细管网(如德国Clina公司所生产的塑料毛细管网)使得换热器的体积与管间距大大减小，从而能提高蓄能装置的换热效率，并大大减小蓄能装置的体积。

其中毛细管网中各毛细管的管径范围为3mm-5mm，以得到从管内流体输送和管内外能量交换之间的最佳效果；各毛细管之间的间隔为5mm-20mm，以得到管间分布的相变材料能够最有效地传递能量和相变的效果。

蓄能装置内可只有一个换热器，在使用过程中，根据不同的使用需要，该换热器既可作为蓄能换热器使用，也可作为放能换热器使用；蓄能装置内也可以同时置有两个换热器，即同时包括有蓄能换热器和放能换热器。

所述蓄能介质可采用相变材料。由于相变材料发生相变时，会在同样的温度下大量地吸收或释放能量，因此可以显著提高蓄能罐的蓄能能力，如可采用无机盐(如芒硝)或有机材料(如石蜡)。

由于无机盐类材料具有以下优点：①相变点可以通过配方改变；②材料性质退化后可以通过再生手段重复使用；③材料成本低廉，容易获得；④作为常规化工材料各种处理手段如存储、运输都已十分成熟，因此优选蓄能介质采用无机盐类材料。

当蓄能介质采用相变材料时，在材料的蓄能相变特性上，可以根据使用场合的需求，确定夏季工况和冬季工况下不同的相变点，选用不同的相变材料。夏季工况应能满足室内供冷降温的需求，其相变温度宜优选能满足供水温度略高于露点温度的材料，如12-15℃，冬季则可优选适合于辐射供热温度的材料，如45-50℃。

如果相变材料采用能满足供水温度在55-60℃左右蓄能要求的相变材料，则该蓄能装置也可以用作生活用水蓄能器。

此外，蓄能介质的选择，还应优先考虑在生产制造中和材料回收过程中的环保材料。

由于蓄能介质采用相变蓄能介质，而通常相变蓄能介质具有腐蚀性，因此优选换热器采用耐腐蚀的柔性材料制成，如可采用塑料毛细管制成，塑料毛细管一般采用质地柔软的塑料，如PP-r材料。同理，所述蓄能罐罐体优选密封性好，且耐腐蚀的材料制成。所述作为蓄能介质的相变材料根据季节温度的变化可更换为相变温度点与环境温度相接近的相变材料。当蓄能介质采用相变点温度与环境温度接近的蓄能相变材料时，罐体可制成任意形状，而无需采用具有保温功能的结构。

优选的是，蓄能罐罐体上部可设有灌装口，下部可设有放空口。考虑到气象条件的变化，冬夏季对所蓄能量的温度要求不同，在蓄能罐上分别设置灌装口和放空口，以便按需更换罐体内不同温度的蓄能介质，因此本发明装置提供了用一个设备同时满足冬夏季需求的可能性。

本发明选用直径极小的毛细管作为换热器，利用蓄能介质自身的蓄热能力，通过毛细管营大面积高密度换热的特点，将毛细管中流动热媒的能量在蓄能罐中蓄积，并在适当时刻重新释放，以达到用最经济的方式蓄能，在最需要的时候用能的目的。同时，采用毛细管网作为换热器，由于毛细管能在蓄能罐中非常均匀地分布，管间距非常小，有效改善了换热器和蓄能介质之间的传热能力，使本发明装置蓄放能速度提高，蓄、放能效率增大。此外，由于毛细管网的比表面积(单位体积中的表面积)大，故可以在小温差情况下传输同等的热量，减少了能量散失。

本发明蓄能装置具有以下优点：

1、是一种超小型的蓄能设备，尤其适用于小型建筑物及家庭使用，而现有的蓄能设备(除生活用水)均体积巨大；

2、可直接并充分利用自然冷热源，如太阳能，冷却塔，深井水等，在日夜温差大的地区，白天可充分利用太阳能蓄热，夜间利用所需的热量维持室内舒适温度。或夜间利用冷却塔蓄冷，白天释放冷量维持室内舒适温度；

3、在用电低谷时储能，在用电高峰时释放能量，从而达到平衡电网的作用；

4、在用电高峰时期享受用电低谷时的电价，可以节省电费。

附图说明

图1为本发明实施例蓄能装置的结构原理图

图2为本发明实施例蓄能装置的结构示意图

图3为本发明实施例蓄能装置使用时的工作原理图

图中：1-蓄能介质2-罐体3-蓄能换热器4-放能换热器5-灌装口6-放空口7-进水管8-出水管

具体实施方式

以下结合实施例和附图，对本发明作进一步详细描述。

下面实施例为本发明的非限定性实施例。

如图1、2所示，蓄能装置包括蓄能罐，蓄能罐的罐体2内有蓄能换热器3和放能换热器4，蓄能换热器3和放能换热器4分别与外部的冷热源和室内能量释放设备连接，罐体2内填充有蓄能介质(蓄能介质不进入换热器中)。罐体2上部还设置有灌装口5，下部设置有放空口6。

所述蓄能介质采用无机盐(如芒硝)，在相变点出现固态-液态的相变，液态时其流动性好，传热性能好，能方便地向蓄能罐内进行灌装和排放。

如图2所示，本实施例中，罐体2可呈桶状，采用密封材料制成。当蓄能介质所选择的工况点与室内温度的差别不大时(如夏季约为10K，冬季则不超过20K)，罐体2可选择较为简单的单层罐体结构。

蓄能换热器3和放能换热器4采用毛细管网制成。本实施例中，毛细管网采用德国Clina公司提供的G10.11型网材。

蓄能换热器3和放能换热器4是罐体2内的两组换热设备，其中蓄能换热器3用于由冷热源(可为低品位的冷热源，如地下水、深井水、太阳能热水器提供的冷热水)对蓄能相变材料进行蓄能，放能换热器4则用于将蓄能材料中所储存的能量输送到室内所需的地方以调节室内温度。

如图3所示，本发明蓄能装置的工作原理(流程)如下：

在廉价的低品位冷热源(太阳能、深井水等)供应充足时，通过以水为媒介的输送管道向蓄能罐提供能量(冷、热水)；

进行蓄能时，上述冷、热水流经蓄能罐中的蓄能换热器3，通过蓄能换热器3内的水与蓄能介质1间的温差将能量传递给罐体2中的蓄能介质1，诱发蓄能介质1产生相变(蓄热：固体→液体；蓄冷：液体→固体)，达到储存能量的目的；

需求能量时，启动放能换热器4一端的***开关，使输送管道中的水流经放能换热器4；

通过放能换热器4内的水与蓄能介质1间的温差将能量由罐体2中的蓄能介质1传递给放能换热器4内的介质，诱发相变材料的反向相变(对外供热：液体→固体；对外供冷：固体→液体)，将能量由相变材料中提取出来，提供到能量释放***中去。

在蓄能和放能过程并不必要在同一场合发生的情况下，蓄能罐内可仅有一个换热器。其工作过程如下：

在提供冷、热源的场合，将本发明蓄能装置上的换热器接到冷、热源上进行相变蓄能(如集中式太阳能热水制备，城市热电站废热利用，集中式供冷站等)；

然后断开换热器，将蓄满能量的蓄能罐转移到需求能源的场合，将换热器与能量释放设备连接，释放能量(如地板辐射采暖，天棚辐射制冷，毛细管重力循环空调制冷***等)；

将已充分释放能量的蓄能装置重新转移到冷、热源，进行下一轮的蓄冷蓄热过程。

本发明也可以采用水作为蓄能介质，也能达到部分的节能效果。但由于采用水，其相变温度点为0℃，在0℃以上温度使用时没有相变蓄能的效果，只能利用水本身的温差作为蓄能能力，即只有在0℃区间的相变(水-冰)可以达到蓄能的效果。但这样的话，则必须对蓄能罐进行非常良好的保温，即蓄能罐需要采用保温材料制成。由于毛细管所能承受的工作温度区间为-20℃-+80℃。在此温度区间内，采用本发明装置可以蓄能，但必须增加非常好的保温条件，而且由于它无法利用低温差的冷热源，其经济性能将降低很多。

Claims (10)

1.一种蓄能装置，包括蓄能罐，蓄能罐罐体(2)内有换热器，罐体内填充有蓄能介质(1)，其特征在于所述换热器采用毛细管网制成。

2.根据权利要求1所述的蓄能装置，其特征在于所述毛细管网中各毛细管的管径范围为3mm-5mm。

3.根据权利要求1所述的蓄能装置，其特征在于所述毛细管网采用耐腐蚀的柔性材料制成，各毛细管之间的间隔为5mm-20mm。

4.根据权利要求3所述的蓄能装置，其特征在于所述毛细管网采用塑料毛细管网。

5.根据权利要求1所述的蓄能装置，其特征在于所述换热器包括蓄能换热器(5)和放能换热器(6)。

6.根据权利要求1-5之一所述的蓄能装置，其特征在于蓄能罐罐体(2)上部设有灌装口(5)，下部设有放空口(6)。

7.根据权利要求6所述的蓄能装置，其特征在于所述蓄能介质(1)采用相变材料。

8.根据权利要求7所述的蓄能装置，其特征在于所述作为蓄能介质的相变材料根据季节温度的变化可采用相变温度点与环境温度相接近的相变材料。

9.根据权利要求8所述的蓄能装置，其特征在于所述相变材料为可为无机盐类材料或有机物材料。

10.根据权利要求6所述的蓄能装置，其特征在于所述蓄能罐罐体(2)采用密封性好，且耐腐蚀的材料制成。

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