CN101968328A - 一种相变蓄能装置 - Google Patents

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孙方田
魏云霞
朱丹
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Abstract

本发明公开了属于蓄能装置技术领域的一种相变蓄能装置。该相变蓄能装置可用于空调、热水供应，包括蓄能容器，所述蓄能容器内设置两组毛细管换热结构，每一组毛细管换热结构均包括进集水管和出集水管，在每一组进集水管和出集水管上均并联有若干毛细管换热器，所述蓄能容器空间内填充有相变蓄能材料。该装置可用于夏季蓄冷供冷、冬季蓄热供热工况，即空调或生活热水的供应。该装置有效的将相变与毛细管换热技术结合在一起，具有运行工况稳定、安全、蓄热能力大、体积小等优点。该相变蓄能装置将能量高效地储存起来，有效地解决了能源供求在时间和强度上的不匹配的问题，可使用户节省电费，又有利于缓解电网峰负荷和峰谷差过大。

Description

一种相变蓄能装置
技术领域
本发明属于蓄能装置技术领域，特别涉及一种相变蓄能装置，该相变蓄能装置可用于空调、热水供应。
背景技术
储能***是缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式，是合理利用能源及减轻环境污染的有效途径，是广义热能***优化运行的重要手段。综合比较热能储存方式，相变蓄能以其储热密度大，蓄热器结构紧凑、体积小、热效率高、吸热放热温度恒定、易与运行***匹配、易于控制等突出优点，日趋成为储热***的首选，在建筑节能、太阳能利用、余热回收和电力移峰填谷等领域发挥着重要作用。
发明内容
本发明针对现有相变蓄能技术存在的换热效率低，蓄热能力差等不足而提出了一种相变蓄能装置。
一种相变蓄能装置，包括蓄能容器，所述蓄能容器内设置两组毛细管换热结构，每一组毛细管换热结构均包括进集水管和出集水管，在每一组进集水管和出集水管上均并联有若干毛细管换热器，所述蓄能容器空间内填充有相变蓄能材料。
本发明通过两组毛细管换热器将热量或冷量输送给相变材料，相变材料吸收并储存能量，当***需要热量或冷量时，通入冷媒或热媒从蓄能装置中提取热量或冷量，来满足生活或工程需要。
由于相变材料在发生相变时，会吸收或释放大量的能量，因此用其作为蓄能材料可使蓄能装置的蓄能能力得到较大提高。由于毛细管具有换热面积大，换热均匀，换热效果好的特点，因此采用其作为换热器可极大的提高换热效率。
为了符合工况要求，毛细管换热结构的材质可采用具有高温、耐高压、耐腐蚀特点的热熔性塑料材料，如PPR或PB等，选PPR材质，不仅为绿色环保材料，而且可使蓄能装置有更广泛的应用。毛细管外径一般为3～5mm。
所述蓄能容器采用圆桶形，两组毛细管换热结构的毛细管换热器均呈螺旋形布置在所述蓄能容器内，携带热量或冷量的物质由进集水管进入，经并联的若干毛细管换热器(4)后，经出集水管排出，为了提高换热效率，本发明的两组毛细管换热器采用逆流布置，两组毛细管换热结构的毛细管换热器相互之间的间距为：10～20mm，优选15mm。该种逆流布置方式不仅利于换热，同时与蓄能容器的外形结构一致，使得蓄放能更加高效，而且使整个蓄能装置的体积减小。在使用的过程中，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；由于毛细管换热器为两组，也可以同时使用，即同时包括蓄能换热器和放能换热器。
相变材料应根据蓄能要求的相变温度，选择合适的材料，相变材料可为无机盐、有机物或有机无机复合材料。一般蓄冷时，可采用无机盐作为相变材料，其具有低温相变的蓄能特点，且无机盐类材料价格低廉，较为经济。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10～15℃。蓄热时，可采用有机相变材料(如石蜡)也可采用复合相变材料(如PX-58)，相变温度可选适合于毛细管辐射供热的温度，如40～50℃。如果相变材料能满足供水温度在50～70℃左右蓄能要求的相变材料，则该蓄能装置也可以作为生活用水蓄能器。
在蓄能材料的选择时，优先考虑在生产制造过程中和材料回收中的环保材料，同时保证无毒，无污染，同时考虑使用寿命及无腐蚀，无挥发等方面的要求。
本发明的蓄能装置根据使用要求，可在蓄能容器外设置保温层，可采用橡塑海绵直接用绷带包于外部即可，简单易行，而且减少与地面的摩擦。
蓄能装置的上面设有进料口，下面设有出料口。考虑季节的变化，及冬夏季对所蓄能量的温度要求不同，在容器上面分别设置有进料口和出料口，以便按需更换容器内不同温度的蓄能材料，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。
所述蓄能容器优选采用耐腐蚀、抗挤压的玻璃钢制成。
本发明的有益效果为：该装置可用于夏季蓄冷供冷、冬季蓄热供热工况，即空调或生活热水的供应。该装置有效的将相变与毛细管换热技术结合在一起，具有运行工况稳定、安全、蓄热能力大、体积小等优点。该相变蓄能装置将能量高效地储存起来，有效地解决了能源供求在时间和强度上的不匹配的问题，可使用户节省电费，又有利于缓解电网峰负荷和峰谷差过大。有如下优点：
1.结构设计合理，换热效率高，蓄热能力大，蓄热效率可达到90％以上，体积小，适用于民用建筑物及家庭使用。
2.使用方便，经济实用。可直接利用自然冷热源，如太阳能、冷却塔、湖水等，在日夜温差大的地区，白天可充分利用太阳能蓄热，夜间利用水进行换热来维持室内舒适温度。或利用冷却塔蓄冷，白天释放冷量维持室内温度。
3.在用电低谷时储能，在用电高峰时释放能量，从而可以缓解电网负荷过大的压力。
4.材料环保，使用寿命长，本发明所用材料均为可回收利用材料，且耐腐蚀，无需动力部件，没有任何污染物，该装置的相变材料蓄放能次数可达3000次以上，而毛细管的使用寿命可达50年。
附图说明
图1为本发明相变蓄能装置的结构示意图；
图2为本发明相变蓄能装置的剖面图；
图3为毛细管换热器结构示意图；
图4为毛细管布置俯视图；
图5为本发明相变蓄能装置工作原理图
图中：1-保温层；2-蓄能容器本体；3-相变蓄能材料；4-毛细管换热器；5-第一组毛细管换热结构；6-第二组毛细管换热结构；7-进料口；8-出料口；51-第一进集水管；52-第一出集水管；61-第二进集水管；62-第二出集水管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
一种相变蓄能装置，相变蓄能装置的结构示意图如图1所示，其剖面图如图2所示，包括蓄能容器2，所述蓄能容器2内设置两组毛细管换热结构，每一组毛细管换热结构均包括进集水管和出集水管，在每一组进集水管和出集水管上均并联有若干毛细管换热器4，所述蓄能容器2空间内填充有相变蓄能材料3。毛细管换热器结构示意图如图3所示。
两组毛细管换热结构的毛细管换热器4均呈螺旋形布置在所述蓄能容器2内。毛细管布置俯视图如图4所示。所述两组毛细管换热结构为第一组毛细管换热结构5和第二组毛细管换热结构6，所述第一组毛细管换热结构5包括第一进集水管51和第一出集水管52，所述第一进集水管51和所述第一出集水管52上并联有若干毛细管，所述第二组毛细管换热结构6包括第二进集水管61和第二出集水管62，所述第二进集水管61和所述第二出集水管62上并联有若干毛细管。
所述蓄能容器2为圆桶形，采用耐腐蚀、抗挤压的玻璃钢制成。
所述毛细管换热器4的外径为5mm。
两组毛细管换热结构的毛细管换热器4相互之间的间距为15mm。
携带热量或冷量的物质由进集水管进入，经并联的若干毛细管换热器4后，经出集水管排出，两组毛细管换热器4采用逆流布置。
所述毛细管换热器4的材质可采用具有高温、耐高压、耐腐蚀特点的热熔性塑料材料，优选PPR塑料。
所述蓄能容器2上设置进料口7和放料口8。以便按需更换容器内不同温度的蓄能材料，一般蓄冷时，可采用无机盐作为相变材料，其具有低温相变的蓄能特点，且无机盐类材料价格低廉，较为经济。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10～15℃。蓄热时，可采用有机相变材料(如石蜡)也可采用复合相变材料，相变温度可选适合于毛细管辐射供热的温度，如40～50℃。如果相变材料能满足供水温度在50～70℃左右的蓄能要求，则该蓄能装置也可以作为生活用水热能器。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
附图5为本发明使用时的工作原理图。
在廉价的冷热源(深井水、太阳能、换热站废热等)供应充足时，以水为媒介通过循环水泵提供动力，向蓄能装置提供能量(冷、热)；
蓄能时，上述的冷、热水流经蓄能装置中毛细管换热器4，通过毛细管换热器4内的水与相变蓄能材料3之间的温差将能量传递给蓄能材料3，使其发生相变(蓄热：固体→液体；蓄冷：液体→固体)，从而达到储存能量的目的；
放能时，启动与用户侧(用户侧可采用毛细管末端或风机盘管等)相连的开关，同样以水为媒介，使水在蓄能装置中的毛细管换热器4中与用户末端的管道内循环。从用户侧的回水流经换热器4使得换热器4内的水与相变蓄能材料3之间产生温差，从而诱发相变材料的反向相变(放热：液体→固体；放冷：固体→液体)，将能量由相变蓄能材料3中提取出来，提供到能量释放***中去。举例来说：在住宅中应用了太阳能集热器+相变蓄能装置，就可将日间由太阳能所产生的热能储存起来，而在夜间应用到室内的供热中。反之，可以用相变蓄能装置储存夜间的室外自然冷量，而在日间用以给室内降温。
在蓄能和放能不在同一时间和地点时，蓄能装置可仅用一个换热器。其工作工程如下：
蓄能时，可将蓄能装置搬运到提供冷、热源的场合，将本装置接到冷、热源上进行相变蓄能(如太阳能集热器、城市热电站废热、集中式供冷站等)；
在需要使用能量时，将蓄满能量的蓄能装置运输到能源需求的场合，将蓄能装置与能量释放***进行连接，释放能量(如地板辐射采暖、风机盘管等)，便能方便地获取冷/热量。
采用本相变蓄能装置进行储存/搬运/分配能量，可以充分利用低火用能源，解决了能量供求不匹配的问题，从而达到节能的目的，同时也将带来巨大的经济和社会效益。

Claims (10)

1.一种相变蓄能装置，包括蓄能容器(2)，其特征在于：所述蓄能容器(2)内设置两组毛细管换热结构，每一组毛细管换热结构均包括进集水管和出集水管，在每一组进集水管和出集水管上均并联有若干毛细管换热器(4)，所述蓄能容器(2)空间内填充有相变蓄能材料(3)。
2.根据权利要求1所述的一种相变蓄能装置，其特征在于：两组毛细管换热结构的毛细管换热器(4)均呈螺旋形布置在所述蓄能容器(2)内。
3.根据权利要求1所述的一种相变蓄能装置，其特征在于，所述蓄能容器(2)为圆桶形。
4.根据权利要求1所述的一种相变蓄能装置，其特征在于：所述毛细管换热器(4)的外径为3～5mm。
5.根据权利要求1所述的一种相变蓄能装置，其特征在于：两组毛细管换热结构的毛细管换热器(4)相互之间的间距为10～20mm。
6.根据权利要求1所述的一种相变蓄能装置，其特征在于：携带热量或冷量的物质由进集水管进入，经并联的若干毛细管换热器(4)后，经出集水管排出，两组毛细管换热器(4)采用逆流布置。
7.根据权利要求1所述的一种相变蓄能装置，其特征在于：所述毛细管换热器(4)的材质是PPR塑料。
8.根据权利要求1所述的一种相变蓄能装置，其特征在于，所述蓄能容器(2)上设置进料口(7)和放料口(8)。
9.根据权利要求1所述的一种相变蓄能装置，其特征在于，所述相变蓄能材料(3)为无机盐相变材料、有机相变材料、或者有机无机复合相变材料。
10.根据权利要求1所述的一种相变蓄能装置，其特征在于，所述蓄能容器(2)外设置保温层(1)。
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