CN114593627A - 相变蓄冷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种相变蓄冷装置，涉及蓄冷装置技术领域。该相变蓄冷装置包括罐体和温度供应组件；温度供应组件安装于罐体内，罐体内位于温度供应组件的上方填充有相变材料层，相变材料层和温度供应组件之间填充有介质材料层；相变材料层的材料包括水，介质材料层的材料与相变材料层的材料互不相溶，且介质材料层的材料的沸点低于相变材料层的材料的沸点。该相变蓄冷装置蓄冷时，相变材料会由液相受冷逐渐转变为固相，由于其固相密度小于液相密度，因而固相相变材料会上浮而强化液相相变材料的热对流；释冷时，沸点较低的介质材料会先蒸发并在介质材料层和相变材料层交界面冷凝，其蒸发冷凝过程会促使固相相变材料融化。
Description
技术领域
本发明涉及蓄冷装置技术领域，尤其是涉及一种相变蓄冷装置。
背景技术
相变蓄冷是指利用相变材料在固液气等相态之间的转换而实现蓄冷和释冷过程，相变材料如纯水、盐水或其他水溶液。
现有的相变蓄冷装置通常包括蓄冷罐和换热盘管，换热盘管安装于蓄冷罐内，且蓄冷罐内填充有纯水等相变材料。当换热盘管供冷时，蓄冷罐内的纯水会放热冻结成冰，此时相变蓄冷装置蓄冷；当换热盘管供热时，蓄冷罐内的冰会吸热融化而化水，此时相变蓄冷装置释冷。
但现有的相变蓄冷装置进行蓄冷时，通常是靠近换热盘管处的水首先冻结成冰，而此时冰会阻碍热对流从而阻碍远离换热盘管的水继续冻结成冰；当相变蓄冷装置进行释冷时，靠近换热盘管处的冰首先融化成水，而水的导热系数比冰小，此时水会阻碍远离换热盘管的冰继续融化。因此现有的相变蓄冷装置进行蓄冷和释冷时，靠近换热盘管处的相变材料会首先转换相态，而转换相态后的相变材料会阻碍远离换热盘管的相变材料继续转换相态，从而导致蓄冷和释冷过程的传热速率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种相变蓄冷装置，以缓解现有技术中存在的现有的相变蓄冷装置进行蓄冷释冷时，靠近换热盘管处的相变材料会首先转换相态，而转换相态后的相变材料会阻碍远离换热盘管的相变材料继续转换相态，从而导致蓄冷释冷过程的传热速率低的技术问题。
第一方面，本发明提供一种相变蓄冷装置，包括罐体和温度供应组件；
所述温度供应组件安装于所述罐体内，所述罐体内位于所述温度供应组件的上方填充有相变材料层，所述相变材料层和所述温度供应组件之间填充有介质材料层；
所述相变材料层的材料包括水，所述介质材料层的材料与所述相变材料层的材料互不相溶，且所述介质材料层的材料的沸点低于所述相变材料层的材料的沸点。
在可选的实施方式中，所述罐体内靠近所述介质材料层的位置安装有振动组件。
在可选的实施方式中，所述振动组件固定于所述罐体的内壁上且浸没于所述相变材料层内。
在可选的实施方式中，所述振动组件为超声波发生器。
在可选的实施方式中，所述温度供应组件和所述介质材料层之间设有固体材料层，所述固体材料层设有多个孔隙。
在可选的实施方式中，所述固体材料层为泡沫金属层。
在可选的实施方式中，所述介质材料层的材料包括氟化类液体。
在可选的实施方式中，所述介质材料层的材料的沸点不大于60度。
在可选的实施方式中，所述介质材料层的材料的沸点不大于50度。
在可选的实施方式中，所述罐体的内壁为光滑面。
本发明提供的相变蓄冷装置包括罐体和温度供应组件；温度供应组件安装于罐体内，罐体内位于温度供应组件的上方填充有相变材料层，相变材料层和温度供应组件之间填充有介质材料层；相变材料层的材料包括水，介质材料层的材料与相变材料层的材料互不相溶，且介质材料层的材料的沸点低于相变材料层的材料的沸点。在相变蓄冷装置蓄冷前，相变材料层的材料和介质材料层的材料均处于液相，当该相变蓄冷装置蓄冷时，温度供应组件供冷，此时介质材料层受冷并通过导热使得相变材料层也受冷，从而使相变材料层和介质材料层交界面处的相变材料由液相冷却凝固成固相，由于相变材料层的材料包括水，因而固相相变材料的密度小于液相相变材料的密度，继而固相相变材料会上浮并在相变材料层的顶部堆积，直至完成全部凝固过程。其中，固相相变材料的上浮过程可以强化液相相变材料的热对流，从而加速液相相变材料的凝固过程，提升该相变蓄冷装置的蓄冷效率。当该相变蓄冷装置释冷时，温度供应组件供热，此时介质材料层受热，由于介质材料层的材料的沸点低于相变材料层的材料的沸点，因而介质材料会蒸发并在相变材料层和介质材料层交界面处产生气泡，随后气泡会上升至固相相变材料处并冷凝成液体，此时固相相变材料会融化并释冷。由于蓄冷前液相相变材料位于液相介质材料层上方，因而液相介质材料密度比液相相变材料密度大，当蒸发的介质材料冷凝成液体后，其液滴会下沉，然后会在温度供应组件的供热下继续受热并再次蒸发，该过程会依次循环，直至固相相变材料全部融化，而在介质材料的蒸发冷凝过程中，其可以对固相相变材料起到良好的传热强化作用，使得固相相变材料的融化速度得到有效提高，提升了该相变蓄冷装置的释冷效率。
与现有技术相比，本发明提供的相变蓄冷装置蓄冷时，相变材料会由液相受冷逐渐转变为固相，由于其固相密度小于液相密度，因而固相相变材料会脱离交界面并上浮，进而强化液相相变材料的热对流；释冷时，沸点较低的介质材料会先蒸发并在介质材料层和相变材料层交界面冷凝，其蒸发冷凝过程会促使固相相变材料融化。可以看出，该相变蓄冷装置通过利用与相变材料互不相溶且沸点更低的介质材料，可以有效提升相变材料相变过程的传热速率，从而提升该相变蓄冷装置的整体冷能储存和利用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的相变蓄冷装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的蓄冷时的相变蓄冷装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的释冷使的相变蓄冷装置的结构示意图。
图标：1-罐体；2-温度供应组件；3-相变材料层；30-固相相变材料；31-液相相变材料；4-介质材料层；40-气泡；41-液滴；5-振动组件；6-固体材料层；7-保温层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例：
如图1-图3所示，本实施例提供的相变蓄冷装置包括罐体1和温度供应组件2；温度供应组件2安装于罐体1内，罐体1内位于温度供应组件2的上方填充有相变材料层3，相变材料层3和温度供应组件2之间填充有介质材料层4；相变材料层3的材料包括水，介质材料层4的材料与相变材料层3的材料互不相溶，且介质材料层4的材料的沸点低于相变材料层3的材料的沸点。
在本实施例中，温度供应组件2既可以供热也可以供冷，温度供应组件2可以采用换热器。
如图1所示，在相变蓄冷装置蓄冷前，相变材料层3的材料和介质材料层4的材料均处于液相。如图2所示，当该相变蓄冷装置蓄冷时，温度供应组件2供冷，此时介质材料层4受冷并通过导热使得相变材料层3也受冷，从而使相变材料层3和介质材料层4交界面处的相变材料由液相冷却凝固成固相，固相相变材料30即为冰晶。由于相变材料层3的材料包括水，因而固相相变材料30的密度小于液相相变材料31的密度，继而固相相变材料30会上浮并在相变材料层3的顶部堆积，直至完成全部凝固过程。考虑到固相材料中的水的反常膨胀，本实施例的罐体1的顶部和相变材料层3顶部之间可以留有间隔。
其中，固相相变材料30的上浮过程可以强化液相相变材料31的热对流，从而加速液相相变材料31的凝固过程，提升该相变蓄冷装置的蓄冷效率。
如图3所示，当该相变蓄冷装置释冷时，温度供应组件2供热，此时介质材料层4受热，由于介质材料层4的材料的沸点低于相变材料层3的材料的沸点，因而介质材料会先蒸发并在相变材料层3和介质材料层4交界面处产生气泡40，随后气泡40会上升至固相相变材料30处并冷凝成液滴41，此时固相相变材料30会融化并释冷。
由于蓄冷前液相相变材料31位于液相介质材料层4上方，因而液相介质材料密度比液相相变材料31密度大，当蒸发的介质材料冷凝成液滴41后，液滴41会下沉，然后会在温度供应组件2的供热下继续受热并再次蒸发，该过程会依次循环，直至固相相变材料30全部融化，而在介质材料的蒸发冷凝过程中，其可以对固相相变材料30起到良好的传热强化作用，使得固相相变材料30的融化速度得到有效提高，提升了该相变蓄冷装置的释冷效率。
与现有技术相比，本实施例提供的相变蓄冷装置蓄冷时，相变材料会由液相受冷逐渐转变为固相，由于其固相密度小于液相密度，因而固相相变材料30会上浮而强化液相相变材料31的热对流；释冷时，沸点较低的介质材料会先蒸发并在介质材料层4和相变材料层3交界面冷凝，其蒸发冷凝过程会促使固相相变材料30融化。
可以看出，本实施例提供的相变蓄冷装置通过利用与相变材料互不相溶且沸点更低的介质材料，可以有效提升相变材料相变过程的传热速率，从而提升该相变蓄冷装置的整体冷能储存和利用效率。
如图1-图3所示，罐体1内靠近介质材料层4的位置安装有振动组件5。
当该相变蓄冷装置蓄冷时，振动组件5可以启动以产生机械振动，从而促使固相相变材料30与液相相变材料31分离并上浮，进一步的提升蓄冷效率。并且，振动组件5还可以避免产生过大体积的固相相变材料30，从而防止固相相变材料30上浮受阻碍。
当该相变蓄冷装置释冷时，振动组件5也可以启动以产生机械振动，此时机械振动可以加速蒸发成气泡40状的介质材料脱离液相介质材料，进而可以提升释冷效率。
由于相变蓄冷装置蓄冷时，相变材料层3由上至下逐渐凝固成固相，因此相变材料层3的靠近介质材料层4的位置可以存在未转换为固相的液相相变材料31，此时将振动组件5安装于罐体1内靠近介质材料层4的位置，不仅有利于缩短机械振动传递的距离，且可以防止振动组件5被冻结于固相相变材料30内。
进一步的，振动组件5固定于罐体1的内壁上且浸没于相变材料层3内。
罐体1的内壁可以为振动组件5提供支撑，从而提升振动组件5的安装稳定性，且罐体1的内壁可以起到传递振动的作用。
而振动组件5浸没于相变材料层3内时，不会对介质材料的蒸发冷凝过程产生影响。
进一步的，本实施例优选振动组件5为超声波发生器。
为提升振动效果，振动组件5可以为多个，多个振动组件5沿罐体1的周向间隔安装于罐体1的内壁上。
如图1-图3所示，温度供应组件2和介质材料层4之间设有固体材料层6，固体材料层6设有多个孔隙。
设有多个孔隙的固体材料层6使得液相介质材料达到沸点时，更易于产生大量气泡40，从而可以对介质材料的沸腾蒸发过程起到强化作用。
为了防止固定材料层阻碍温度供应组件2和介质材料层4之间的热量传递过程，固定材料层应选择导热良好的材料制成，如可导热的金属。
进一步的，本实施例优选固体材料层6为泡沫金属层。
介质材料层4的材料有多种选择，本实施例优选介质材料层4的材料包括氟化类液体。
氟化类液体不仅不易于与包括水的相变材料互溶，且氟化类液体沸点较低。此外，合成氟化类液体时，通过选择不同合成物质还可以实现对氟化类液体的沸点调节，从而易于得到目标沸点的介质材料。
其中，氟化类液体可以为R22、R123、R142b等氟化类物质。
介质材料的沸点有多种选择，但为防止介质材料的蒸发效率受到影响，介质材料层4的材料的沸点应不大于60度。
进一步的，为保证介质材料的蒸发效率，本实施例优选介质材料层4的材料的沸点不大于50度。
在本实施例中，相变材料层3的材料可以为纯水，也可以为氯化钠、氯化钾和氯化铵等盐溶液，还可以为乙二醇溶液等醇溶液。
在本实施例中，罐体1的内壁为光滑面。
光滑面用于减小罐体1内壁的摩擦系数，从而利于固相相变材料30脱离罐体1内壁后上浮。
如图1-图3所示，罐体1的侧壁可以设置有保温层7。
保温层7可以覆盖于罐体1外侧，用于提升该相变蓄冷装置的蓄冷效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种相变蓄冷装置，其特征在于，包括罐体(1)和温度供应组件(2)；
所述温度供应组件(2)安装于所述罐体(1)内，所述罐体(1)内位于所述温度供应组件(2)的上方填充有相变材料层(3)，所述相变材料层(3)和所述温度供应组件(2)之间填充有介质材料层(4)；
所述相变材料层(3)的材料包括水，所述介质材料层(4)的材料与所述相变材料层(3)的材料互不相溶，且所述介质材料层(4)的材料的沸点低于所述相变材料层(3)的材料的沸点。
2.根据权利要求1所述的相变蓄冷装置，其特征在于，所述罐体(1)内靠近所述介质材料层(4)的位置安装有振动组件(5)。
3.根据权利要求2所述的相变蓄冷装置，其特征在于，所述振动组件(5)固定于所述罐体(1)的内壁上且浸没于所述相变材料层(3)内。
4.根据权利要求2所述的相变蓄冷装置，其特征在于，所述振动组件(5)为超声波发生器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的相变蓄冷装置，其特征在于，所述温度供应组件(2)和所述介质材料层(4)之间设有固体材料层(6)，所述固体材料层(6)设有多个孔隙。
6.根据权利要求5所述的相变蓄冷装置，其特征在于，所述固体材料层(6)为泡沫金属层。
7.根据权利要求1-4任一项所述的相变蓄冷装置，其特征在于，所述介质材料层(4)的材料包括氟化类液体。
8.根据权利要求7所述的相变蓄冷装置，其特征在于，所述介质材料层(4)的材料的沸点不大于60度。
9.根据权利要求8所述的相变蓄冷装置，其特征在于，所述介质材料层(4)的材料的沸点不大于50度。
10.根据权利要求1-4任一项所述的相变蓄冷装置，其特征在于，所述罐体(1)的内壁为光滑面。
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- 2022-04-06 CN CN202210355189.0A patent/CN114593627A/zh active Pending
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