CN201443833U - 一种相变蓄能罐 - Google Patents

Abstract

一种相变蓄能罐，包括罐体(2)，罐体(2)内装有相变介质，罐体内还有与外部进行热交换的换热器(1)，罐体(2)内还设有可使所述相变介质在罐体内上下循环流动的搅拌器。所述搅拌器采用活塞式结构或螺旋式结构。本实用新型相变蓄能罐可防止相变介质晶液分层现象发生以及成核剂在使用过程中的沉积现象，有效地提高了相变蓄能罐的换热效率。

Description

一种相变蓄能罐

技术领域

本实用新型属于空调技术领域，具体涉及一种相变蓄能罐。

背景技术

相变蓄能装置是利用物质发生相变所吸收或者放出的热量进行能量存储的一种蓄能方式，相变蓄热属于潜热式蓄热，与显热蓄热相比，具有能量密度高、装置简单、体积小等优势。

基于对相变蓄能介质的热力学和化学性能的严格要求，如相变温度范围要符合使用需要，单位质量潜热要求较高，密度比热希望较大，相变过程体积变化较小(以便于制作盛装容器)，化学稳定性好，无毒低腐蚀性，低过冷度等，故现今市场上采用的大部分相变介质(相变材料)是无机水合盐，其来源丰富，价格低廉，蓄能性能优良，但是存在过冷或晶液分离的问题。

所谓过冷即相变材料只能在温度低于熔点时才发生结晶的现象，如水要达到-4℃时才自发冻结。而解决问题的办法通常是在相变材料中加入成核剂，通过添加结晶形式，晶格间距以及原子排列都相近的物质作为晶核，帮助有效减小过冷度。

但是，成核剂以及无机水合盐存在晶液分离的问题，即相变材料在设定温度下未能完全换热，仍有部分晶体未溶解，沉积于容器的底部，导致其不能和结晶水再次结合，如果晶液分离严重将降低相变介质的换热能力。

目前市面上采用的相变蓄能装置的构造有多种形式，封装相变蓄能材料的封装容器的形状主要有圆管型、矩形、板式、球形等等。封装容器内换热材料的换热形式有两种：一种是载热/冷流体在换热管内流动，并通过换热器与相变介质换热；第二种是载热/冷流体在外部冲刷封装容器与相变介质进行换热，其中第一种比较常用。中国专利(申请号为200710136393.9)“一种蓄能装置”就是采用第一种换热方式。该专利中公开的蓄能设备的基本结构和原理是：将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，通过毛细管比表面积大及高密度换热的特点，将毛细管中流动热媒的能量蓄积在蓄能罐中，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，有效地改善了换热器和蓄能介质之间的传热能力，提高了蓄能装置蓄/放能的速度，增大了蓄、放能的效率。此外，由于毛细管网的比表面积(单位体积中的表面积)大，故在温差较小时也能传输同等的热量，减少能量散失。但是采用这种蓄能装置时，由于毛细管中的一次流流速较慢，相比普通换热器更易导致晶液分离或者相变受到过冷要求过高的限制。

在上述的相变蓄能换热设备中，通常又分为两种类型，一是不封装相变材料，换热器直接浸没于相变材料中，另一种是封装相变材料，相变材料通过水等介质与换热器换热。这两种类型各有优点，前者的对流换热系数较大，而且由于不须封装，蓄能器成本较低；后者蓄能器不受***压力影响，而且不易产生晶液分离。

但是二者也有缺点，前者由于相变介质没有封装，直接将换热器浸没于相变材料中，当发生相变时，液相材料与固相材料很容易产生分层，这将导致相变材料完全溶解和结晶时间的延长，很难充分利用相变材料的相变潜热，同时导致成核剂损失加速，相变材料易老化等问题；而后者由于换热器通过蓄热器中的水与相变介质进行换热，因而增大了传热热阻，降低了传热效果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术所存在的上述不足，提供一种可防止相变介质发生晶液分层现象，有效提高换热效率的相变蓄能罐。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是该相变蓄能罐包括罐体，罐体内装有相变介质，罐体内还有与外部进行热交换的换热器，罐体内还设有可使所述相变介质在罐体内上下循环流动的搅拌器。

所述换热器采用毛细管换热器，所述毛细管换热器在罐体内呈螺旋状分布，所述搅拌器设置在毛细管换热器的中部，也就是说，毛细管换热器环绕在所述搅拌器的外部。换热器采用毛细管换热器，采用毛细管换热器可增大换热器与相变介质的接触面积，提高换热器的换热效率。

本实用新型中，毛细管换热器可采用两个换热器，一个换热器具有蓄能功能，另一个换热器具有放能功能；也可以仅选用一个换热器，根据不同的情况进行选择。

所述搅拌器可采用活塞式结构或螺旋式结构，搅拌器与外部动力机构相连。

当搅拌器采用活塞式结构时，所述活塞式结构搅拌器包括缸体和缸体内的活塞，活塞的一端通过传动轴与外部动力机构相连，所述缸体的长度与罐体长度相等，缸体靠近罐体的上下两段为开孔段，相变介质可从开孔段中进出缸体，活塞的下止点设于罐底附近接近罐底的位置。优选活塞在罐体内上下移动的距离与罐体内封装的相变介质的高度相等。

对于采用活塞式结构搅拌器的相变蓄能罐，通过活塞式搅拌器的上下往复运动对罐体内相变介质的抽压作用，迫使罐体内的相变介质加速流动，通过搅拌器加快固相材料和液相材料的均匀混合，向下流动的相变介质将已经沉降在罐体底部的相变固相材料压回换热部分，并与液相材料混合，同时强化换热。

当搅拌器采用螺旋式结构时，所述螺旋式搅拌器可包括螺旋杆和设置在螺旋杆一端的螺旋叶片，所述螺旋杆的另一端与外部动力机构相连，所述螺旋叶片在罐体内运动的上止点为使螺旋叶片完全浸没在相变介质中，其下止点设于罐底附近接近罐底的位置。

对于采用螺旋式结构搅拌器的相变蓄能罐，在动力机构带动下，螺旋式搅拌器的轴心旋转，迫使相变介质加速流动，通过相变介质的搅拌加快固相材料和液相材料的均匀混合，通过漩涡状水流产生的吸力将相变固相材料吸回换热部分，并与液相材料混合，同时强化换热。

所述搅拌器与外部动力机构通过传动轴/螺旋杆相连，优选罐体与传动轴/螺旋杆之间的连接为密封连接。

本实用新型相变蓄能罐是在传统的相变蓄能罐中加入搅拌器，通过搅拌器的搅动对相变介质流动进行引导，从而可以避免普通相变蓄能罐中常见的晶液分离的消极情况，消除了结晶时间延长的现象，也消除了成核剂在使用过程中发生沉积的现象，同时加强换热，提高了蓄能效率。

本实用新型特别适用于体积较小的蓄能设备，适用范围广，尤其适用于小型建筑物以及家庭使用。对于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，本实用新型相变蓄能罐白天可充分利用太阳能蓄热，夜间利用所蓄存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。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中采用活塞式结构搅拌器5的相变蓄能罐的工作原理图

图2为图1的俯视图

图3为实施例1中活塞式结构搅拌器5向下运动的结构示意图

图4为实施例1中活塞式结构搅拌器5向上运动的结构示意图

图5为本实用新型实施例2中采用螺旋式结构搅拌器的相变蓄能罐的工作原理图

图6为图5的俯视图

图中：1-换热器  2-罐体  3-热媒/冷媒流入方向  4-热媒/冷媒流出方向  5-活塞式结构搅拌器  6-螺旋式结构搅拌器  7-相变介质流动方向  8-相变介质  9-传动轴  10-外部动力机构  11-缸体  12-活塞  13-开孔段  14-无孔段

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

以下实施例为本实用新型的非限定性实施例。

实施例1：

如图1、2所示，本实用新型相变蓄能罐包括罐体2，罐体2内封装有相变介质8，罐体2内有可与外部进行热量交换的换热器1。在罐体内还设有可带动所述相变介质8在罐体2内做上下往复运动的搅拌器。

本实施例中，搅拌器采用活塞式结构，即活塞式结构搅拌器5。如图3、4所示，该活塞式结构搅拌器5设置在罐体2的中心位置。其包括缸体11和缸体11内的活塞12，活塞12的一端通过传动轴9与外部动力机构10相连，其中罐体2与传动轴9之间的连接为密封连接。所述缸体11的长度与罐体2长度相等，缸体11靠近罐体2的上下两段为开孔段13，中间段为无孔段14，相变介质可从开孔段13中进出缸体11。活塞12在罐体2内上下移动的距离与罐体2内封装的相变介质8的高度相等，活塞12的下止点设于罐底附近接近罐底的位置。

为防止相变介质8对活塞式结构搅拌器5的腐蚀，缸体11、活塞12和传动轴9上与相变介质接触的部分采用耐蚀材料制成。

本实施例中，散热器1采用毛细管散热器。毛细管换热器1设置在活塞式结构搅拌器5的外侧，呈螺旋状排列，也就是说，活塞式结构搅拌器5设置在毛细管换热器的中部，毛细管换热器1环绕于活塞式搅拌器5外部。毛细管换热器1从活塞式结构搅拌器5的外侧螺旋式向外延伸，直到靠近罐体2的位置(毛细管换热器1整体放置在蓄能罐的围护罐体2内)。

本实施例中，罐体2的外径尺寸为800mm，活塞式结构搅拌器5中活塞的直径尺寸为200mm，毛细管换热器1的直径尺寸为5mm。

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，在相变蓄能罐的罐体2顶部可设有灌装口，下部可设有放空口，以便按需更换罐体2内不同温度的相变介质。因此利用一个相变蓄能罐即可满足冬夏季节的不同需求。通常，相变介质采用无机水合盐。

如图1所示，在相变蓄能罐工作时，热媒/冷媒由毛细管换热器1的热媒/冷媒流入方向3流入毛细管换热器1，经过与相变介质进行热交换后，从毛细管换热器1的热媒/冷媒流出方向4流出。如图3、4所示，活塞式结构搅拌器5在外部动力机构10的作用下在罐体2内作上下往复运动，使罐体2内封装的相变介质加速流动。通过活塞式结构搅拌器5对相变介质进行间歇性搅拌，加快固相材料和液相材料的均匀混合，带动相变介质产生挤压和抽吸作用，使相变介质在罐体2内形成上下循环流动。向下流动的相变液相材料对已经沉降在罐体2底部的相变固相材料进行挤压，使相变固相材料回流到毛细管换热器1之间，并与相变液相材料均匀混合，有效地防止相变固相材料沉积在罐体2的底部，加快相变介质8与毛细管换热器1的热交换，提高了相变蓄能罐的热交换率。

在需要更换罐体2内的相变介质时，可使原有相变介质从放空口流出，再从灌装口灌入新的相变介质。

实施例2：

本实施例中除搅拌器的结构与实施例1不同之外，其它结构都与实施例1相同。

如图5、6所示，本实施例中，搅拌器采用螺旋式结构，即螺旋式结构搅拌器6，该螺旋式结构搅拌器6包括螺旋杆和设置在螺旋杆一端的螺旋叶片。螺旋杆的另一端通过传动轴与外部动力机构相连，其中罐体与传动轴之间的连接为密封连接。

螺旋式结构搅拌器6设置在毛细管换热器1的中部，毛细管换热器1环绕在螺旋式搅拌器6之外。所述螺旋式结构搅拌器6的上止点为使螺旋叶片上端基本与相变介质的高度相平的位置，其下止点设置在罐体2的罐底附近接近罐底的位置。

如图5所示，在动力机构带动下，螺旋式结构搅拌器6中的螺旋叶片旋转使相变介质产生漩涡式扰动，加快固相材料和液相材料的均匀混合，并通过漩涡状流动所产生的吸力将沉积到罐体2底部的相变固相材料吸回毛细管换热器1中，有效地防止了相变介质沉积到罐体2的底部，提高了相变蓄能罐的热交换率。

Claims (10)

1.一种相变蓄能罐，包括罐体(2)，罐体(2)内装有相变介质，罐体内还有与外部进行热交换的换热器(1)，其特征在于罐体(2)内还设有使所述相变介质在罐体内上下循环流动的搅拌器。

2.根据权利要求1所述的相变蓄能罐，其特征在于所述换热器采用毛细管换热器，所述毛细管换热器在罐体内呈螺旋状分布，所述搅拌器设置在毛细管换热器的中部。

3.根据权利要求2所述的相变蓄能罐，其特征在于所述搅拌器采用活塞式结构或螺旋式结构，搅拌器与外部动力机构(10)相连。

4.根据权利要求3所述的相变蓄能罐，其特征在于当搅拌器采用活塞式结构时，所述活塞式结构搅拌器(5)包括缸体(11)和缸体内的活塞(12)，活塞的一端通过传动轴(9)与外部动力机构(10)相连，所述缸体(11)的长度与罐体(2)长度相等，缸体(11)靠近罐体(2)的上下两段为开孔段，相变介质可从开孔段中进出缸体，活塞的下止点设于罐底附近接近罐底的位置；当搅拌器采用螺旋式结构时，所述螺旋式结构搅拌器(6)包括螺旋杆和设置在螺旋杆一端的螺旋叶片，所述螺旋杆的另一端与外部动力机构相连，所述螺旋叶片在罐体内运动的上止点为使螺旋叶片完全浸没在相变介质中，其下止点设于罐底附近接近罐底的位置。

5.根据权利要求3所述的相变蓄能罐，其特征在于当搅拌器采用活塞式结构时，活塞(12)在罐体内上下移动的距离与罐体内封装的相变介质的高度相等。

6.根据权利要求4所述的相变蓄能罐，其特征在于罐体(2)与所述传动轴(9)之间的连接为密封连接。

7.根据权利要求1所述的相变蓄能罐，其特征在于所述搅拌器采用耐腐蚀材料制成。

8.根据权利要求1-7之一所述的相变蓄能罐，其特征在于所述相变介质采用根据季节温度的变化相变温度与环境温度相接近的相变材料。

9.根据权利要求8所述的相变蓄能罐，其特征在于所述相变材料采用无机水合盐。

10.根据权利要求8所述的相变蓄能罐，其特征在于所述罐体(2)上部设有罐装口，其下部设有放空口。

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