CN202582309U

CN202582309U - 一种相变储热单元

Info

Publication number: CN202582309U
Application number: CN2012201559809U
Authority: CN
Inventors: 金毅文; 张文亮
Original assignee: Polar Bear (shanghai) Energy Storage Technology Co Ltd
Current assignee: Polar Bear (shanghai) Energy Storage Technology Co Ltd
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-04-13

Abstract

本实用新型提供了一种相变储热单元，包括容器和置于容器内的至少一个换热器，所述换热器和容器壁之间填充有相变储热材料；其中，所述换热器包括输入管和输出管，其中，输入管为螺旋盘管。通过上述设计，本实用新型使得相变储热设备实现了模块化设计，可以根据需要安装一定数量的相变储热设备，并且根据所用热源的种类，设计多种换热器，能够适应不同的热源。

Description

一种相变储热单元

技术领域

本实用新型涉及一种储热装置，尤其涉及一种可方便安装的相变储热单元。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的基础，随着全球工业的迅猛发展，全球化石燃料不断减少，能源短缺和环境污染问题已经成为世界各国面临的共同问题，因此，提高能源利用效率、节能减排和开发可再生能源成为当前人类面临的重要课题。

储热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，在太阳能热利用、电力移峰填谷、工业废热的回收以及民用和军事等领域具有广阔的应用前景。储热方法一般有两种，一种是显热储热方式，利用物体温度上升储存热量，另一种是潜热储能、即相变储热，利用物相的变化从环境中吸收热量、或释放热量，从而得到能力储存或释放的目的，而且相变储热还可以与太阳能等新能源结合使用。

在多种储热技术中，固-液相变储热具有储热密度大、储热过程近似恒温、体积变化小、过程易控制等优点，因此，利用相变材料（Phase Change Material，即PCM）进行潜热储能的研究受到了世界上多个国家的重视。

相变储热材料是实现潜热储能的核心，因此，也称为相变储热技术的研究重点，例如专利CN100334179C中公开的太阳能热水器相变储热材料、专利CN101818292A中公开的高温相变储热材料、专利CN101255331A中公开的复合相变储热材料等。

相变储热材料必须置于相应的设备（即储热设备）中才能发挥其储能的作用，而储热设备的设计应当使热量利用效率发挥至最大，并且还需要满足安装简便的要求，此外，相变储热材料设计固-液相的转变，还必须解决相变过程中液相泄露的问题，专利CN101967857A中公开了一种相变储热板，以秸秆为基材、无水硫酸钠为相变材料、水玻璃进行封装，制备的储热板可用于墙体材料，但是使用受到很大的限制；专利CN201129952Y中公开了一种球式相变储热装置，通过振动的方式解决相变过程中固体沉降的问题。但是上述专利提出的相变储热设备仍然存在安装、使用不便的问题，热利用效率低下；并且，现有相变储热设备无法满足不同用户环境对热负荷的需要。

实用新型内容

针对现有技术中相变储热装置安装、使用不便、热利用效率低下、以及无法实现储热容量按需配置的问题，本实用新型提供了一种方便安装使用的相变储热设备。

因此，本实用新型的目的是提供一种相变储热单元，所述相变储热设备包括容器、和置于所述容器内的至少一个换热器，所述换热器和容器壁之间填充有相变储热材料。

其中，所述换热器包括输入管和输出管，其中输入管或输出管可以相同或不同，并且均可以是直管、弧形管、波浪形管、螺旋盘管等。优选地，输入管和输出管中至少一个是螺旋盘管。更优选地，输入管为螺旋盘管；所述相变储热单元还包括连通换热器输入管的进口和连通换热器输出管的出口。

根据本实用新型所述相变储热单元的一种优选实施例，所述输入管为螺旋盘管，输出管为直形管或波浪形管。

输入管和输出管的截面可以是圆形、椭圆形、多边形，或其它形状。

其中，所述输出管或输入管均可以是一个、两个、三个或多个，如至少一个输出管一端合并连通输入管，另一端合并连通换热器出口；或至少一个输入管一端合并连通输出管，另一端合并连通换热器进口。

所述容器内的换热器的数量可以是一个、两个或更多个，并且，各个换热器可以相同或不同。

其中，所述容器为柱形或L型，其截面可以是圆形、椭圆形、多边形，或其它形状。

根据本实用新型所述相变储热单元的一种优选实施例，各个换热器输入管均为螺旋盘管，可以是相互独立地位于容器内，或相互同轴设置；可以相互接触或不接触。

在本实用新型所述的优选实施例中，各个换热器的螺旋盘管的螺旋线依次贴靠排列，或如DNA双螺旋结构排列。

根据本实用新型所述相变储热单元的一种优选实施例，所述螺旋盘管的螺旋圈内外均可以连接有至少一个导热片，所述导热片可以采用焊接、螺钉等方法连接在螺旋盘管壁上。

其中，所述导热片的材料的举例如铜、铝、铁等金属，或金属合金。

其中，所述导热片可以是弧形、L形，波浪形，其长度一般不超过容器的长度。优选地，在螺旋圈内的导热片为波浪形，这样可以增加导热面积，同时不影响换热器的一个或多个输出管的设置。

所述导热片的数量可以是一个、两个、三个、四个或更多个。

根据本实用新型所述相变储热单元的一种优选实施例，所述换热器进口和出口可以位于容器的同一端或两端，优选地，所有换热器的进口和出口均位于容器的同一端。

根据本实用新型所述相变储热单元的一种优选实施例，在容器的外部还包括绝热层或保温层。

根据本实用新型所述相变储热单元的一种优选实施例，还安装有温度传感设备，所述温度传感设备可以安装在所述相变储热设备的底部或顶部，优选地，在所述相变储热设备顶部和底部均安装有温度传感设备。

本实用新型上述的内容中，所述容器的材质可以是保温材料或金属、塑料等，如PE、PP、PVC、PS、PMMA等，并优选为聚丙烯（PP），包括改性聚丙烯。

本实用新型上述的内容中，所述相变储热材料可以是无机相变储热材料、有机相变储热材料、或其组成的复合相变储热材料；按照相变温度分，可以是高温相变储热材料、低温相变储热材料、中温相变储热材料。包括碱金属或碱土金属的氯化物、氟化物、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、醋酸盐、氢氧化物、及其水合物，以及高级脂肪烃、芳香烃、多元醇、高级脂肪酸、高级脂肪酸酯、合成高分子相变材料等。

所述相变储热材料的具体举例如月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、软脂酸、石蜡、CaCl₂·6H₂O、Na₂SO₄·H₂O、石蜡/石墨复合相变材料、脂肪酸/粘土复合相变材料、脂肪酸/石墨复合相变材料、硬脂酸/微硅粉复合相变材料等。

应当理解的是，上述“输入”、“输出”和“进口”、“出口”的名称并不限制流体在所述相变储热单元内的流动方向。

本实用新型提供的相变储热单元，将储热相变设备模块化，可以方便的根据需要进行安装，实现了储热容量的按需分配，可高效储存各种热能，如太阳能集热器、锅炉、木炉、热泵、工业废热等产生的热量。

附图说明

图1为本实用新型相变储热单元单换热器结构示意图；

图2为本实用新型相变储热单元截面结构示意图；

图3为本实用新型相变储热单元换热器结构示意图；

图4为本实用新型相变储热单元双换热器局部结构示意图；

图5为本实用新型相变储热单元双换热器结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图，通过具体实施例对本实用新型相变储热单元进行详细的介绍和描述，以使更好的理解本实用新型内容，但是应当理解的是，下述实施例并不限制本实用新型的范围。

实施例1

参照图1，本实施例中，所述相变储热单元包括容器1，容器1为圆柱形管，在容器1内设有一个换热器。

如图1所示，换热器包括进口21和出口22，进口21连接输入管23，出口22连接输出管24，输出管24有三个，在出口22处连通合并。

本实施例中，输入管23为螺旋盘管，输出管24可以设置在螺旋盘管外部，或者设置在螺旋盘管的螺圈内。输出管24设置为波浪形管。

将螺旋盘管输入管23简化后，本实施例中换热器的结构如图3所示。

在换热器与容器之间的间隙内填充有相变储热材料，以石蜡/石墨复合相变储热材料为例。

在容器1的外部包裹保温层。

使用时，将进口连接外部热媒输入管道，如太阳能集热器产生的热量，通过热媒带入换热器的输入管23内，由于输入管23为螺旋盘管，可以延长热媒的流程和滞留时间，因此能够充分的将热量交换给相变储热材料。然后热媒通过输出管24送出换热器。当然，热媒也可以由输出管24送入换热器，而通过螺旋盘管输入管23送出，因此，热媒的流动方向并不受输出管24和输入管23、以及进口21和出口22名称的限制。

同时，输入管23和输出管24在没有热媒输送的情况下，还可以用作能量输出，将低温流体按照上述热媒的流动方式，通过换热器与相变储热设备进行热交换，将热量输出。

为了提高换热效率，本实施例中，还可以在螺旋盘管的螺线圈内或外设有换热片，如图2所示，外换热片31和内换热片32均焊接在螺旋盘管输入管23上。

外换热片31为L型，内换热片32为波浪形，换热片的材质可以是铜、铝等导热性能良好的金属、也可以是导热性能良好的金属合金。

实施例2

参照图4，本实施例中，所述相变储热单元为双换热器设置，每个换热器独立存在，第一换热器输入管231连接第一换热器进口211，第一换热器输出管241连接第一换热器进出口221；第二换热器输入管232连接第二换热器进口212，第二换热器输出管242连接第二换热器进出口222。

第一换热器和第二换热器的输入管数量可以相同或不同，如图4所示，第一换热器输出管241为两根，而第二换热器输出管242为一根，但根据需要，均可以是一根、两根、三根或更多根。

本实施例中，第一换热器输入管231、第二换热器输入管232均选择螺旋盘管，但是二者形状可以不同。两个螺旋盘管可以排布成类似于DNA的双螺旋结构，或如图4所示，第一换热器输入管231、第二换热器输入管232相互贴靠在一起。

在所述相变储热单元中，还可以安装温度传感器，在顶部（图1中进口21的一端）和底部均可以设置一个温度传感器，顶部的温度传感器用于检测相变储热设备允许达到的最高温度，而底部的温度传感器用于检测相变储热设备内标的温度。优选情况下，在顶部和底部均两个温度传感器，顶部的两个温度传感器之间和底部的温度传感器之间相互备份，可防止故障发生导致的温度检测失败。

在上述实施例1和2中，换热器的出口和进口最好均设置在圆柱形容器的同一端，安装时只需要将进口和出口连接在热媒输送管道上即可。

上述实施例1和2中，容器还可以设计成L形圆管，这样可以将相变储热设备水平安装。使得相变储热设备外形更加灵活，不受安装场地的限制。

通过上述设计，本实用新型使得相变储热设备实现了模块化设计，可以根据需要安装一定数量的相变储热单元，并且根据所用热源的种类，设计多种换热器，能够适应不同的热源。

以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。

Claims

1.一种相变储热单元，其特征在于，所述相变储热单元包括容器、和置于所述容器内的至少一个换热器，所述换热器和容器壁之间填充有相变储热材料；

其中，所述换热器包括输入管和输出管，其中，输入管和输出管中至少一个为螺旋盘管；所述相变储热单元还包括连通换热器输入管的进口和连通换热器输出管的出口。

2.根据权利要求1所述的相变储热单元，其特征在于，所述进口和出口均位于容器的同一端。

3.根据权利要求1所述的相变储热单元，其特征在于，在容器的外部还包括绝热层或保温层。

4.根据权利要求1所述的相变储热单元，其特征在于，所述螺旋盘管的螺旋圈内外均连接有至少一个导热片。

5.根据权利要求1所述的相变储热单元，其特征在于，所述输出管数量至少为一个。

6.根据权利要求5所述的相变储热单元，其特征在于，所述至少一个输出管一端合并连通输入管，另一端合并连通换热器出口。

7.根据权利要求1所述的相变储热单元，其特征在于，所述相变储热设备还安装有温度传感设备。

8.根据权利要求7所述的相变储热单元，其特征在于，所述相变储热设备顶部和底部均安装有温度传感设备。

9.根据权利要求1所述的相变储热单元，其特征在于，包括至少两个换热器，所述至少两个换热器的螺旋盘管相互独立地排布、或依次贴靠排布、或以DNA双螺旋结构排布。