專利名稱：一種相變蓄能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于蓄能裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種相變蓄能裝置，該相變蓄能裝置可 用于空調(diào)、熱水供應(yīng)。
背景技術(shù)：
儲(chǔ)能系統(tǒng)是緩解能量供求雙方在時(shí)間、強(qiáng)度及地點(diǎn)上不匹配的有效方式，是合理 利用能源及減輕環(huán)境污染的有效途徑，是廣義熱能系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的重要手段。綜合比較熱 能儲(chǔ)存方式，相變蓄能以其儲(chǔ)熱密度大，蓄熱器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、熱效率高、吸熱放熱溫度 恒定、易與運(yùn)行系統(tǒng)匹配、易于控制等突出優(yōu)點(diǎn)，日趨成為儲(chǔ)熱系統(tǒng)的首選，在建筑節(jié)能、太 陽能利用、余熱回收和電力移峰填谷等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有相變蓄能技術(shù)存在的換熱效率低，蓄熱能力差等不足而提出了一 種相變蓄能裝置。一種相變蓄能裝置，包括蓄能容器，所述蓄能容器內(nèi)設(shè)置兩組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)，每 一組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)均包括進(jìn)集水管和出集水管，在每一組進(jìn)集水管和出集水管上均并聯(lián) 有若干毛細(xì)管換熱器，所述蓄能容器空間內(nèi)填充有相變蓄能材料。本發(fā)明通過兩組毛細(xì)管換熱器將熱量或冷量輸送給相變材料，相變材料吸收并儲(chǔ) 存能量，當(dāng)系統(tǒng)需要熱量或冷量時(shí)，通入冷媒或熱媒從蓄能裝置中提取熱量或冷量，來滿足 生活或工程需要。由于相變材料在發(fā)生相變時(shí)，會(huì)吸收或釋放大量的能量，因此用其作為蓄能材料 可使蓄能裝置的蓄能能力得到較大提高。由于毛細(xì)管具有換熱面積大，換熱均勻，換熱效果 好的特點(diǎn)，因此采用其作為換熱器可極大的提高換熱效率。為了符合工況要求，毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)的材質(zhì)可采用具有高溫、耐高壓、耐腐蝕特點(diǎn) 的熱熔性塑料材料，如Pra或PB等，選Pra材質(zhì)，不僅為綠色環(huán)保材料，而且可使蓄能裝置 有更廣泛的應(yīng)用。毛細(xì)管外徑一般為3 5mm。所述蓄能容器采用圓桶形，兩組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管換熱器均呈螺旋形布置 在所述蓄能容器內(nèi)，攜帶熱量或冷量的物質(zhì)由進(jìn)集水管進(jìn)入，經(jīng)并聯(lián)的若干毛細(xì)管換熱器 (4)后，經(jīng)出集水管排出，為了提高換熱效率，本發(fā)明的兩組毛細(xì)管換熱器采用逆流布置，兩 組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管換熱器相互之間的間距為10 20mm，優(yōu)選15mm。該種逆流布 置方式不僅利于換熱，同時(shí)與蓄能容器的外形結(jié)構(gòu)一致，使得蓄放能更加高效，而且使整個(gè) 蓄能裝置的體積減小。在使用的過程中，根據(jù)不同的使用需要，該換熱器既可作為蓄能換熱 器使用，也可作為放能換熱器使用；由于毛細(xì)管換熱器為兩組，也可以同時(shí)使用，即同時(shí)包 括蓄能換熱器和放能換熱器。相變材料應(yīng)根據(jù)蓄能要求的相變溫度，選擇合適的材料，相變材料可為無機(jī)鹽、有 機(jī)物或有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料。一般蓄冷時(shí)，可采用無機(jī)鹽作為相變材料，其具有低溫相變的蓄
3能特點(diǎn)，且無機(jī)鹽類材料價(jià)格低廉，較為經(jīng)濟(jì)。其相變溫度宜優(yōu)選能滿足供水溫度略高于露 點(diǎn)溫度的材料，如10 15°C。蓄熱時(shí)，可采用有機(jī)相變材料(如石蠟)也可采用復(fù)合相變 材料(如PX-58)，相變溫度可選適合于毛細(xì)管輻射供熱的溫度，如40 50°C。如果相變材 料能滿足供水溫度在50 70°C左右蓄能要求的相變材料，則該蓄能裝置也可以作為生活 用水蓄能器。在蓄能材料的選擇時(shí)，優(yōu)先考慮在生產(chǎn)制造過程中和材料回收中的環(huán)保材料，同 時(shí)保證無毒，無污染，同時(shí)考慮使用壽命及無腐蝕，無揮發(fā)等方面的要求。本發(fā)明的蓄能裝置根據(jù)使用要求，可在蓄能容器外設(shè)置保溫層，可采用橡塑海綿 直接用繃帶包于外部即可，簡單易行，而且減少與地面的摩擦。蓄能裝置的上面設(shè)有進(jìn)料口，下面設(shè)有出料口?？紤]季節(jié)的變化，及冬夏季對(duì)所蓄 能量的溫度要求不同，在容器上面分別設(shè)置有進(jìn)料口和出料口，以便按需更換容器內(nèi)不同 溫度的蓄能材料，因此本發(fā)明裝置提供了用一個(gè)設(shè)備同時(shí)滿足冬夏季需求的可能性。所述蓄能容器優(yōu)選采用耐腐蝕、抗擠壓的玻璃鋼制成。本發(fā)明的有益效果為該裝置可用于夏季蓄冷供冷、冬季蓄熱供熱工況，即空調(diào)或 生活熱水的供應(yīng)。該裝置有效的將相變與毛細(xì)管換熱技術(shù)結(jié)合在一起，具有運(yùn)行工況穩(wěn)定、 安全、蓄熱能力大、體積小等優(yōu)點(diǎn)。該相變蓄能裝置將能量高效地儲(chǔ)存起來，有效地解決了 能源供求在時(shí)間和強(qiáng)度上的不匹配的問題，可使用戶節(jié)省電費(fèi)，又有利于緩解電網(wǎng)峰負(fù)荷 和峰谷差過大。有如下優(yōu)點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，換熱效率高，蓄熱能力大，蓄熱效率可達(dá)到90 %以上，體積小， 適用于民用建筑物及家庭使用。2.使用方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。可直接利用自然冷熱源，如太陽能、冷卻塔、湖水等，在日 夜溫差大的地區(qū)，白天可充分利用太陽能蓄熱，夜間利用水進(jìn)行換熱來維持室內(nèi)舒適溫度。 或利用冷卻塔蓄冷，白天釋放冷量維持室內(nèi)溫度。3.在用電低谷時(shí)儲(chǔ)能，在用電高峰時(shí)釋放能量，從而可以緩解電網(wǎng)負(fù)荷過大的壓 力。4.材料環(huán)保，使用壽命長，本發(fā)明所用材料均為可回收利用材料，且耐腐蝕，無需 動(dòng)力部件，沒有任何污染物，該裝置的相變材料蓄放能次數(shù)可達(dá)3000次以上，而毛細(xì)管的 使用壽命可達(dá)50年。


圖1為本發(fā)明相變蓄能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明相變蓄能裝置的剖面圖；圖3為毛細(xì)管換熱器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為毛細(xì)管布置俯視圖；圖5為本發(fā)明相變蓄能裝置工作原理中1_保溫層；2-蓄能容器本體；3-相變蓄能材料；4-毛細(xì)管換熱器；5-第一 組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)；6-第二組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)；7-進(jìn)料口 ；8-出料口 ；51-第一進(jìn)集水管； 52-第一出集水管；61-第二進(jìn)集水管；62-第二出集水管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明一種相變蓄能裝置，相變蓄能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其剖面圖如圖2所 示，包括蓄能容器2，所述蓄能容器2內(nèi)設(shè)置兩組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)，每一組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu) 均包括進(jìn)集水管和出集水管，在每一組進(jìn)集水管和出集水管上均并聯(lián)有若干毛細(xì)管換熱器 4，所述蓄能容器2空間內(nèi)填充有相變蓄能材料3。毛細(xì)管換熱器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。兩組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管換熱器4均呈螺旋形布置在所述蓄能容器2內(nèi)。毛 細(xì)管布置俯視圖如圖4所示。所述兩組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)為第一組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)5和第二 組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)6，所述第一組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)5包括第一進(jìn)集水管51和第一出集水管 52，所述第一進(jìn)集水管51和所述第一出集水管52上并聯(lián)有若干毛細(xì)管，所述第二組毛細(xì)管 換熱結(jié)構(gòu)6包括第二進(jìn)集水管61和第二出集水管62，所述第二進(jìn)集水管61和所述第二出 集水管62上并聯(lián)有若干毛細(xì)管。所述蓄能容器2為圓桶形，采用耐腐蝕、抗擠壓的玻璃鋼制成。所述毛細(xì)管換熱器4的外徑為5mm。兩組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管換熱器4相互之間的間距為15mm。攜帶熱量或冷量的物質(zhì)由進(jìn)集水管進(jìn)入，經(jīng)并聯(lián)的若干毛細(xì)管換熱器4后，經(jīng)出 集水管排出，兩組毛細(xì)管換熱器4采用逆流布置。所述毛細(xì)管換熱器4的材質(zhì)可采用具有高溫、耐高壓、耐腐蝕特點(diǎn)的熱熔性塑料 材料，優(yōu)選PI3R塑料。所述蓄能容器2上設(shè)置進(jìn)料口 7和放料口 8。以便按需更換容器內(nèi)不同溫度的蓄 能材料，一般蓄冷時(shí)，可采用無機(jī)鹽作為相變材料，其具有低溫相變的蓄能特點(diǎn)，且無機(jī)鹽 類材料價(jià)格低廉，較為經(jīng)濟(jì)。其相變溫度宜優(yōu)選能滿足供水溫度略高于露點(diǎn)溫度的材料，如 10 15°C。蓄熱時(shí)，可采用有機(jī)相變材料(如石蠟)也可采用復(fù)合相變材料，相變溫度可選 適合于毛細(xì)管輻射供熱的溫度，如40 50°C。如果相變材料能滿足供水溫度在50 70°C 左右的蓄能要求，則該蓄能裝置也可以作為生活用水熱能器。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。附圖5為本發(fā)明使用時(shí)的工作原理圖。在廉價(jià)的冷熱源(深井水、太陽能、換熱站廢熱等)供應(yīng)充足時(shí)，以水為媒介通過 循環(huán)水泵提供動(dòng)力，向蓄能裝置提供能量(冷、熱)；蓄能時(shí)，上述的冷、熱水流經(jīng)蓄能裝置中毛細(xì)管換熱器4，通過毛細(xì)管換熱器4內(nèi) 的水與相變蓄能材料3之間的溫差將能量傳遞給蓄能材料3，使其發(fā)生相變(蓄熱固體一 液體；蓄冷液體一固體)，從而達(dá)到儲(chǔ)存能量的目的；放能時(shí)，啟動(dòng)與用戶側(cè)(用戶側(cè)可采用毛細(xì)管末端或風(fēng)機(jī)盤管等)相連的開關(guān)，同 樣以水為媒介，使水在蓄能裝置中的毛細(xì)管換熱器4中與用戶末端的管道內(nèi)循環(huán)。從用戶 側(cè)的回水流經(jīng)換熱器4使得換熱器4內(nèi)的水與相變蓄能材料3之間產(chǎn)生溫差，從而誘發(fā)相 變材料的反向相變(放熱液體一固體；放冷固體一液體)，將能量由相變蓄能材料3中提 取出來，提供到能量釋放系統(tǒng)中去。舉例來說在住宅中應(yīng)用了太陽能集熱器+相變蓄能裝 置，就可將日間由太陽能所產(chǎn)生的熱能儲(chǔ)存起來，而在夜間應(yīng)用到室內(nèi)的供熱中。反之，可 以用相變蓄能裝置儲(chǔ)存夜間的室外自然冷量，而在日間用以給室內(nèi)降溫。
在蓄能和放能不在同一時(shí)間和地點(diǎn)時(shí)，蓄能裝置可僅用一個(gè)換熱器。其工作工程 如下蓄能時(shí)，可將蓄能裝置搬運(yùn)到提供冷、熱源的場合，將本裝置接到冷、熱源上進(jìn)行 相變蓄能(如太陽能集熱器、城市熱電站廢熱、集中式供冷站等)；在需要使用能量時(shí)，將蓄滿能量的蓄能裝置運(yùn)輸?shù)侥茉葱枨蟮膱龊?，將蓄能裝置 與能量釋放系統(tǒng)進(jìn)行連接，釋放能量(如地板輻射采暖、風(fēng)機(jī)盤管等)，便能方便地獲取冷/熱量。采用本相變蓄能裝置進(jìn)行儲(chǔ)存/搬運(yùn)/分配能量，可以充分利用低火用能源，解決 了能量供求不匹配的問題，從而達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)也將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
權(quán)利要求
一種相變蓄能裝置，包括蓄能容器(2)，其特征在于所述蓄能容器(2)內(nèi)設(shè)置兩組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)，每一組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)均包括進(jìn)集水管和出集水管，在每一組進(jìn)集水管和出集水管上均并聯(lián)有若干毛細(xì)管換熱器(4)，所述蓄能容器(2)空間內(nèi)填充有相變蓄能材料(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄能裝置，其特征在于兩組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)的毛 細(xì)管換熱器(4)均呈螺旋形布置在所述蓄能容器(2)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄能裝置，其特征在于，所述蓄能容器(2)為圓桶形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄能裝置，其特征在于所述毛細(xì)管換熱器(4)的 夕卜徑為3 5mmο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄能裝置，其特征在于兩組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)的毛 細(xì)管換熱器⑷相互之間的間距為10 20mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄能裝置，其特征在于攜帶熱量或冷量的物質(zhì)由 進(jìn)集水管進(jìn)入，經(jīng)并聯(lián)的若干毛細(xì)管換熱器(4)后，經(jīng)出集水管排出，兩組毛細(xì)管換熱器 (4)采用逆流布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄能裝置，其特征在于所述毛細(xì)管換熱器(4)的 材質(zhì)是PI3R塑料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄能裝置，其特征在于，所述蓄能容器(2)上設(shè)置進(jìn) 料口 (7)和放料口(8)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄能裝置，其特征在于，所述相變蓄能材料(3)為無 機(jī)鹽相變材料、有機(jī)相變材料、或者有機(jī)無機(jī)復(fù)合相變材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄能裝置，其特征在于，所述蓄能容器(2)外設(shè)置 保溫層(1)。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于蓄能裝置技術(shù)領(lǐng)域的一種相變蓄能裝置。該相變蓄能裝置可用于空調(diào)、熱水供應(yīng)，包括蓄能容器，所述蓄能容器內(nèi)設(shè)置兩組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)，每一組毛細(xì)管換熱結(jié)構(gòu)均包括進(jìn)集水管和出集水管，在每一組進(jìn)集水管和出集水管上均并聯(lián)有若干毛細(xì)管換熱器，所述蓄能容器空間內(nèi)填充有相變蓄能材料。該裝置可用于夏季蓄冷供冷、冬季蓄熱供熱工況，即空調(diào)或生活熱水的供應(yīng)。該裝置有效的將相變與毛細(xì)管換熱技術(shù)結(jié)合在一起，具有運(yùn)行工況穩(wěn)定、安全、蓄熱能力大、體積小等優(yōu)點(diǎn)。該相變蓄能裝置將能量高效地儲(chǔ)存起來，有效地解決了能源供求在時(shí)間和強(qiáng)度上的不匹配的問題，可使用戶節(jié)省電費(fèi)，又有利于緩解電網(wǎng)峰負(fù)荷和峰谷差過大。
文檔編號(hào)F24J2/34GK101968328SQ20101029754
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者史永征, 孫方田, 朱丹, 李德英, 魏云霞 申請(qǐng)人:北京建筑工程學(xué)院