CN101852567B - 一种储能调温模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能调温模块，其整体为矩形体，包括一个保温单元和相变单元；所述相变单元包括一内空的矩形壳体，所述矩形壳体内腔设置有一等压膜将矩形壳体内腔分隔为相变空间和调压空间，所述相变空间内设置有气液相变材料，所述矩形壳体上设置有与调压空间相通的气门芯；所述保温单元为保温材料制得的矩形体，保温单元大小与相变单元匹配且采用榫卯配合可拆卸地连接在相变单元的一侧。本模块不仅结构简单、携带方便，而且可以快速方便建立和维持一种特定要求的温湿度环境，解决某些产品的暂时性储存、运输、和个性化空调等需求的问题，同时，此模块装置还能在一定程度上回收和利用低品位能源。

Description

一种储能调温模块

技术领域

本发明涉及利用相变进行储能和调温的技术领域，尤其是涉及一种利用相变进行储能调温的模块。

背景技术

现有的空调技术，通常是固定在某个场所，对封闭环境进行温度、湿度的调节，为人们提供一个舒适、满意的人工环境；但是对于某些不便安装空调的室外环境或者某种特定要求的环境（如保鲜、保质的某些环境等），当我们需要短暂的使用这些环境时，这些环境又往往因为没有空调设备而难以达到人们期望的环境指标。与此同时，现有的空调设备由于其功率较大、结构复杂、耗电量高、使用成本大，安装不方便，这一切都限制了它的使用范围。

另外，目前有关相变储能的专利数量比较多，但大部分结构比较复杂，其中有一些是作为空调系统的一个部分，用于储存冷（热）源的冷（热）量，如“相变蓄能棒”（申请号CN200720092142.0），此装置需要外接主机，以储备能量，不能单独使用；“一种相变蓄能地板空调采暖方法及装置”（申请号CN200410009093.0），其将相变材料放置于地面保温层和地板之间,在相变材料之中布置与热泵或冷机相连的热水或冷水管道；在电网低谷时段,使热泵或冷机工作产生热水或冷水使相变材料蓄能；在电网高峰时段,热泵或冷机停止工作,利用相变材料蓄存的热量或冷量向房间供热或供冷。这种设计较为复杂，而且不易控制。还有一部分专利是将相变材料处理后浇灌于模型中，作为一种储能元件，比如“一种相变储能单元及其制备方法”(申请号CN200710173668.6)其采用多孔石墨基相变储能复合材料微粉和钢管等材料制作相变储能单元。先制备多孔石墨基相变储能复合材料微粉；后对相变储能单元壳体进行制作和灌封，这种类型的装置，往往由于材料的限制，使用范围小，效率低。

故如何设计一种结构简单；携带安装方便，使用灵活，特别适宜于局部环境温度调节的储能调温模块即成为本领域有待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服上述不足而提供一种结构简单，携带安装方便，使用灵活，且特别适宜于构建一局部恒温空间以满足特定环境局部温度调节需要的储能调温模块。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种储能调温模块，其整体为矩形体，包括一个保温单元和相变单元；所述相变单元包括一内空的矩形壳体，所述矩形壳体内腔设置有一等压膜将矩形壳体内腔分隔为相变空间和调压空间，所述相变空间内设置有气液相变材料，所述矩形壳体上设置有与调压空间相通的气门芯；所述保温单元为保温材料制得的矩形体，保温单元大小与相变单元匹配且采用榫卯配合可拆卸地连接在相变单元的一侧。本技术方案中，所述等压膜为弹性材料制得的弹性膜，起到均衡相变空间和调压空间压力作用，使得可以通过改变调压空间压力大小进而改变相变空间压力大小，具体实施时应采用弹性好，隔绝能力强的薄膜，如EVA薄膜。所述气液相变材料是指利用的是材料气相和液相之间转化，进而实现吸热或放热的材料。所述保温材料一般是指导热系数小于或等于0.2的材料，如泡沫塑料、泡沫玻璃等。

本储能调温模块使用时，通过气门芯改变调压空间压力的大小，进而改变相变空间的压力大小，使得气液相变材料的相变温度发生变化，从而使得气液相变材料从周围环境吸收热量进行制冷或者向周围环境释放能量进行制热，实现其温度调节作用；与此同时可利用相变材料相变温度的变化，充分回收和利用某些低品位热源。本发明结构简单、携带方便，同时由于模块整体为矩形体，故可以堆砌组合使用，可以灵活地堆砌围成所需形状的局部恒温空间，对某些需要临时性保温的物品非常实用，具备使用灵活，特别适用于局部环境温度调节的特点。技术方案中保温单元为榫卯配合的可拆卸结构，当该本储能调温模块处在储能状态时，将保温单元卸下，可加快储能；当本储能调温模块处在使用状态时，则将保温单元装上，可减少能量的浪费，延长使用时间。当然，具体实施时，所述榫卯配合还可以等同替换为其它可快速拆卸和装配的结构。

作为优化，所述相变单元矩形壳体上与保温单元相邻的一侧设置有一个连接凸起，在相变单元矩形壳体上与所述连接凸起相反的一侧对应设置有卡接槽。这样优化后，可以使多个储能调温模块组合使用时，使组合连接更加可靠，拆装也更加方便和快捷。可根据需要组合成一定的形状，也可直接做成某种容器或其他各种形状。

作为进一步优化，所述等压膜倾斜设置，等压膜一端与相变单元与保温单元连接的侧面相接，等压膜另一端与该侧面垂直相交的侧面相接。这样，可以在尽量增大相变空间与调压空间的比例的同时，增大相变空间与调压空间相接面积（即等压膜自身面积），故可以更加有效地采用较小的调压空间对较大的相变空间进行调压。所以在其他条件（如模块总体积大小、相变材料种类等）不变的前提下，本优化可以既最大程度地保证了压力调节的灵活，又最大程度地增加了模块蓄热或蓄冷的性能。

另外，技术方案中，气液相变材料，在所需温度范围内，应优选气化潜热量大，对应的相变压力接近大气压的相变材料，如R125等。相变单元的矩形壳体应采用强度高，承压能力强，传热系数小的材料，如优质钢材等；矩形壳体材料承压能力与气液相变材料的选择有关，矩形壳体承压能力须大于相变材料所需的最大相变压力。例如选择R125作为相变材料，所需温度范围为8-26℃，就必须保证外壳材料承压能力大于1.42Mpa。保温单元的材料隔热性能越高越好，要求与一般保温层相同。

另外，作为另一优化，所述相变单元的矩形壳体上与保温单元所在侧面（该侧面为相变单元与外界进行热交换的换热面）相反的一侧设置为对流相变换热面。所述对流相变换热面是指将该侧面的表面处理为凹凸不平的粗糙状，提高对流传热效果，使相变单元与外界热交换时以对流换热为主要热交换形式。这样，可以使得本发明的储能调温模块，特别适用于构建封闭空间，组成局部临时恒温环境的情况下使用，例如用于某些保鲜品运输过程中的临时保鲜，具有热交换直接，速度快，封闭空间内温度能较长时间内保持稳定控制等优点。另外还可以是，将所述相变单元的矩形壳体上与保温单元所在侧面相反的一侧设置为辐射相变换热面。所述辐射相变换热面是指在该侧面外表涂上一层辐射效果好的深色涂层，例如没有光泽的黑漆等，使相变单元与外界热交换时以辐射换热为主要热交换形式。这样，可以使得本发明的储能调温模块特别适用于较为开放的空间中使用，比如用于室外开敞环境的临时性空调使用，具有设置、移动方便，热（冷）量损失小，等优点。

本储能调温模块，主要利用气液相变材料的相变来实现冷(热)量的储存，并通过对相变压力控制来满足对各种不同温度的要求，同时还可回收利用低品位能源。本模块不仅结构简单、携带方便，而且可以实现模块间相互搭接，通过组合成一定的空间形式，或直接做成所需形状，能快速方便建立和维持一种特定要求的温湿度环境，解决某些产品的暂时性储存、运输、和个性化空调等需求的问题（例如某些室外环境受空间和电源等的限制而不便安装空调），同时，此模块装置还能在一定程度上回收和利用低品位能源（指不能直接利用的低品位热能，如空气、土壤、水、太阳能、工业废热等）。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的剖面结构示意图。

图3是实例一的示意图。

图4是实例二的示意图。

图5是实例三的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施实例和附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，一种储能调温模块，其整体为矩形体，包括一个保温单元1和相变单元；所述相变单元包括一内空的矩形壳体2，所述矩形壳体2内腔设置有一等压膜3将矩形壳体内腔分隔为相变空间4和调压空间5，所述相变空间4内设置有气液相变材料，所述矩形壳体2上设置有与调压空间5相通的气门芯6；所述保温单元1为保温材料制得的矩形体，保温单元1大小与相变单元匹配且采用榫卯配合可拆卸地连接在相变单元的一侧，所述匹配是指保温单元1与相变单元配合连接后整体为矩形体。其中，所述相变单元矩形壳体2上与保温单元1相邻的一侧设置有一个连接凸起7，在相变单元矩形壳体上与所述连接凸起7相反的一侧对应设置有卡接槽8。所述等压膜3倾斜设置，等压膜3一端与相变单元与保温单元1连接的侧面相接，等压膜3另一端与该侧面垂直相交的侧面相接。

具体实施时，本储能调温模块可以设置为长、宽、高大约20cm左右的矩形块，使其便于携带和安装组合，当然具体实施时尺寸大小也可以根据具体需求进行调节，所述相变单元的矩形壳体上与保温单元所在侧面相反的一侧，可以根据需要设置为对流相变换热面或者辐射相变换热面。

下面采用更加具体的实例，对本发明工作过程、原理和优点做进一步详细介绍。下列实例中，均选用R125作为气液相变材料，R125是制冷剂的一种，是一种混合物（HFC）类，对大气臭氧层没有破坏，且具有相变储能量大，价格便宜，相变温度范围适宜等优点。

实例一：如图3所示，本实例中是将本储能调温模块作为临时建造环境（包括空调，保鲜等）的基本单元使用。本实例的储能调温模块中，采用对流相变换热面的结构。此单元模块结构简单，易于携带，方便用在对物品的临时性保鲜的工作中（海产品的运输，暂时性的储存等）。其具体实施方式如下：

如利用储能调温模块创建一个温度为t₁的临时封闭式恒温保鲜环境9，例如t₁=8℃，则气液相变材料的相变温度t₂可以选为t₂=8℃而达到保鲜的目的，由于气液相变材料的相变温度与相变压力是一一对应的，则可查得相应的气液相变材料的相变温度t所对应的相变压力p₂，p₂=0.85MPa。因此首先采用具有气压显示功能的加压工具（通常需负压时可采用真空泵，正压时一般采用压气机）通过气门芯调节模块的调压空间的压力p₁，使p₁=p₂=0.85MPa，然后将多个模块组合搭接为所需要的形状以创建一个温度为t₂的临时封闭式恒温保鲜环境9，可实现物品的短期储存与保鲜。在相变材料完全汽化吸热后,卸下保温层，通过气液相变材料在储能环境中液化放热实现该模块的蓄冷，从而实现循环利用，储能环境可以为人工建造的专门环境，也可以为自然环境；例如将该模块置于储能环境中，储能环境温度为t₃, 当t₁＜t₃时，需调节调压空间的压力来实现模块的储能，如 t₃=24℃时，查得相应的气液相变材料的相变温度t₃所对应的相变压力为p₃，p₃=1.34MPa，通过气门芯将模块调压空间的压力p₁调至p₁≥1.34MPa，将模块置于储能环境实现储能，当储能环境为自然环境时，同时还可实现对低品位能源的回收和利用；当t₁≥t₃时，如t₃=6℃＜t₁，则无需通过气门芯改变模块调压空间的压力p₁，即可直接置于储能环境实现储能。

实例二：如图4所示，本实例中是将本储能调温模块作为个性化空调使用。本实例的储能调温模块中，采用辐射相变换热面的结构。其具体实施方式如下：

例如在夏季，室内温度环境可由背景空调10及多个本储能调温模块共同保证，即背景空调10为室内提供高于常规空调的背景环境11，其温度为t₄，例如t₄=30℃。室内人员可通过本储能调温模块获得一个个性环境12，其温度为t₅，例如t₅=26℃，继而在保障室内人员热舒适的条件下大大降低了空调系统的能耗。具体操作方式如下：

根据个性环境的温度需求，气液相变材料的相变温度t₂=t₅，查得气液相变材料的相变温度t₂所对应的相变压力为p₂，p₂=1.42MPa。首先通过气门芯将调压空间的压力p₁调至p₂,然后将本储能调温模块直接或组合搭接后置于个性环境12，通过气液相变材料的汽化吸热从而使个性环境12达到所需的个性温度t₅。模块中气液相变材料汽化后再通过气门芯调节调压空间的压力p₁，然后卸下保温单元，通过气液相变材料在储能环境中的液化放热实现储能调温模块的蓄冷从而循环利用，其具体实施方法参见实例一。

实例三：如图5所示，本实例中是将储能调温模块用于增强室内环境的热惰性，继而可用于减小室内的昼夜温差，在昼夜温差大的地区（如新疆等）的效果尤为明显。以R125作为气液相变材料时，其具体实施时如下：

利用该模块可创建一个稳定的室内温度环境13，例如创建一个温度稳定在t₇的室内环境，例如t₇=26℃，继而查得相应的气液相变材料的相变温度t₇所对应的相变压力p₂=1.42MPa，再通过气门芯调节相变空间的压力p₁至气液相变材料的相变温度t₇所对应的相变压力p₂，使p₁=p₂，然后将储能调温模块组合搭接后置于室内。当室外环境温度高于室内温度时，气液相变材料汽化吸热向室内供冷，同理在夜间室外环境温度低于室内温度，气液相变材料液化放热向室内供暖。储能调温模块可单独使用，为室内提供一个稳定舒适的热环境，也可以作为室内空调的辅助设备，以减少空调的电耗。

Claims (5)

1.一种储能调温模块，其整体为矩形体，包括一个保温单元和相变单元；所述相变单元包括一内空的矩形壳体，所述矩形壳体内腔设置有一等压膜将矩形壳体内腔分隔为相变空间和调压空间，所述相变空间内设置有气液相变材料，所述矩形壳体上设置有与调压空间相通的气门芯；所述保温单元为保温材料制得的矩形体，保温单元大小与相变单元匹配且采用榫卯配合可拆卸地连接在相变单元的一侧。

2.如权利要求1所述的储能调温模块，其特征在于，所述相变单元矩形壳体上，和其与保温单元榫卯配合的一侧相邻的两侧中，一侧设置有一个连接凸起，另一侧对应设置有卡接槽。

3.如权利要求1或2所述的储能调温模块，其特征在于，所述等压膜倾斜设置，等压膜一端与相变单元与保温单元连接的侧面相接，等压膜另一端与该侧面垂直相交的侧面相接。

4.如权利要求1或2所述的储能调温模块，其特征在于，所述相变单元的矩形壳体上与保温单元所在侧面相反的一侧设置为对流相变换热面。

5.如权利要求1或2所述的储能调温模块，其特征在于，所述相变单元的矩形壳体上与保温单元所在侧面相反的一侧设置为辐射相变换热面。

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