CN101984325A - 一种储能冷热交换器 - Google Patents

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程巍
宋文波
程崇钧
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Abstract

本发明公开了一种储能冷热交换器，设在热交换系统中，所述的储能冷热交换器(1)设有中心管(2)，在所述的中心管(2)管壁外设有储能腔(3)，所述的储能腔(3)两端密封，所述的储能腔(3)内设有相变储能材料。采用上述技术方案，减少了地源热交换井的数量，减少“U”形管的数量，结构更加紧凑，换热效率提高，工程安装方便。采用相变储能材料，更进一步提高了换热效率，实现了能源的充分利用。

Description

一种储能冷热交换器
技术领域
本发明属于可再生能源利用的技术领域，涉及冷热交换系统，更具体地说，本发明涉及一种储能冷热交换器。
背景技术
目前，在热交换系统中，特别是地热交换系统中，都采用热交换管件进行能量交换。如在地热交换系统中，设有地源热交换井，在地源热交换井，通过热交换管路进行热交换。
为了提高热交换的效率，一般的热交换管路采用在井内上、下往复的结构形式，增加换热面积和换热长度。其转折处均采用“U”形管，地源热交换井的直径要能保证容纳多个热交换管路的分布。
这种结构的“U”形管及整个管路的布置形式，采用的都是液态的冷热交换介质，能量交换的效率不高，材料成本高，结构不够紧凑，导致地源热交换井的直径加大，其工程量相应加大，有时还需要设置多个地源热交换井，造成了工程量大，安装调试很不方便。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种储能冷热交换器，其目的是提高冷热交换的效率，充分利用相变储能材料潜能及控温性能。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明所提供的储能冷热交换器，设在热交换系统中，所述的储能冷热交换器设有中心管，在所述的中心管管壁外设有储能腔，所述的储能腔两端密封，所述的储能腔内设有相变储能材料。
所述的储能腔由分隔壁将其分隔成多个独立储能腔。
以下是相变储能材料填装的几个技术方案：
所述的相变储能材料在储能腔内直接灌装填充。
或者，所述的相变储能材料装在颗粒状的胶囊内，所述的颗粒状的胶囊灌装填充在所述的储能腔内。
或者，所述的相变储能材料为分段的袋状或管状的封装，将分段封装的相变储能材料装入所述的储能腔内。
所述的储能冷热交换器的外表面上，设有多个热交换翅片。
所述的中心管的横截面的形状为圆形、方形或其它各种几何形状。
本发明采用上述技术方案，减少了地源热交换井的数量，减少“U”形管的数量，结构更加紧凑，换热效率提高，工程安装方便。采用相变储能材料，更进一步提高和稳定能量交换的效率，实现了能源的充分利用。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的横截面结构示意图；
图2为本发明的一个结构示例图；
图3为本发明的另一个结构示例图。
图中标记为：
1、储能冷热交换器，2、中心管，3、储能腔，4、热交换翅片。
所述的储能腔3由分隔壁将其分隔成多个独立储能腔。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所表达的本发明的结构，为一种利用相变储能材料的冷热交换器，一般设在地源热交换系统中，实现能量的交换，以便向各类建筑供热或供冷。
为了实现本发明的提高和稳定冷热交换的效率，充分利用相变潜热储能材料的各种性能的发明目的，克服现有技术的缺陷，本发明采用了以下技术措施：
本发明所提供的这种相变储能材料的冷热交换器，设在热交换系统中，所述的储能冷热交换器1设有中心管2，在所述的中心管2管壁外设有储能腔3，所述的储能腔3两端密封，所述的储能腔3内设有相变储能材料。
相变储能材料(简称PCM)是一类特殊的功能性材料，能够在等温或近似等温的情况下发生相变，一般为固液相变，或气液相变，同时伴随有较大的能量(一般称为相变潜热)吸收、释放，其吸收、释放方式又分为主动及被动两种方式。本发明采用的是固液相变的储能材料。
“相变潜热储能”可以在恒定温度下提供高能量密度，其基本原理是利用物质发生相态变化吸收或释放热量而进行储热或放热。其特点是：储热密度大；储放热过程是在恒温或接近于恒温条件、因相变材料与热源的温差或与环境温差变化下进行；储放热的速率具有可控性，限制辐射地面不会出现过高温度，也不会出现温度过低。而“相变储能材料”是实现相变储热的介质，储放能量、调节温度的过程不需任何外加动力，只要环境温度与相变储能材料的温度之间存在直接或间接温差就能发生。
一般常用的相变材料为石腊，高级醇，以及高级烷烃等。
换热介质水流从中心管2内流入，储能腔3中的相变储能材料通过冷热交换器与周围地下水中吸冷或吸热，结构紧凑，工程安装方便。
多个中心管2之间采用“U”形管连接，形成阶梯式串联或并联的热交换系统。
本发明所述的储能腔3由分隔壁将其分隔成多个独立储能腔。独立的储能腔，有利于相变储能材料的填装，加强换热的效果。所述的填装，是伴随着交换器向井下送进过程同时进行的。
下面是相变储能材料填装的几个不同的技术方案，可以根据实际条件选择应用：
1、所述的相变储能材料在储能腔3内直接灌装填充。
2、所述的相变储能材料装在颗粒状的胶囊内，所述的颗粒状的胶囊灌装填充在所述的储能腔3内。
3、所述的相变储能材料为分段的柔性的袋状或管状的封装，并交换器的下井分段灌装填充，将分段封装的相变储能材料装入所述的储能腔3内。
本发明所述的储能冷热交换器1的储能腔内的材料为相变储能材料。其材料的主要指标是：1、相变温度点范围；2、相变焓。
相变储能材料作用的主动方式，是利用自然界的昼夜温差和季节温差，直接吸收自然界的冷能和热能并储存起来，在适宜的时候进行释放从而调节环境温度。当相变储能材料分别与地下水或中心管内的介质出现温差时，就会发生能量的储存或能量的释放。
为了增加换热的效果，本发明所述的储能冷热交换器的外表面上，设有多个热交换翅片4。
本发明所述的中心管的横截面的形状为圆形、方形或其它各种几何形状。所述的储能冷热交换器1的外层管壁的横截面形状不受限制，可以为各种不同的形状。如图1、图2和图3所示的几种不同的横截面形状，这些结构的设置使得制造、安装更加方便。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种储能冷热交换器，设在热交换系统中，其特征在于：所述的储能冷热交换器(1)设有中心管(2)，在所述的中心管(2)管壁外设有储能腔(3)，所述的储能腔(3)两端密封，所述的储能腔(3)内设有相变储能材料。
2.按照权利要求1所述的储能冷热交换器，其特征在于：所述的储能腔(3)由分隔壁将其分隔成多个独立储能腔。
3.按照权利要求1所述的储能冷热交换器，其特征在于：所述的相变储能材料在储能腔(3)内直接灌装填充。
4.按照权利要求1所述的储能冷热交换器，其特征在于：所述的相变储能材料装在颗粒状的胶囊内，所述的颗粒状的胶囊灌装填充在所述的储能腔(3)内。
5.按照权利要求1所述的储能冷热交换器，其特征在于：所述的相变储能材料为分段的袋状或管状的封装，将分段封装的相变储能材料装入所述的储能腔(3)内。
6.按照权利要求1所述的储能冷热交换器，其特征在于：所述的储能冷热交换器的外表面上，设有多个热交换翅片(4)。
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