CN102927721A - 三元双向相变储能式换热器 - Google Patents

三元双向相变储能式换热器 Download PDF

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冯国会
常莎莎
付永亮
黄凯良
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Shenyang Jianzhu University
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Shenyang Jianzhu University
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Abstract

本发明是三元双向相变储能式换热器,它包括壳体、相变储能单元、板式管壳式换热单元、盘管、盘管翅片:相变储能单元与空气层通过铝板进行板式换热,含有制冷剂的盘管依次流经相变储能单元和空气层进行管壳式换热,盘管上的安装有盘管翅片。夏季时,室外冷空气过滤后引入设备空气层流道,与相变储能单元进行换热,相变储能单元蓄存冷量,冷空气提高温度引入室内,维持室内稳定的温度,之后,根据建筑白天的负荷特征,利用夜晚的低谷电价通过制冷系统对储能单元进行蓄冷,白天再将其冷量释放。本发明充分利用了室外自然冷源和低谷电价,缓解了电网压力,降低建筑能耗;同时由于室外自然冷源提供了部分负荷,降低了机组的容量。

Description

三元双向相变储能式换热器
技术领域
[0001] 本发明属于节能与相变储能技术领域。具体涉及一种三元双向相变储能式换热器。
背景技术
[0002] 随着社会的发展,空调用电量不断增加,在个别地区甚至达到电力负荷的30%-40%。并且空调用电高峰往往与工业商业用电高峰同步,进一步造成高峰期电力资源短缺,低谷期电力资源相对过剩,导致电力负荷峰谷差过大,造成大量的能源损失和浪费。同时,在我国大部分地区,昼夜温差大,室外自然冷源分布广泛,不能得到充分的利用。倘若将两者充分利用,对于建筑节能将有很大的意义。相变储能技术可解决能量供求之间的不平衡问题,减少多余能量的浪费,实现能量的削峰填谷。根据室外自然冷源特点和高热密度环境负荷特点,研究高效的储能换热设备,实现快速的蓄放能量。
[0003]目前,国内外相变材料在暖通空调领域中应用主要分为两个方面:其一,相变材料在建筑围护结构上的应用;其二,相变材料与空调系统的结合应用,即相变储能空调系统。美国洛斯阿拉莫斯国家实验室JollIl等提出了一种新的夜间通风的系统,采用相变材料和热管混合的方法,它可以用于替代空调系统。
[0004] 在相变储能系统应用的研究方面,国外有一些研究人员提出了新的方案,搭建了实验系统进行研究,取得了较好的节能效益。德国Koschenz和Lehmann提出了一种应用于轻质建筑中的主动式相变储能石膏吊顶空调系统,通过冷水毛细管将冷量夜间蓄存入相变石膏板中,日间时再释放出冷量,将白天的空调负荷转移到夜间处理。F. Mathieu-Potvin和L. Gosselin提出了一个分析含有多相变材料层外墙的热防护效果的模型,在室内外温差小的情况下也可以实现较好的收益。A. Pasupathy等人提出了在屋顶采用双层相变材料的方案,并进行了实验和模拟工作,他们建议上层相变材料板的相变温度要比周围平均温度高6-7°C,该方案可以实现全年综合节能效益。清华大学康艳兵等人提出了一种结合夜间通风的新型贮能系统,堆积床式相变吊顶系统(NVPsystem),其贮换热面积大,蓄/放热效率高,夏季降温效果好。
[0005] 国内有些机构研究冰蓄冷和冷水蓄冷的的空调蓄冷技术,比如:(1)直接蒸发闭式外融冰热泵空调技术,具有蓄冰、冰槽融冰供冷、冷机单独供冷、冷机与冰槽联合供冷、冷机制热五种运行模式,但低温冰蓄冷,能效比较低;(2)将蒸发器置于散热器和相变材料组件之间,并一起装入储能箱内,能使用深夜低谷电的小型储能空调器。
[0006] 本发明将储能设备与制冷机组的蒸发器结合在一起,应用于空调机组,对相变储能材料在空调系统的应用有很大的意义
发明内容
[0007] 本发明是一种三元双向相变储能式换热器,集中了板式换热器和管壳式换热器的结构特点,将相变储能技术与空气处理技术相耦合,构成换热储能一体化设备。[0008] 本发明包括:壳体(I)、相变储能单元(2)、板式管壳式换热单元(3)、盘管(4)、盘管翅片(5)。如图I所示,相变储能单元与空气层通过铝板进行板式换热,含有制冷剂的盘管依次流经相变储能单元和空气层进行管壳式换热。盘管上的翅片增加换热面积,同时增加气流的扰动以增强换热。运行工况如下:夏季,在昼夜温差较大的地区,优先利用室外冷源,将室外冷空气过滤后引入设备空气层流道,与相变储能单元进行换热,储能单元蓄存冷量,冷空气提高温度引入室内,维持室内稳定的温度。之后,根据建筑白天的负荷特征,利用夜晚的低谷电价通过制冷系统对储能单元进行蓄冷,白天再将其冷量释放。
[0009] 本发明的优点是:将三元双向相变储能换热设备应用于空调机组,与常规能源相比有如下优点:充分利用室外自然冷源和低谷电价缓解了电网压力,降低建筑能耗;由于室外自然冷源提供了部分负荷,降低了机组的容量;其次,本设备将储能单元和空气处理单元耦合在一起,将制冷与储能一体化,使结构紧凑,节省了空间。
附图说明
[0010] 图I.三元双向相变储能换热器结构示意图;
图2.三元双向相变储能换热器纵向剖面图;
图3.相变储能单元剖面图。
[0011] 图中I是壳体、2是相变储能单元、3是板式管壳式换热单元、4是盘管、5是盘管翅片。
具体实施方式
[0012] 壳体(I)、相变储能单元(2)、板式管壳式换热单元(3)、盘管(4)、盘管翅片(5)。如图I所示,相变储能单元与空气层通过铝板进行板式换热,含有制冷剂的盘管依次流经相变储能单元和空气层进行管壳式换热。盘管上的翅片增加换热面积,同时增加气流的扰动以增强换热。运行工况如下:夏季,在昼夜温差较大的地区,优先利用室外冷源,将室外冷空气过滤后引入设备空气层流道,与相变储能单元进行换热,储能单元蓄存冷量,冷空气提高温度引入室内,维持室内稳定的温度。之后,根据建筑白天的负荷特征,利用夜晚的低谷电价通过制冷系统对储能单元进行蓄冷,白天再将其冷量释放。

Claims (3)

1.三元双向相变储能式换热器,它包括壳体(I)、相变储能单元(2)、板式、管壳式换热单元(3)、盘管(4)、盘管翅片(5),其特征在于:相变储能单元(2)与空气层通过铝板进行板式换热,含有制冷剂的盘管(4)依次流经相变储能单元(2)和空气层进行管壳式换热,盘管(4)上的安装有盘管翅片(5)。
2.根据权利要求I所述的三元双向相变储能式换热器,其特征在于:运行工况如下:夏季时,室外冷空气过滤后引入设备空气层流道,与相变储能单元(2)进行换热,相变储能单元(2)蓄存冷量,冷空气提高温度引入室内,维持室内稳定的温度,之后,根据建筑白天的负荷特征,利用夜晚的低谷电价通过制冷系统对储能单元进行蓄冷,白天再将其冷量释放。
3.根据权利要求I所述的三元双向相变储能式换热器,其特征在于:板式换热器是载冷剂与相变材料双向换热,壳管式换热器是制冷剂与相变材料的单向传热。
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