CN102954726B - 复合型相变储热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合型相变储热装置，其包含储热罐、罐内流动分布系统、至少两种不同相变温度的储热介质、相变储热介质封装体、控制系统，所述的不同相变温度的储热介质密封装于相变储热介质封装体内，将相变储热介质封装体按照罐内流动分布系统形成的工作介质流动顺序以不同相变温度特性排列，形成温度梯度，从而加大储热或者放热的温度区间，实现大幅提升储热或放热的效率，通过所述的控制系统可控制热量储存和输出。

Description

复合型相变储热装置
技术领域
本发明属于相变储热技术领域，公开了一种复合型相变储热装置。
背景技术
在太阳能热利用、工业余热回收、采暖及空调等众多能源利用领域中，为了调整热能供应与实际需求之间的不一致，热能的储存是极为关键的一环。
目前普遍使用的储热方式有两大类：显热式储热和潜热式储热。潜热式储热所依据的基本原理是，物质由固态转变为液态(熔解)，由液态转变为气态(气化)，或由固态直接转变为气态(升华)，都会吸收相变热；而进行逆过程时则释放相变热。与显热式储热相比，潜热式储热有两大明显优点：储热密度大，即可以用很小的体积储存很多的热能；吸热过程和放热过程几乎是在恒温条件下进行，有利于与热源和负载相配合。在储热和放热的过程中，必然存在效率损失。尤其是储热过程的后期，由于储热介质的蓄热量增加到一定程度后，以及放热过程的后期，由于储热介质的蓄热量减少到一定程度后，传热效率降低，导致储热装置的整体利用效率低下。
发明内容
本发明的目的在于针对相变储能装置中的一些工程技术难题，提供一种能源利用率高、结构可靠，部件易于制造和安装，且综合成本经济的复合型相变储热装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种复合型相变储热装置，其中包含储热罐、罐内流动分布系统、至少两种不同相变温度的储热介质、相变储热介质封装体、控制系统，所述的至少两种不同相变温度的储热介质密封装于相变储热介质封装体内，将相变储热介质封装体按照罐内流动分布系统形成的工作介质流动顺序以不同相变温度特性排列，形成温度梯度，从而加大储热或者放热的温度区间，实现大幅提升储热或放热的效率，通过所述的控制系统可控制热量储存和输出。
所述的相变储热介质封装体为球形、圆柱体或者其他几何体形状。
所述的相变储热介质封装体为储热罐本身，工作介质流过排布于相变储热介质内部的传热管道将热量传递给相变储热介质或者从相变储热介质吸收热量，传热管道与储热罐连接处严密。
所述的相变储热介质封装体内注入一定量氮气或者其他惰性气体。
所述的罐内流动分布系统，包含流动导向管或者流动导向板，将工作介质在储热罐内的流动分布为上下分层流动，或者竖直方向左右分层流动，或者径向分层流动，或者多种流动方式组合。
所述的不同相变温度储热介质封装后按照罐内流动分布系统形成的工作介质流动方向排列，其排列顺序可按照相变温度由低到高排列，或者由高到低排列。
所述的储热罐由金属材料制成，其形状为圆筒形或者立方体形，其布置形式可为立式或者卧式。
所述的储热罐外层包括保温材料。
所述的储热罐包括工作介质进出口接口，储热和放热的工作介质在储热罐内的流动通道相通或者相互隔绝。
所述的工作介质可为水、水蒸气、烟气、有机热载体油、熔盐流体或者其他流体。
本发明实施例的有益效果是：通过将至少两种不同相变温度的相变储热介质封装后排列在工作介质的流动方向，形成温度梯度，可以提高储热工作时对工作介质的热量吸收量，以及在放热工作时对工作介质的放热传热量，从而提高储热装置的整体工作效率。
当结合首先被简要地描述的附图参照一下对本发明的更详细的描述时，本发明的这些和其他实施例、特征和优点对本领域技术人员来说将变得更加明显。
附图说明
图1显示了本发明复合型相变储热装置的原理示意图。
图2显示了本发明实施例工作介质为管内流动的复合型相变储热装置结构示意图。
图3为本发明实施例罐内流动方式为竖直方向左右分层流动的示意图。
图4为本发明实施例罐内流动方式为径向分层流动的示意图。
具体实施方式
以下详细描述应当参照附图阅读，其中在全部不同的图中相同的参考标号指代相同/相似的元件。不一定按比例绘制的附图示出了选择的实施例且并非意图限制本发明的范围。详细描述以举例而非以限制的方式说明了本发明的原理。本说明书显然将使本领域技术人员能够制造和利用本发明，并且描述了包括目前认为是执行本发明的最佳模式在内的本发明的若干实施例、改型、变型、备选方案和用途。
另外，必须要注意的是，如本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一”、“一个”和“该”包括多个指称对象，除非上下文清楚地另外指出。
本发明公开了复合型相变储热装置的实施例和变型。下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。请参照图1，图1为本发明复合型相变储热装置的原理示意图。所述的至少两种不同相变温度的相变储热介质11和12封装于相变储热介质封装体13内。所述的相变储热介质封装体13内注入一定量氮气或者其他惰性气体以吸收相变储热介质11或者12的体积膨胀变化量。所有的相变储热介质封装体13按照工作介质流动的方向排列，形成不同温度的换热区，以此形成温度梯度。热量输入工作介质31和热量输出工作介质32的流动由罐内流动分布系统2导向，在本实施例中，罐内流动分布系统2包括流动导向板21、22和23。所有相变储热介质封装体13和罐内流动分布系统2装于储热罐4内部，储热罐外层有保温层5，可减少储热装置的散热损失。储热罐4上包括热量输入工作介质31和热量输出工作介质32的进出口接管41、42、43、44，以及相应的阀门45、46、47、48。储热罐4上安装的温度测量仪表62和压力测量仪表63将温度信号和压力信号反馈到控制器61中，控制器61发出信号通过阀门45、46、47、48控制工作介质的流动实现储热或者放热。本图中所示储热罐4的形状为圆筒形，由金属材料制成，可选的，储热罐4的形状可制成立方体形。本图中所示储热罐4的布置形式为立式，可选的，储热罐4的布置形式可为卧式。本实施例中，热量输入工作介质31和热量输出工作介质32在储热罐4内的流动通道相通。
热量输入工作介质31和热量输出工作介质32可为水、水蒸气、烟气、有机热载体油、熔盐流体或者其他流体。
请参照图2，图2显示了本发明实施例工作介质为管内流动的复合型相变储热装置结构示意图。所述的至少两种不同相变温度的相变储热介质11和12封装于储热罐4内。在此实施例中，罐内流动分布系统2为两根排布于相变储热介质11和12内部的的蛇形弯管24、25，热量输入工作介质31和热量输出工作介质32分别流过蛇形弯管24或25，将热量传递给相变储热介质11、12或者从相变储热介质11、12吸收热量，蛇形弯管24、25与储热罐4连接处严密，防止泄露。本实施例中，热量输入工作介质31和热量输出工作介质32在储热罐4内的流动通道相互隔绝。
请参照图3，图3为本发明实施例罐内流动方式为竖直方向左右分层流动的示意图。本实施例中，罐内流动分布系统2包括竖直布置的流动导向板26、27，将工作介质的流动导向为按照竖直方向左右分层流动。封装了至少两种不同相变温度的相变储热介质11和12的相变储热介质封装体13排列于流动导向板26、27之间。
请参照图4，图4为本发明实施例罐内流动方式为径向分层流动的示意图。本实施例中，罐内流动分布系统2包括圆筒形的流动导向板28和隔板29，将工作介质的流动导向为按照圆周径向方向分层流动。封装了至少两种不同相变温度的相变储热介质11和12的相变储热介质封装体13排列于流动导向板28和储热罐4壁面之间。
本发明的公开内容是说明性的而不是限制性的。根据本公开内容，对于本领域技术人员来说，更多改型变得显而易见，并且这些改型将归入所附权利要求的范围内。

Claims (6)

1.一种复合型相变储热装置，其中包含储热罐、罐内流动分布系统、至少两种不同相变温度的储热介质、相变储热介质封装体、工作介质、控制系统，其特征在于，所述的至少两种不同相变温度的储热介质密封装于相变储热介质封装体内，将相变储热介质封装体按照罐内流动分布系统形成的工作介质流动顺序以不同相变温度特性排列，形成温度梯度，从而加大储热或者放热的温度区间，实现大幅提升储热或放热的效率，相同相变温度储热介质的相变储热介质封装体具有多个且成呈阵列排布；通过所述的控制系统可控制热量储存和输出；所述工作介质为流体；所述罐内流动分布系统包含流动导向板，将工作介质在储热罐内的流动分布为上下分层流动或者竖直方向左右分层流动；所述储热罐包括热量输入工作介质和热量输出工作介质的进出口接管；所述热量输入工作介质和所述热量输出工作介质在储热罐内的流动通道相通。
2.根据权利要求1的复合型相变储热装置，其特征在于：所述的相变储热介质封装体为球形、圆柱体或者其他几何体形状。
3.根据权利要求1的复合型相变储热装置，其特征在于：所述的相变储热介质封装体内注入一定量氮气或者其他惰性气体。
4.根据权利要求1的复合型相变储热装置，其特征在于：所述的不同相变温度储热介质封装后按照罐内流动分布系统形成的工作介质流动方向排列，其排列顺序可按照相变温度由低到高排列，或者由高到低排列。
5.根据权利要求1的复合型相变储热装置，其特征在于：所述的储热罐由金属材料制成，其形状为圆筒形或者立方体形，其布置形式可为立式或者卧式。
6.根据权利要求1的复合型相变储热装置，其特征在于：所述的储热罐外层包括保温材料。
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