CN105705898B - 具有相变材料的热能储存组合件 - Google Patents

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Abstract

热能储存组合件包括第一管，所述第一管被配置成使传热流体流过所述第一管的孔；以及第二管，所述第二管包围所述第一管。相变材料填充所述第一管与所述第二管之间的空间，所述相变材料储存来自所述传热流体的冷热能。

Description

具有相变材料的热能储存组合件
发明背景
本发明的实施方案涉及制冷系统，并且具体来说，涉及包括相变材料的制冷系统。
制冷系统压缩制冷剂并使制冷剂贯穿闭环传热流体回路循环以针对气候受控空间传入和传出热量。在基本制冷系统中，将传热流体蒸气在压缩器中从较低压压缩到较高压并且输送到下游排热换热器(通常称为冷凝器)。高压制冷剂流从其中热量通常从传热流体传递到周围环境或传递到二级传热流体的冷凝器流到其中高压制冷剂流膨胀到较低压力和较低温度并且随后发送到蒸发器的膨胀装置。在蒸发器中，传热流体使受调节环境中的空气或二级传热流体蒸发和冷却。制冷剂蒸气从蒸发器返回到压缩器。
发明简述
本发明的实施方案包括热能储存组合件，该热能储存组合件具有第一管，该第一管被配置成使传热流体流过第一管的孔。第二管包围第一管。相变材料填充第一管与第二管之间的空间，该相变材料储存来自传热流体的热能。
其它实施方案包括制冷系统，该制冷系统包括冷却单元，该冷却单元被配置成使传热流体冷却；以及热能储存组合件。该热能储存组合件被配置成使来自冷却单元的传热流体循环并且回到冷却单元以对隔室制冷。热能储存组合件包括第一管，该第一管被配置成使传热流体流过第一管的孔；以及第二管，该第二管包围第一管。相变材料填充第一管与第二管之间的空间并且储存来自传热流体的热能，或向传热流体释放热能。
本发明的其它实施方案包括移动制冷载具，该移动制冷载具包括制冷隔室，该制冷隔室的至少一个壁附接有热能储存组合件。热能储存组合件包括第一管，该第一管被配置成使传热流体流过第一管的孔；以及第二管，该第二管包围第一管。相变材料填充第一管与第二管之间的空间并且储存来自传热流体的冷热能或向传热流体释放冷热能。
附图简述
在说明书结束时，在权利要求书中特别指出并清楚地要求保护被视为本发明的主题。根据以下结合附图所进行的详细描述，可以清楚本发明的前述和其它特征及优点，附图中：
图1说明了根据本发明实施方案的制冷系统；
图2是根据本发明实施方案的热能储存组合件的横截面图；
图3是根据本发明另一实施方案的热能储存组合件的横截面图；以及
图4说明了根据本发明实施方案的制冷载具。
详细描述通过参考附图以举例的方式阐述了本发明的实施方案以及优点和特征。
发明详述
载具的常规制冷系统利用填充有矿物盐溶液的低共熔片来提供制冷。本发明的实施方案使用包封在第二管内的第一管提供制冷，其中相变材料填充这两个管之间的区域。第一管和相变材料内的传热流体流与传热流体交换热量以使目标区域维持在所需温度。
图1说明了根据本发明实施方案的制冷系统100。系统100包括冷凝回路110、蒸发器组合件120和热能储存组合件130。在一个实施方案中，压缩器124将制冷剂加热为气体状态，这对制冷剂加热并且为制冷剂提供压力以使其在冷凝回路110与蒸发器组合件之间流动。冷凝回路110使热的制冷剂蒸气冷凝到加压中等温度流体。在一个实施方案中，风扇(未示出)吹动冷凝单元110上方的空气以将来自制冷剂的热量传递到空气，从而使制冷剂冷却。通过膨胀装置123来减小制冷剂的压力并且向蒸发器120提供制冷剂。蒸发器120使用冷却的冷却剂以使循环通过热能储存组合件130的传热流体冷却。蒸发器120包括制冷剂回路121和传热流体回路122。蒸发器120被配置成使得它使来自热能储存组合件130的传热流体和通过风扇(未示出)在蒸发器120与制冷空间之间循环的空气同时冷却。例如，制冷剂回路121可以包括含有制冷剂的管，这些管包围载运传热流体的管以使传热流体冷却。
使传热流体从蒸发器组合件120传输到热能储存组合件130。在一个实施方案中，将热能储存组合件130定位将要制冷的隔室中。例如，在一个实施方案中，将热能储存组合件130定位在隔室的壁中，或可以使热能储存组合件130附接到隔室的壁。阀131和132控制传热流体针对热能储存组合件130的流入和流出。泵133可以用于控制传热流体流入和流出热能储存组合件130的速度。可以通过改变传热流体的流速来控制划分在冷却返回空气与传热流体之间的冷却负荷。当通过蒸发器120对储热体充热和放热时，打开泵133。还可以通过当关闭压缩器124时或在打开压缩器124以利用所储存的冷热能使冷却容量升压的情况下，运行泵133以使传热流体在热能储存组合件130与蒸发器120之间循环来使来自热能储存组合件130的空气冷却。
图2说明了根据本发明实施方案的热能储存组合件220。组合件220包括第一管221和包围第一管221的第二管222。在一个实施方案中，第一管221和第二管222同轴。然而，本发明的实施方案包括第一管221和第二管222的任何配置(其中第一管221被定位在第二管222内，诸如多个管被定位在第二管222的内部，第一管221与第二管222的中心轴线偏移)或任何其它配置。使第一管221连接到图1的蒸发器组合件120，并且传热流体流过第一管221的孔223。第一管221与第二管222之间的区域224填充有相变材料。该相变材料储存来自传热流体的冷热能以使热能储存组合件220定位在其中的隔室冷却。替代地，可以将储存在热能储存组合件220中的冷热能释放到循环回到蒸发器的传热流体，以使流过蒸发器的空气冷却。典型相变材料包括链烷烃蜡、来自有机油的脂肪酸或无机盐溶液。
在本发明的说明书和权利要求中，将相变材料定义为具有某个熔融温度(从固体到液体)的材料，该相变材料在该熔融温度下吸收热量，同时维持基本恒定的温度。换言之，当相变材料从低于熔融温度的温度加热至熔融温度时，相变材料的温度相应地升高。然而，当相变材料到达其熔融温度时，相变材料的温度基本保持相同，因为相变材料在所有相变材料变成液体之前吸收热量。因此，定位在本发明的第一管221与第二管222之间的相变材料充当稳健的制冷材料，该制冷材料能够从正被冷却的氛围中吸收热量并且可通过第一管221的孔223中的传热流体更新或冷却。
在本发明的实施方案中，根据热能储存组合件220定位在其中的制冷系统的设计考虑，第一管221和第二管222可由任何金属制成。在一个实施方案中，第一管221和第二管222之一或两者均由金属制成。在另一实施方案中，第一管221和第二管222之一或两者均由塑料或另一聚合物制成。另外，虽然第一管221和第二管222示为具有圆形截面形状，但本发明的实施方案包括具有任何截面形状的管，包括方形、椭圆形、任何其它几何形状或任何其它类型。
图2说明了热能储存组合件220定位在其中的隔室的壁板210。如图2所示，热能储存组合件220可以暴露于隔室内的氛围230中。替代地，如图3所示，热能储存组合件220可以夹在两个壁板210和215之间。壁板210和215之间以及热能储存组合件220的相邻跨度之间的区域240可以填充有绝缘材料。在一个实施方案中，储存组合件220与内部壁板215之间的区域包括具有导热性的材料，以便于由热能储存组合件220冷却壁板215。
图4说明了根据本发明实施方案的制冷载具400。载具400包括制冷隔室401，用于对隔室401内的材料制冷。载具400可以包括冷凝器和蒸发器402，用于使流过热能储存组合件403的传热流体冷却。如上所述，可以将热能储存组合件403定位在隔室401的壁中，以便为隔室401内的物体和材料节省空间。替代地，可以使热能储存组合件403附接到隔室401的壁并且暴露于隔室401中的氛围中。
虽然图4的载具400示为具有包括在载具400内的冷凝器和蒸发器402，但在一个实施方案中，载具400并不包括冷凝器和蒸发器402。相反，载具400可以在载具400行驶时与冷凝器和蒸发器402断开，并且可以周期性地连接到冷凝器和蒸发器402以导致传热流体流过热能储存组合件220。
本发明的实施方案包括使负荷(诸如在集装箱、容器或其它隔室内部循环的空气)冷却的蒸发器的唯一配置。该配置包括对储热体充热，同时使隔室空气冷却。制冷剂使空气冷却，同时使循环到热储存组合件的传热流体冷却以对相变材料充热。在本发明的实施方案中，可以将所储存的制冷容量在压缩单元运行或不运行的情况下放出到负荷，从而有效增加最大容量以更快速地降温。
在一个实施方案中，传热流体流过蒸发器旋管的一些回路以对储热体充热/放热。与使用了多个热交换器的配置相比，这种配置有效地具有更好的热力学效率。另外，在一个实施方案中，将储热体(例如，相变材料)植入绝缘壁中，从而减少使独立储存容器绝缘的成本。在一个实施方案中，使用塑性材料用于储存装置以消除金属腐蚀。例如，参照图2，第二管222可由塑料制成。植入式相控材料可以充当动态绝缘材料，从而减少峰值热通量并且在约相变温度下有效地增加绝缘壁上的R值。
虽然已仅结合有限数量的实施方案详细描述了本发明，但应当很容易理解，本发明并不限于这些所公开的实施方案。相反，可修改本发明以并入前文未描述但与本发明的精神和范围相当的任意数量的变化、更改、替代或等效配置。另外，虽然已描述了本发明的各种实施方案，但应当理解，本发明各方面可以包括所描述实施方案中的仅一些。因此，本发明不应被视为由前述描述所限定，而是仅由随附权利要求书的范围所限定。

Claims (12)

1. 一种制冷系统，包括：
冷却单元，所述冷却单元被配置成使传热流体冷却；以及
热能储存组合件，所述热能储存组合件被配置成使来自所述冷却单元的所述传热流体循环并且回到所述冷却单元，所述热能储存组合件被配置成对隔室制冷，所述热能储存组合件包括：
第一管，所述第一管被配置成使所述传热流体流过所述第一管的孔；
第二管，所述第二管包围所述第一管；以及
相变材料，所述相变材料填充所述第一管与所述第二管之间的空间，所述相变材料储存来自所述传热流体的热能。
2.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述第一管和所述第二管同轴。
3.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述热能储存组合件被定位在所述隔室的壁中。
4.如权利要求3所述的制冷系统，其中所述热能储存组合件暴露于所述隔室中的氛围中。
5.如权利要求3所述的制冷系统，其中所述热能储存组合件夹在所述隔室的壁的两个壁板之间，所述两个壁板之间的空间填充有绝缘材料。
6. 如权利要求1所述的制冷系统，进一步包括：
传热流体传输系统，所述传热流体传输系统位于所述冷却单元与所述热能储存组合件之间以在所述冷却单元与所述热能储存组合件之间传输所述传热流体；以及
泵，所述泵沿所述传热流体系统定位以基于所述泵被打开而提高所述传热流体的流速。
7. 如权利要求6所述的制冷系统，其中所述冷却单元包括蒸发器，
所述传热流体通过所述蒸发器以与制冷剂交换热能，并且
所述传热流体流过所述蒸发器并且基于所述泵被打开而与所述制冷剂交换热能。
8.一种移动制冷载具，包括：
制冷隔室，所述制冷隔室的至少一个壁附接有热能储存组合件，所述热能储存组合件包括：
第一管，所述第一管被配置成使传热流体流过所述第一管的孔；
第二管，所述第二管包围所述第一管；以及
相变材料，所述相变材料填充所述第一管与所述第二管之间的空间，所述相变材料储存来自所述传热流体的热能。
9.如权利要求8所述的移动制冷载具，其中所述第一管和所述第二管同轴。
10.如权利要求8所述的移动制冷载具，其中所述热能储存组合件被定位在所述制冷隔室的壁中。
11.如权利要求10所述的移动制冷载具，其中所述热能储存组合件暴露于所述制冷隔室中的氛围中。
12.如权利要求10所述的移动制冷载具，其中所述热能储存组合件夹在所述制冷隔室的壁的两个壁板之间，所述两个壁板之间以及所述热能储存组合件的相邻长度之间的空间填充有绝缘材料。
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