CN106197113A - 潜热存储模块和潜热存储设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了潜热存储模块和潜热存储设备。所述潜热存储模块包括构造成容纳相变材料的多个膜封装，该相变材料构造成利用相变潜热作为室温(0℃以上)的热介质。引导件构造成固定多个膜封装。

Description

潜热存储模块和潜热存储设备
相关申请的交叉引用
本申请基于2014年11月05日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0152870号并且要求该韩国专利申请的优先权，通过引用将该韩国专利申请的全部内容结合于此。
技术领域
本公开涉及潜热存储模块和潜热存储设备，并且更具体地，涉及用于存储潜热的模块以及包含该模块的装置。
背景技术
电力需求管理被分类为各种类型，但可通常分类为负载管理和效率改进。为了通过增大供电系统的午夜需求以减小最高负载与最低负载之间的差值以及改善供电系统的使用效率来实现负载平衡的目标，进行负载管理。
夏季的制冷负载是造成备用余量减少的主要原因。蓄冷技术通过将高峰时间的制冷功率需求转移至午夜时间以便进行峰移(peak shift)而减少高峰需求并增大午夜负载。
水(H2O)是最普遍使用的蓄冷材料。已使用利用水的潜热(将0℃的1kg冰变成0℃水所需的热量，为80千卡/kg)的冰蓄冷系统并使用水存储系统，该水存储系统通过使用水的可感热(将1kg的水的温度上升l℃所需的热量，为1千卡/kg)进行蓄冷，即，使用水的温度差(通常，使用10℃温度差,为10千卡/kg)。
由于冰蓄冷系统具有的潜热密度(每一单位体积的蓄热量，千卡/m3)大于水存储系统的潜热密度，所以可以节省安装空间。然而，提供给空调的冷却水的温度一般为7℃，而且冰蓄冷系统需要在低于供应温度的温度下产生冰块，所以应当安装致冷器，该致冷器产生-5℃或更低温度的低温传热介质(通常，称作盐水)。因此，冰蓄冷系统的运转效率(COP)低于通过使用一般室温致冷器产生冷却水的水存储系统的运转效率。
已考虑将相变材料(PCM)用作负载管理和效率改进的替代材料，相变材料能够使用相变潜热作为室温(0℃或以上)的热介质。通常将相变材料(PCM)分成有机材料和无机材料。
图1A和图1B示出了根据相关技术的蓄热系统。
图1A示出了盘绕件式的蓄热设备，其中，相变材料存储在蓄热罐中并且热导管安装在相变材料之间，热介质可在热导管中流动。传热流体通过热导管与存储在蓄热罐中的相变材料进行热交换并存储冷热(coldheat)。相变材料的蓄热性能具有取决于热导管的布置、导管材料、导管形状而变化的蓄热效率。盘绕件式的蓄热罐是能够形成最佳热介质通道并增大蓄热密度的技术。然而，根据盘绕件式的蓄热罐，在热导管的外壁处，相变材料开始从液态变成固态(即，出现所谓的结晶现象)，并且由于上述结晶现象导致可能存在热阻，热阻不允许仍处于液态并包含热的相变材料与热导管顺畅地进行热交换。
此外，由于有机材料中最稳定的相变材料具有低导热性，因而结晶现象导致的热阻使得随相变而发生的蓄热要花费较长时间。因此，可能会引起蓄热或散热速率降低。为了减少随结晶现象而产生的热阻，可通过密集地布置热导管而解决，但这样的存储设备变得昂贵。
图1B示出了相关技术的胶囊式蓄热设备，其中，相变材料封装或包装在蓄热罐中水里的胶囊中。水用作热介质。即，这是通过蓄热罐中在胶囊之间流动的热介质将热量传递到相变材料的系统。虽然传热率依胶囊的大小和表面积以及相变材料的包装和材料的质量而变化，但能够以相对便宜的价格安装蓄热罐。然而，由于难以像盘绕件式蓄热设备那样形成引导热介质流动的通道形状，所以难以均匀地蓄热。这产生了过度冷却现象，从而导致损坏。由于最稳定的相变材料和胶囊材料比热介质轻，可能出现相变材料由于密度差而漂浮的现象，从而使胶囊损坏。
发明内容
本公开用于解决相关技术中出现的上述问题，同时保持由相关技术实现的优势不受影响。
本公开的一方面提供了能够防止容纳相变材料的膜封装损坏的潜热模块和潜热存储设备。
本公开的一方面还提供了通过使存储相变材料的包装模块化而能够容易安装并且携带该包装的潜热模块和潜热存储设备。
然而，本公开的目的不限于上述目的，并且根据以下描述，本领域中的技术人员可清楚地理解以上未描述的其他目的。
根据本发明构思的示例性实施方式，潜热存储模块包括：多个膜封装，所述多个膜封装构造成用于容纳相变材料，该相变材料构造成利用相变潜热作为室温(0℃以上)热介质。引导件构造成用于固定多个膜封装。
根据本发明构思的另一示例性实施方式，潜热存储设备包括：至少一个潜热存储模块，该潜热存储模块包括构造成容纳相变材料的多个膜封装，该相变材料构造成利用相变潜热作为室温(0℃以上)热介质。蓄热罐可构造成容纳该至少一个潜热存储模块并且水在该蓄热罐中流动。板可以布置在蓄热罐中并构造成形成通道，水在该通道中流动。
在以下详细描述和附图中将包含其他示例性实施方式的具体内容。
附图说明
从下面结合附图给出的详细说明，本发明构思的上述和其他目的、特征和优点将变得更清楚。
图1A和图1B示出了根据相关技术的蓄热系统。
图2是根据本发明构思的示例性实施方式的潜热存储模块的截面图。
图3是根据本发明构思的示例性实施方式的热板的平面图。
图4示出了根据本发明构思的示例性实施方式的潜热存储模块被堆叠的形状。
图5示出了穿过图4的堆叠的潜热存储模块的热介质通道。
图6是根据本发明构思的示例性实施方式的潜热存储设备。
具体实施方式
从以下参照附图详细描述的示例性实施方式中将解释清楚本发明构思的优点和特征及其实现方法。
然而，本发明构思并不局限于以下公开的示例性实施方式，而是将以各种形式实现。本发明构思的示例性实施方式使得对本发明构思的描述较为详尽，并且提供这些示例性实施方式是为了使得本领域技术人员能够容易地理解本发明构思的范围。因此，本公开将由所附权利要求的范围限定。在整个说明书中，类似的参考标号表示类似的元件。
在下文中，将参考附图描述本公开，以便描述根据本公开示例性实施方式的潜热存储模块30和潜热存储设备40。
图2是根据本公开的示例性实施方式的潜热存储模块的截面图。
参考图2，根据本公开示例性实施方式的潜热存储模块30包括：多个膜封装1，用于容纳相变材料，该相变材料能够利用相变潜热作为室温(0℃以上)热介质；以及引导件3，用于固定多个膜封装1。
根据本公开示例性实施方式的潜热存储模块30包括n-链烷烃的十四碳烷PCM(这是有机材料)，以便使用在十四碳烷PCM从液态凝固至固态或从固态溶解至液态的过程中所产生的潜热。此外，潜热存储模块30采用静止板类型的热交换系统以便能够提高相变材料的蓄热密度，提高相变材料以及热介质的传热率，并提高蓄热罐中的蓄热/散热速率。
根据本公开示例性实施方式的潜热存储模块30包括压载件4以防止膜封装1漂浮在水上，该压载件固定至引导件3。引导件3具有中空部5，压载件4插入该中空部中。
多个膜封装1被堆叠并且引导件3直立以面向多个膜封装1的端部，从而固定多个膜封装1。膜封装1由柔性材料形成。膜封装1可以由聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)材料形成。
图3是根据本公开示例性实施方式的热板的平面图。
参考图3，根据本公开示例性实施方式的潜热存储模块30包括热板2，该热板2布置成面向多个膜封装1中至少一个的一个表面并抑制膜封装1的变形。热板2上形成有多个脊部2a和谷部2b以便在脊部2a和谷部2b与膜封装1之间形成通道。脊部2a和谷部2b形成为彼此平行。该通道形成在脊部2a与谷部2b之间。热介质流动穿过脊部2a与谷部2b之间形成的通道。
相变材料是n链烷烃的十四碳烷(C14H30)，这是有机材料。已将能够利用相变潜热作为室温(0℃以上)热介质的相变材料(PCM)看做是负载管理和效率改进的替代材料。通常将相变材料(PCM)分成有机材料和无机材料。
在本公开中，使用n链烷烃的十四碳烷(C14H30)，其为廉价有机材料，化学性能稳定，具有5.9℃的相变温度并具有54.8千卡/kg的潜热量。
图4示出了根据本公开示例性实施方式的潜热存储模块被堆叠的形状。图5示出了热介质穿过图4的堆叠的潜热存储模块的通道。图6是根据本公开示例性实施方式的潜热存储设备。
参考图4至图6，根据本公开示例性实施方式的潜热存储设备40包括：潜热存储模块30，该潜热存储模块包括多个膜封装1以及引导件3，所述多个膜封装容纳能够将相变潜热用作室温(0℃以上)热介质的相变材料，该引导件用于固定多个膜封装1；蓄热罐，容纳潜热存储模块30并且该蓄热罐中具有流动的水；以及板20，布置在蓄热罐中以便形成水流动的通道。
在某些实施方式中，可设置多个潜热存储模块30并且蓄热罐可形成通道，该通道沿着水平方向在多个潜热存储模块30之间流动。如上所述构造的根据本公开的潜热存储设备和潜热存储模块30具有胶囊式蓄热设备和盘绕件式蓄热设备的优势，该胶囊式蓄热设备用容易制造的封装材料维持相变材料的形状，该盘绕件式蓄热设备能够通过形成热介质的通道增大热交换效率。
此外，根据本公开的潜热存储模块和潜热存储设备具有的结构能够防止由于结晶现象导致的效率降低、以及在胶囊式中出现的过度冷却和漂浮现象。
由于在本实施方式中使用的相变材料(该相变材料是n链烷烃的十四碳烷)具有低于水的比重，且在该实施方式中用作热介质，其可能会由于密度差而漂浮在蓄热罐的上部。这导致存储相变材料的包装压实(densify)到蓄热罐的上部，从而降低蓄热/散热效率。因此，本发明构思的实施方式具有这样的结构，即，膜封装1(相变材料封装在该膜封装中)堆叠在热板2之间以便均匀保持相变材料的分布并提高蓄热密度。在热板2上形成有弯曲部以便增加膜封装1与热介质之间的热交换区域并提高形状强度。
根据本发明构思的示例性实施方式的潜热存储模块30具有堆叠的结构并以具有可通过人力安装并携带的尺寸和重量的形状模块化。此外，根据本发明构思的示例性实施方式的潜热存储模块30具有的结构防止由于密度差而漂浮，并且该潜热存储模块利用引导件3形成通道以使得热介质可在潜热模块之间流动。
根据本发明构思的示例性实施方式，可以提供以下优势。
如上所述，根据本公开示例性实施方式，可以防止容纳相变材料的膜封装1损坏。
通过使得存储相变材料的包装模块化，该包装可容易安装并携带。
然而，本公开的效果不限于上述效果，并且本领域中的技术人员根据以下描述可清楚地理解未在前面描述的其他效果。
虽然出于说明性的目的公开了本发明构思的示例性实施方式，然而，本领域中的技术人员将认识到，在不背离所附权利要求中所公开的本发明构思的范围和实质的前提下，可作出各种改进、添加以及替换。因此，还应当理解的是这样的改进、添加以及替换在本发明构思的范围之内。
图中各个元件的标号
1：膜封装
2：热板
3：引导件
4：压载件
5：中空部
20：板
30：潜热存储模块
40：潜热存储设备。

Claims (13)

1.一种潜热存储模块，包括：
多个膜封装，所述多个膜封装构造成容纳相变材料，所述相变材料构造成利用相变潜热作为0℃以上的热介质；以及
引导件，所述引导件构造成固定所述多个膜封装。
2.根据权利要求1所述的潜热存储模块，其中，所述潜热存储模块进一步包括压载件，所述压载件构造成被固定至所述引导件并防止所述多个膜封装在水上漂浮。
3.根据权利要求2所述的潜热存储模块，其中，所述引导件具有中空部，所述压载件插入于所述中空部中。
4.根据权利要求1所述的潜热存储模块，其中，所述多个膜封装被堆叠，并且
所述引导件直立以面向所述多个膜封装的端部并且固定所述多个膜封装。
5.根据权利要求1所述的潜热存储模块，其中，所述膜封装由柔性材料形成。
6.根据权利要求1所述的潜热存储模块，其中，所述潜热存储模块进一步包括热板，所述热板布置在所述多个膜封装中至少一个膜封装的表面上并构造成抑制所述多个膜封装的变形。
7.根据权利要求6所述的潜热存储模块，其中，所述热板上形成有多个脊部和谷部，以便在所述热板与所述多个膜封装之间形成通道。
8.根据权利要求1所述的潜热存储模块，其中，所述相变材料是有机材料。
9.根据权利要求8所述的潜热存储模块，其中，所述相变材料是n链烷烃。
10.根据权利要求9所述的潜热存储模块，其中，所述相变材料是十四碳烷(C14H30)。
11.一种潜热存储设备，包括：
至少一个潜热存储模块，所述至少一个潜热存储模块包括多个膜封装，所述多个膜封装构造成容纳相变材料，所述相变材料构造成利用相变潜热作为0℃以上的热介质；
蓄热罐，所述蓄热罐构造成容纳所述至少一个潜热存储模块，所述蓄热罐中具有流动的水；以及
板，所述板布置在所述蓄热罐中并构造为形成供水流动的通道。
12.根据权利要求11所述的潜热存储设备，其中，所述至少一个潜热存储模块是多个潜热存储模块，并且
所述通道中的水沿着水平方向在所述多个潜热存储模块之间流动。
13.根据权利要求11所述的潜热存储设备，其中，所述至少一个潜热存储模块进一步包括引导件，所述引导件构造成固定所述多个膜封装。
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