CN107202512A - 潜热储存单元 - Google Patents

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丛旭日
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Abstract

本发明涉及用于以较短的吸收和释放时间回收潜热的潜热储存单元。能量存储基本上通过从液态到固态和从固态到液态的相变实现。所述潜热存储单元具有实现固定功能的壳体，减少存储损失的绝缘层，密封面，适于潜热存储的介质填料，和由一个或多个集管器组成的换热器，所述集管器由薄的换热管形成，所述换热管与集合管流通且所述换热器被设置为使得潜热介质的固态的“桥”在能量回收的早期阶段形成于彼此具有小的间距的所述换热管且所述“桥”使得所述集管器具有封闭的换热板的性质，其特征在于卤水流体流经所述换热管，所述换热管彼此之间密集间隔，形成集管器，且因此具有使得卤水流体的热传输阻力表现为减小的值的间隔和/或在表面方面的设计。

Description

潜热储存单元
技术领域
本发明涉及用于以较短的吸收和释放时间回收潜热的潜热储存单元。能量存储基本上通过从液态到固态的相变和从固态到液态的相变实现。
背景技术
潜热存储单元(冰存储单元)通常由先被液体例如水充满的容器组成。由管道或平板制成的换热系统位于容器中。能量经过换热器从变化成固态(冰)的流体(水)中吸收。固态(冰)形成于换热器表面。潜热存储单元的效率的性质，首先，取决于存储和释放时间，第二，取决于变化为固态(形成冰)所需要的作用温度。热传输面积与能量的储存量之比越大，能量被传输以及从一个相态到另一个相态的转变过程就越快。这是由于热量(Q)等于热阻(k)、传热面积(A)和温差之积的物理关系。
在释放过程中形成于换热器表面的固态的层厚构成热阻(k)的数量级的基准。
在换热器和储存流体之间的温差要被限制以优化相变过程。在制冷侧的温度过低会增加冷却过程的能量消耗。
作为潜热存储单元的冰存储单元可根据使用情况被分为两组。第一组，用作长期储存单元其储存和释放时间被执行为较长时间。第二组，短期储存单元其吸收和释放循环在24小时之内。
在第二组中，对于热转移通常使用两种方式。管束换热器或平板制成的换热器被使用。
由管束构成的换热器通常由具有16-25mm尺寸的塑料管制成。管被单独的连接到分配和收集系统并以有序的或松散的状态被引入存储壳体。由管束构成的换热器具有下述优点即它们可被便宜的材料制成。这种设计的缺点在于管的存储密度。根据第二组生产短期存储单元需要高的传热面积，在管束的换热器中仅能通过管的高堆积密度的实现。高密度堆积会导致高的材料消耗。随着材料使用的增加，换热器的体积相对于冰存储空间增大，这样相对于壳体的容积来说减少了可能的冰的容积。
由平板构成的换热器由多种材料制成。对于冰存储单元，金属平板常被使用。平板被分别连接到分配和收集系统并被引入存储壳体在其中互相之间具有较小间隔。由平板构成的换热器具有下述优点即通过它们可形成较大的传热面积。该结构的缺点在于，首先，材料成本，第二，换热平板的厚度。
发明内容
市场上可行的冰存储系统具有如前所述的缺点：高材料消耗和/或换热器的原理不适合短期存储和释放和/或具有较低的可用体积与冰存储体积比。在以上缺点的基础上，本发明的目的在于提供一种潜热存储单元，其不需要使用昂贵的材料，避免了较低的可用体积与存储体积之比，且实现了较短的存储和释放时间。
这个目的通过本发明的权利要求的高性能的潜热储存单元的形成而满足。
在本发明的发明目的下，卤水流体经过换热管，所述换热管彼此之间密集间隔，形成集管器，且因此具有使得卤水流体的热传输阻力表现为减小的值的间隔和/或在表面方面的设计。
本发明进一步提供集管器的换热管相对于临近的集管器偏移换热管之间距离的一半。
根据本发明的另一个方案是通过使换热管具有≤6mm的直径使得换热管内的卤水流体为层流模式，借此流动阻力表现为减小的值。
使换热器由若干集管器构成已被证明是有利的，其中集管器被设置为形成平坦的表面以浸入潜热介质，且其中集管器由塑料制成，例如聚丙烯。
根据本发明进一步解决的，换热器的集管器包括两个集合管且具有柔性的换热管相对集合管垂直延伸，且换热管在集合管处被布置为通过粘结结合，且集管器的换热管的布置仅在一个方向，垂直或者水平，或布置方向交替进行或布置方向成组的交替。集管器的换热管在外轮廓和/或内轮廓不是圆形已被证明是有利的，其中外轮廓为了高效的传热的目的可具有相对于圆形更大的表面。
根据本发明的一个方案是换热管具有内轮廓和/或外轮廓，其分别为四边形或成形为使得两个或多个换热管形成公用段且换热管与邻近的换热管具有共同的隔断壁，其中在两个公用段之间设置缝隙且集合管被设置为圆形，四边形或根据安装条件具有被需求的形状。且下述是进一步有利的，即在具有垂直布置的换热管的集管器的集合管的中部区域设置断流器且卤水流体的流入在进入集管器的集合管的一侧的左侧和右侧交替的发生。
本发明的方案为，当实现需求的冷却能力时，换热管的长度和有效横截面以及换热管与换热管之间的空间和集管器的集合管的有效横截面具有使得当卤水流体经过截面时流体阻力不超过25kPa的值的尺寸。
本发明进一步解决的是冰存储单元的外部尺寸对应于已知的卡车和海运的运输容器的宽度(约2.129m)和高度(约2.057m)，且长度的尺寸根据容量无级地或逐级的实现。
附图说明
本发明通过下述不同的实施例进行进一步的解释，其中
图1示出潜热存储单元和集管器9的横截面，
图2示出集管器9其中断流器11被置于集合管5中，
图3示出了集管器9其中多个换热管4形成公用段14，
图4示出图3的AA截面。
具体实施方式
图1示出具有功能元件的潜热存储单元的截面视图。它们是实现固定功能的壳体1，减少存储损失的绝缘层2，密封面3，适于潜热存储的介质填料6，和由一个或多个集管器9构成的换热器。换热器处于与潜热介质6接触的位置。换热器被设置为使得潜热介质6的固态的“桥”在能量回收的早期阶段形成于彼此具有较小的间距的换热管4。这个“桥”使得集管器9具有封闭的换热板的性质。
集管器9具有与两个集合管5流通的平行于彼此的薄换热管4。在集合管5中具有针对每个换热管4的流体开口。换热管4在集合管5处被布置为通过粘结结合封住流体开口。端盖7被附接于集合管5用于限制卤水流体通过集管器9的流动。
若潜热存储单元被制造为可运输的实施例，则如图1所示的结构被使用。其使用卡车和海运中已知的运输容器的宽度和高度是有利的。已知的运输系统可被使用。长度的延长可根据容量无级地选择或逐级的选择。
若壳体1的安装处为混凝土(现场)结构，则不同的潜热存储单元结构被使用。绝缘层2作为挨着壳体1的外层被使用，然后密封面3被布置。在已有的空间内，由集管器9形成的换热器处于与潜热介质6接触的位置。
为了得到高的存储效率，使用相对大的传热面积是有利的，这通过集管器9获得。换热管4应被布置为彼此具有较小的间隙。在潜热存储单元的吸收过程中冷却的卤水流体流过换热管4且成冰过程发生于它们的外轮廓12(内轮廓13和/或外轮廓12示出于图4)。冰存储效率随着冰厚度在外轮廓12的增加而减小。为了冰厚度的均匀，当相对于彼此定位集管器9时以换热管4之间距离的一半进行偏移。在潜热介质6中的集管器9的布置也影响冰的形成。根据潜热存储单元的设计，集管器9的换热管4仅位于一个方向，垂直或水平。然而，布置的方向也可交替或成组的交替。
图2示出集管器9，其中断流器11已被设置于一个集合管5且两个端盖7设置于另一个集合管5。根据这个设计，卤水流体以U型方式流过集合管。当仅一个具有集成的断流器11的集合管5被使用时这样的流动方式也会发生。换热管4在这个集管器9内被布置为U型。
集管器9也可被设置为两个集合管5平行布置在一个侧边且换热管4以环形方式从一个集合管5返回到另一个达到集管器的长度。为了获得高存储效率，冰在换热管4表面均匀的形成是重要的。在换热管4，靠近卤水流体的输入管处相比靠近返回管处有更多的冰形成。对于具有垂直布置的换热管4的集管器9且当在集合管5的中部区域设置断流器11时，卤水流体的流入会因此在进入集管器9的集合管5一侧的左侧和右侧交替的发生。卤水流体的这些流入的改变也可与具有不同配置的集管器9和水平位置的换热管4一起使用。
集管器9的进一步的实施例示出于图1。卤水流体在一个方向从一个集合管5流到另一个。
在集管器9，换热管4可被设置为具有矩形或其它形状的内轮廓13和/或外轮廓12。
集管器9示出于图3和图4，其中换热管4形成公用段14且缝隙8被配置于两个临近的公用段14之间。在截面图中示出了两个换热管4如何形成了公用段14。换热管4与其相邻的换热管4具有共同的隔断壁10。公用段14可通过两个或更多的换热管4形成。由于物料消耗的原因和为了在能量回收时形成“桥”，缝隙8被提供于两个公用段14之间。集合管5可以是圆形、四边形的或根据安装条件被设置为需求的形状。
使得换热管在它们的外轮廓12具有下述形状即它们的表面具有较大的值是有利的。在这个较大的表面积的情况下能够实现向潜热介质6的较大的热传输。
将内轮廓13和/或外轮廓12成形为例如四边形，带来理想的弯矩，借此换热管4可被设置为互相平行且几乎没有或没有其它辅助手段例如垫片。因此这需要较低的制造成本。
为了获得好的能量效率使用直径≤6mm的换热管4。卤水流体在换热管4获得的层流模式导致了具有较低值的流动阻力。此外，为了实现需求的冷却能力和好的能量效率，换热管4的有效断面以及换热管4之间的间隔和集管器9的集合管5的有效断面必须采取使得当卤水流体流经断面时流体阻力不超过25kPa的尺寸。若由于层流和单独的元件的尺寸获得了较低的流体阻力，低流量的泵可被使用且其使用带来了低的能量消耗。
附图标记列表
1-壳体
2-绝缘层
3-密封面
4-换热管
5-集合管
6-潜热介质
7-端盖
8-缝隙
9-集管器
10-隔断壁
11-断流器
12-外轮廓
13-内轮廓
14-公用段

Claims (10)

1.潜热存储单元，其中所述潜热存储单元具有实现固定功能的壳体(1)，减少存储损失的绝缘层(2)，密封面(3)，适于潜热存储的介质填料(6)，和由一个或多个集管器(9)组成的换热器，所述集管器由薄的换热管(4)形成，所述换热管与集合管(5)流通且所述换热器被设置为使得潜热介质(6)的固态的“桥”在能量回收的早期阶段形成于彼此具有小的间距的所述换热管(4)且所述“桥”使得所述集管器(9)具有封闭的换热板的性质，
其特征在于
卤水流体流经所述换热管(4)，所述换热管彼此之间密集间隔，形成集管器(9)，且因此具有使得卤水流体的热传输阻力表现为减小的值的间隔和/或在表面方面的设计。
2.根据权利要求1所述的潜热存储单元，其特征在于集管器(9)的所述换热管(4)相对于临近的集管器(9)偏移所述换热管(4)之间距离的一半。
3.根据权利要求1或2所述的潜热存储单元，其特征在于通过使换热管(4)具有≤6mm的直径使得换热管(4)内的所述卤水流体为层流模式，借此流动阻力表现为减小的值。
4.根据权利要求1-3任一所述的权利要求，其特征在于所述换热器由若干集管器(9)构成，其中所述集管器(9)被设置为形成平坦的表面以浸入潜热介质(6)，且其中所述集管器(9)由塑料制成，例如聚丙烯。
5.根据权利要求1-4任一所述的权利要求，其特征在于所述换热器的所述集管器(9)包括两个集合管(5)且具有柔性的换热管(4)相对集合管垂直延伸，且所述换热管(4)在集合管(5)处被布置为通过粘结结合，且所述集管器(9)的所述换热管(4)的布置仅在一个方向，垂直或者水平，或布置方向交替进行或布置方向成组的交替。
6.根据权利要求1-5任一所述的权利要求，其特征在于所述集管器(9)的所述换热管(4)，在非圆形轮廓的外轮廓(12)和/或内轮廓(13)内，其中所述外轮廓(12)为了高效的传热的目的可具有相对于圆形更大的表面。
7.根据权利要求1-6任一所述的权利要求，其特征在于所述换热管(4)具有内轮廓(13)和/或外轮廓(12)，其分别为四边形或成形为使得两个或多个换热管(4)形成公用段(14)且所述换热管(4)与邻近的换热管(4)具有共同的隔断壁(10)，其中在两个公用段(14)之间设置缝隙(8)且所述集合管(5)被设置为圆形，四边形或根据安装条件具有被需求的形状。
8.根据权利要求1-7任一所述的权利要求，其特征在于在具有垂直布置的换热管(4)的集管器(9)的集合管(9)的中部区域设置断流器(11)且卤水流体的流入在进入所述集管器(9)的集合管(5)一侧的左侧和右侧交替的发生。
9.根据权利要求1-8任一所述的权利要求，其特征在于当实现需求的冷却能力时，换热管(4)的长度和有效横截面以及换热管(4)与换热管(4)之间的空间和集管器(9)的所述集合管(5)的有效横截面具有使得当所述卤水流体经过所述截面时流体阻力不超过25kPa的值的尺寸。
10.根据权利要求1-9任一所述的权利要求，其特征在于冰存储单元的外部尺寸对应于已知的卡车和海运的运输容器的宽度(约2.129m)和高度(约2.057m)，且长度的尺寸根据容量无级地或逐级的实现。
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