CN108955331A - 一种相变储能元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相变储能元件，由塑料外壳围成的密闭体系，所述外壳包括顶面和底面，所述顶面设置有第一中心凹陷区，围绕第一中心凹陷区设置有复数个第一凹槽，所述第一凹槽的一端伸入第一中心凹陷区，所述底面于第一中心凹陷区的对应位置设置有第二中心凹陷区，围绕第二中心凹陷区设置有复数个第二凹槽，所述第二凹槽的一端伸入第二中心凹陷区，所述外壳一侧设置有进料口，所述进料口用于注入相变材料。本发明相变储能元件采用特殊结构的外壳，具有相当大的尺寸稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及储能元件技术领域，尤其涉及一种相变储能元件。
背景技术
无机相变材料是一种因温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。无机相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的热量。将无机相变材料填入一容器内就构成了相变储能元件，但现有的相变储能元件传热效率不高。
公布号CN 102538532A公开了“一种相变储能元件”，包括一不锈钢筒体，不锈钢筒体的一端设置有注料口，注料口上设置有端盖，不锈钢筒体内设置有无机相变材料，无机相变材料内埋设有U型管，U型管的进出口端伸出不锈钢筒体的另一端，并通过铜嘴封闭固定。
公布号CN 101464108A公开了“一种波纹状相变蓄热元件”，它由波纹状圆管、稀土相变蓄热材料、两端封头构成，波纹状圆管的长度为0.5m-3m，直径为25mm-120mm，厚度为0.3mm-2mm，波纹状圆管一端封堵后向管内充填蓄热材料，另一端密封，制成具有蓄热功能的元件。波纹状圆管为金属波纹管，圆管内部充填一定蓄热材料后两端密封制成蓄热元件。将N支蓄热元件水平摆放在不同形状的容器中，填充足够的导热介质即制成蓄热装置，通过外界热源加热导热介质，将热能传递给蓄热元件，蓄热元件通过高效换热波纹管将相变蓄热材料加热熔化储存热能；放热时，蓄热材料所储存的热能通过波纹管传递给导热介质，再通过导热介质对外提供热能，实现蓄热、供热功能。
授权公告号CN 206094251U公开了“用于蓄热装置的相变储能元件”，它由圆筒形壳体，位于圆筒形壳体端部的圆形封头，通道隔离环，位于圆筒形壳体内的相变蓄热材料构成，圆筒形壳体、圆形封头、通道隔离环由钢材制成。
上述储热元件的容器均采用金属制品，金属的导热能力比较优异，但是一般的相变材料会与金属发生化学反应，从而对容器造成一定的腐蚀，带来相变材料泄漏的问题。
发明内容
为了解决现有的储热元件存在相变材料泄漏及换热效率低的问题，本发明的目的是提供一种相变储能元件。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种相变储能元件，由塑料外壳围成的密闭体系，所述外壳包括顶面和底面，所述顶面设置有第一中心凹陷区，围绕第一中心凹陷区设置有复数个第一凹槽，所述第一凹槽的一端伸入第一中心凹陷区，所述底面于第一中心凹陷区的对应位置设置有第二中心凹陷区，围绕第二中心凹陷区设置有复数个第二凹槽，所述第二凹槽的一端伸入第二中心凹陷区，所述外壳一侧设置有进料口，所述进料口用于注入相变材料。
采用塑料外壳，避免了相变材料与外壳之间发生反应，导致相变材料泄漏的问题；同时，顶面设置第一中心凹陷区、围绕第一中心凹陷区设置复数个第一凹槽，第一凹槽的一端伸入第一中心凹陷区，底面设置第二中心凹陷区、围绕第二中心凹陷区设置复数个第二凹槽，第二凹槽的一端伸入第二中心凹陷区，第一中心凹陷区、第一凹槽、第二中心凹陷区、第二凹槽的设置增大了导热介质与相变材料的接触面积，提高了换热效率。
优选的是，所述相变储能元件的中心还设置有通孔，所述通孔连通顶面和底面。
采用上述方案，使得导热介质除了与相变储能元件的外表面接触外，还可以沿着通孔从顶面流向底面或由底面流向顶面，进一步提高换热效率。
优选的是，所述外壳的俯视形状为圆形、椭圆形或矩形。
优选的是，所述顶面和底面对称设置。
优选的是，所述顶面为向外突出的曲面。
将顶面、底面分别设计为向外突出的曲面，中心宽两边窄，增加了外壳的稳定性。
其中，所述第一凹槽与第二凹槽交叉设置。
优选的是，所述第一凹槽为八个，围绕第一中心凹陷区对称设置。
更为优选的是，相邻第一凹槽间的夹角为45°。
采用上述方案，增加了外壳与相变材料的接触面积和均匀性，同时提高了外壳的尺寸稳定性，极大地增加了相变储能元件的换热效率。
优选的是，所述第一凹槽与第二凹槽间的夹角为22.5°。
在使用时，采用多个相变储能元件联用，采用上述角度减小了导热介质流经相变储能元件的流动阻力，增加了相变材料与外壳的接触密度，极大地提高了相变储能元件的换热效率。
其中，所述外壳的最大宽度为180mm，最大厚度为30mm。
在该尺寸下，相变储能元件具有优良的换热效率和尺寸稳定性。
优选的是，所述外壳的材质为热塑性塑料。
更为优选的是，所述外壳的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚碳酸酯。
更为优选的是，所述外壳内相变材料的填充率为90％。
通过进料口将相变材料填充入外壳内，外壳内相变材料的填充率为90％，填充完毕后，将进料口采用热熔塑封的方式进行密封。在相变材料发生相变前后的体积膨胀，不会对外壳的尺寸稳定性带来影响，保证了外壳的使用寿命。
与现有技术相比，本发明实现的有益效果：本发明相变储能元件采用塑料外壳，相变材料与塑料不会发生化学反应，解决了相变材料从外壳泄漏的问题，同时相变储能元件顶面设置第一中心凹陷区、围绕第一中心凹陷区设置复数个第一凹槽，第一凹槽的一端伸入第一中心凹陷区，底面设置第二中心凹陷区、围绕第二中心凹陷区设置复数个第二凹槽，第二凹槽的一端伸入第二中心凹陷区，第一中心凹陷区、第一凹槽、第二中心凹陷区、第二凹槽的设置增大了导热介质与相变材料的接触面积，提高了换热效率；本发明相变储能元件既避免了相变材料泄漏的问题，又保证了换热效率；本发明相变储能元件采用特殊结构的外壳，具有相当大的尺寸稳定性。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明：
图1为本发明的相变储能元件的示意图；
图2为本发明的相变储能元件的俯视图；
图3为本发明的相变储能元件的侧视图；
图4为本发明的相变储能元件的水平剖视图；
图5为本发明的相变储能元件的垂直剖视图。
其中：外壳1，顶面3，底面4，第一中心凹陷区5，第一凹槽6，第二凹槽7，进料口8，通孔9。
具体实施方式
实施例1
如图1、2、3、4、5，相变储能元件为由塑料外壳1围成的密闭体系，外壳1优选为热塑性塑料，更为优选的是聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚碳酸酯，外壳1的俯视形状为圆形、椭圆形或矩形，外壳1形状近似凸透镜状，中心厚边缘薄。
外壳1包括顶面3和底面4，顶面3和底面4对称设置，顶面3、底面4分别为向外突出的曲面。顶面3设置有第一中心凹陷区5，围绕第一中心凹陷区5设置有8个第一凹槽6，第一凹槽6的一端伸入第一中心凹陷区5，相邻第一凹槽6的夹角为45°，保证了外壳1与相变材料的接触面积和均匀性，同时也提高了外壳1的尺寸稳定性，极大地增加了相变储能元件的换热效率。底面4于第一中心凹陷区5的对应位置设置有第二中心凹陷区，围绕第二中心凹陷区设置有8个第二凹槽7，第二凹槽7的一端伸入第二中心凹陷区，第一凹槽6与第二凹槽7交叉设置，第一凹槽6与第二凹槽7间的夹角为22.5°。在使用时，通常采用多个相变储能元件联用，在该角度下，减小了导热介质流经相变储能元件的流动阻力，同时增加了相变材料与外壳的接触密度，极大地提高了相变储能元件的换热效率。外壳1一侧设置有进料口8，进料口8用于注入相变材料。相变材料在外壳1内的填充率为90％，填充完毕后，将进料口8采用热熔塑封的方式进行密封。在相变材料发生相变前后的体积膨胀，不会对外壳1的尺寸稳定性带来影响，保证了外壳1的使用寿命。相变储能元件的中心还设置有通孔9，通孔9连通顶面3和底面4。通孔9的设置进一步提高了换热面积，增加了换热效率。
优选的是，外壳1的最大宽度为180mm，最大厚度为30mm。
优选的是，相变储能元件的换热面积为0.052m2，容积为335cm3。
将本发明的相变储能元件放入导热介质中，导热介质可以为水、防冻液、导热油、超导液或空气。当导热介质的温度高于储热元件时，导热介质的热量会通过储热元件的外壳表面传递到相变材料，当相变材料的温度到达相变点时，相变材料由固相转变为液相，当相变材料的温度高于相变点时，相变材料完全变为液相，此过程为相变材料储存能量。当导热介质的温度低于储热元件时，相变材料的热量通过储热元件的外壳表面传递到导热介质，当相变材料的温度降到相变点时，相变材料由液相转变为固相，当相变材料的温度低于相变点时，相变材料完全变为固相，此过程为相变材料释放能量。在一个储热系统当中，储热元件储存/释放热量的快慢，取决于导热介质与储热元件的温差，以及单位面积导热介质的流动速度。
实施例2
与实施例1不同的是，相变储能元件不包括通孔，在相变储能元件与导热介质接触时，导热介质位于相变储能元件的外表面。
上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好地使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。
Claims (10)
1.一种相变储能元件，由塑料外壳(1)围成的密闭体系，其特征在于，所述外壳(1)包括顶面(3)和底面(4)，所述顶面(3)设置有第一中心凹陷区(5)，围绕第一中心凹陷区(5)设置有复数个第一凹槽(6)，所述第一凹槽(6)的一端伸入第一中心凹陷区(5)，所述底面(4)于第一中心凹陷区(5)的对应位置设置有第二中心凹陷区，围绕第二中心凹陷区设置有复数个第二凹槽(7)，所述第二凹槽(7)的一端伸入第二中心凹陷区，所述外壳(1)一侧设置有进料口(8)，所述进料口(8)用于注入相变材料。
2.如权利要求1所述的相变储能元件，其特征在于，所述相变储能元件的中心还设置有通孔(9)，所述通孔(9)连通顶面(3)和底面(4)。
3.如权利要求1或2所述的相变储能元件，其特征在于，所述外壳(1)的俯视形状为圆形、椭圆形或矩形。
4.如权利要求1或2所述的相变储能元件，其特征在于，所述顶面(3)和底面(4)对称设置。
5.如权利要求4所述的相变储能元件，其特征在于，所述顶面(3)为向外突出的曲面。
6.如权利要求1或2所述的相变储能元件，其特征在于，所述第一凹槽(6)与第二凹槽(7)交叉设置。
7.如权利要求1或2所述的相变储能元件，其特征在于，所述第一凹槽(6)为八个，围绕第一中心凹陷区(5)对称设置。
8.如权利要求1或2所述的相变储能元件，其特征在于，相邻第一凹槽(6)间的夹角为45°。
9.如权利要求1或2所述的相变储能元件，其特征在于，所述第一凹槽(6)与第二凹槽(7)间的夹角为22.5°。
10.如权利要求1或2所述的相变储能元件，其特征在于，所述外壳(1)的最大宽度为180mm，最大厚度为30mm。
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Legal Events
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20181207 |