CN109297336A - 一种相变储能装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变储能装置及系统，相变储能装置包括外壳、内胆、多个相变储能元件、循环介质进口、循环介质进口、循环介质，所述外壳内部设置有用于容纳所述相变储能元件的内胆，所述内胆的侧面开设有循环介质进口和循环介质出口，所述循环介质填充于所述内胆中，所述相变储能元件包括相变材料和用于容纳相变材料的塑料封装体。该相变储能装置解决了相变材料从相变储能元件中泄露的问题，实现了快速储存和释放能量，换热功率大，且系统常压状态操作，安全可靠，可以持续稳定输出能量。

Description

一种相变储能装置及系统

技术领域

本发明涉及相变材料储能技术领域，具体涉及一种相变储能装置及系统。

背景技术

相变储能己经逐渐成为储能领域的重要手段，相变材料主要包括无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料，每种材料都有其对应的相变熔点。使用时，以固液相变为例，当热源处的温度达到相变材料的熔点时，相变材料即以潜热的形式从热源处吸收热量，而在温度低于相变材料的熔点时，相变潜热再释放出来，以达到储能的目的。

现有技术中，相变储能装置一般有两种形式，一种在内胆直接灌装相变材料，另一种是将相变材料封装起来成为相变储能元件，然后将相变储能元件放置在内胆中。内胆和相变储能元件的封装体一般都采用导热能力比较优异的金属制品，但是在使用过程中，相变材料会与金属发生化学反应，对容器造成一定的腐蚀，存在泄漏的隐患，因此寻找一种既能解决泄漏、换热效率不高的问题，同时又能持续稳定输出能量且安全可靠的相变储能装置及系统非常迫切。

授权公告号CN 103344147 B公开了一种相变储能装置，包括外壳、石蜡腔、塑料盖、石蜡、金属颗粒及低熔点金属组成，外壳作为相变储能装置的外围框架与热源紧密贴合。石蜡腔、塑料盖和石蜡组成石蜡相变单元，均匀填充在外壳中。其采用石蜡作为相变材料，虽然可以解决无机相变材料腐蚀金属导致泄漏的问题，但是石蜡的热传导性能和储能密度都不如常用的无机相变材料，应用领域受到限制。

发明内容

本发明提供一种相变储能装置，它可以解决现有技术中存在的泄漏、换热效率不高问题，此外，本发明还提供一种安全可靠，持续稳定输出能量且具有可调控性的相变储能系统。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种相变储能装置，包括外壳、内胆、多个相变储能元件、循环介质进口、循环介质出口、循环介质，所述外壳内部设置有用于容纳所述相变储能元件的内胆，所述内胆的侧面开设有循环介质进口和循环介质出口，所述循环介质在所述内胆中循环流动，所述相变储能元件包括相变材料和用于容纳相变材料的塑料封装体。

优选地，所述塑料封装体的外形为圆形、方形或椭圆形。

进一步的技术效果在于，塑料封装体的外形设置为中心厚、边缘薄的圆形或椭圆形，进一步增加了相变储能元件与循环介质之间的接触面积，提升了热量传输效果，且增加了相变储能元件的尺寸稳定性。

优选地，所述塑料封装体材质为聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚碳酸酯

进一步的技术效果在于，聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯等热塑性塑料具有良好的弹性和耐压缩变形性，有利于提高相变储能元件的抗热应力变化能力。

优选地，所述外壳和内胆之间设置有保温层，所述保温层材料为发泡聚氨酯、硅酸盐保温材料或凝胶保温材料。

进一步的技术效果在于，通过在外壳和内胆之间设置保温层，减少相变储能装置中的能量损失。

优选地，所述内胆上端设置有密封顶盖，所述顶盖中间设置有保温层。

进一步的技术效果在于，由于相变储能装置是常压装置，打开顶盖可以投放或更换相变储能元件，同时方便进行相变储能装置的安装和维护，且顶盖设置有保温机构具有保温功能。

优选地，所述内胆中设置有孔板，所述孔板与所述内胆底部之间留有间隙。

进一步的技术效果在于，通过在内胆底部设置孔板，孔板可以根据装置中相变储能元件的数量和位置进行相应的位置调节，增加了循环介质的流动均匀性，使得能量传递更加均匀稳定。

优选地，所述循环介质进口的垂直高度低于所述孔板。

进一步的技术效果在于，循环介质通过孔板，从相变储能元件的下方向上方流动，有效的实现了热量的稳定传输，提升了换热功率。

优选地，所述内胆侧面开设有循环介质补充口，所述循环介质补充口位于所述循环介质出口上方。

进一步的技术效果在于，通过设置循环介质补充口，保证了循环介质的液位高度高于出水口，进而保证了整个系统长时间稳定运行。

本发明的第二方面，提供一种相变储能系统，用于相变储能装置进行能量输出，包括多源装置、循环泵、换热器，所述循环泵一侧与所述相变储能装置上的循环介质出口连接，另一侧与所述多源装置连接，所述换热器一侧与所述多源装置连接，另一侧连接所述相变储能装置上的循环介质进口；所述多源装置包括相并联的热源支路与冷源支路，所述冷源支路上依次设置有第一电动阀和制冷机组，所述热源支路上依次设置有第二电动阀和电加热器。

优选地，所述的多源装置与所述的换热器之间设置有电动三通调节阀，通过调节电动三通调节阀的开合度来控制能量的输出功率。

本发明提供的一种相变储能装置及系统具有如下优点：

（1）本发明中相变储能装置中相变储能元件的封装体是塑料，相变材料与塑料不会发生化学反应，解决了相变材料从相变储能装置泄漏的问题，可以针对于不同的储能需求对相变材料进行选择，应用范围广；且塑料有相当大的尺寸稳定性，能够保证系统长期稳定运行。

（2）本发明中循环介质对相变储能元件之间的间隙进行无死角的填充，循环介质采用循环流动的方式，起到很好的热量传输效果。

（3）本发明中相变储能装置包括多个相变储能元件，相变储能元件与循环介质之间的接触面积增大，可以实现快速的储存和释放能量，提升装置的换热功率。

（4）本发明中相变储能系统操作简单，根据具体需求，选用具有不同相变温度的相变储能元件，经过简单的操作实现热源与冷源的切换，即可满足末端的供暖或供冷需求；该系统在常压状态使用，安全可靠，可以持续稳定地输出能量。

附图说明

图1为本发明相变储能装置示意图；

图2为本发明相变储能系统示意图。

其中，附图标记具体说明如下：相变储能装置1，外壳2，保温层3，内胆4，相变储能元件5，顶盖6，孔板7，孔板支撑件8，支撑件9，进水口10，出水口11，补水口12，溢流口13，浮球阀14，循环介质15，电加热器16，制冷机组17，第一循环泵18，电动三通调节阀19，第一电动阀20，第二电动阀21，换热器22，补水箱23，排污阀24，第二循环泵25，末端26。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本实施例展示了本发明提供的相变储能装置及系统的一种典型应用，如图1所示，为本发明提供的相变储能装置示意图，相变储能装置1包括外壳2和内胆4，外壳2为圆柱形或方形，本实施例中外壳2为长方形，在外壳2和内胆4之间设置保温层3，保温层3的材质优选发泡聚氨酯，也可以是硅酸盐保温材料或凝胶保温材料。在内胆4内部填充循环介质15和多个相变储能元件5，循环介质15优选水，也可以是防冻液、导热油，相变储能元件5包括塑料封装体和相变材料，塑料封装体的材质优选具有良好的弹性和耐压缩变形性的热塑性塑料，为聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚碳酸酯，塑料封装体的外形为圆形或椭圆形，本实施例中塑料封装体的外形为椭圆形，可以增加相变储能元件5的尺寸稳定性，相变材料在相变温度点发生相变，伴随吸收或释放能量，可以根据具体的储能需求选择合适有机相变材料或无机相变材料中。相变储能装置1的顶部设置具有密封保温功能的顶盖6，顶盖6中间的保温层材料采用外壳2和内胆4之间的保温层材料，在内胆4靠近底部的位置活动设置孔板7，在孔板7下部设置孔板支撑件8，根据实际应用调整孔板支撑件8的高度，进而对孔板7的位置进行调整。在相变储能装置1底部设置支撑件9，在内胆4侧面从下往上依次开设进水口10、出水口11、补水口12和溢流口13，进水口10的垂直高度低于孔板7，出水口11设置于内胆4侧面上部，垂直高度高于内胆4中的相变储能元件5，补水口12设置浮球阀14。

如图2所示，为本发明提供的相变储能系统示意图，包括相变储能装置1、电加热器16、制冷机组17、第一循环泵18、电动三通调节阀19、第一电动阀20、第二电动阀21、换热器22、补水箱23、排污阀24、第二循环泵25和末端26。将相变储能装置1的出水口11用管路与第一循环泵18连通，循环泵的前后分别设置过滤器和单向阀，然后与两个并联支路连接，一个是热源支路，包括电加热器16和第二电动阀21；另一个支路是冷源支路，包括制冷机组17和第一电动阀20。将冷源支路和热源支路一起通过电动三通调节阀19连接到换热器22上，换热器22的另外一侧连接末端26，末端26一侧连接第二循环泵25，末端26与第二循环泵25之间设置有过滤器，最后与连接到相变储能装置1的进水口10构成循环回路。相变储能装置1设置有补水口12，连接高位补水箱23。排污阀24设置于靠近进水口10处。

相变储能装置1的工作原理是，根据末端26的需求，在内胆4中填充一定数量的相变储能元件5，相变储能元件5中封装相变材料，可以根据实际应用选择具有相应相变点的有机相变材料或无机相变材料。在内胆4中充满循环介质15，循环介质15在容器中处于设定的液位，并且按照一定的流量从进水口10流入，通过孔板7，与相变储能元件5进行充分的热量传递，再从出水口11流出。循环介质15流动过程中，当循环介质15的温度高于储能元件时，循环介质15的热量会传递到相变材料，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，此过程为相变材料储存能量。当循环介质15的温度低于相变储能元件5时，相变材料的热量传递到循环介质15，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，此过程为相变材料释放能量。

相变储能系统的工作原理是，该相变储能系统具有供暖和供冷两种模式。在供暖模式下，相变储能装置1中填充的是相变点优选为58℃的相变储能材料，热源为电加热器16，第二电动阀21是开启状态，第一电动阀20是关闭状态。在供冷模式下，相变储能装置1中填充的是相变点优选为8℃的相变储能材料，冷源为制冷机组17，此时第一电动阀20是开启状态，第二电动阀21是关闭状态。

系统处于供暖模式时，在储热情况下，利用电加热器16进行制热，第一循环泵18启动，通过循环介质15将热量传递到相变储能装置1中。在放热情况下，电加热器16关闭，第一循环泵18和第二循环泵25都是启动状态，将相变储能装置1储存的热量通过循环介质15和换热器22传递到末端26。系统处于供冷模式时，在储冷工况下，利用制冷机组17进行制冷第一循环泵18启动，通过循环介质15将冷量传递到相变储能装置1中。在放冷情况下，制冷机组17关闭，第一循环泵18和第二循环泵25都是启动状态，将相变储能装置1储存的冷量通过循环介质15和换热器22传递到末端26。

在末端26不需要供热的时间段，电加热器16进行制热，通过循环介质15将热量储存在相变储能装置1中。在末端26需要供热的时间段，电加热器16停止工作，相变储能装置1将储存的能量通过循环介质15和换热器22传输到末端26。系统中电加热器16对相变储能装置1进行蓄能的同时，也可以向末端26输送热量。可以通过控制电动三通调节阀19来控制能量的输出功率。

在末端26不需要供冷的时间段，制冷机组17进行制冷，通过循环介质15将冷量储存在相变储能装置1中。在末端26需要供冷的时间段，制冷机组17停止工作，相变储能装置1将储存的能量通过循环介质15和换热器22传输到末端26。系统中制冷机组17对相变储能装置1进行蓄能的同时，也可以向末端26输送冷量。可以通过控制电动三通调节阀19来控制能量的输出功率。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种相变储能装置，其特征在于，包括外壳、内胆、多个相变储能元件、循环介质进口、循环介质出口、循环介质，所述外壳内部设置有用于容纳所述相变储能元件的内胆，所述内胆的侧面开设有循环介质进口和循环介质出口，所述循环介质在所述内胆中循环流动，所述相变储能元件包括相变材料和用于容纳相变材料的塑料封装体。

2.根据权利要求1所述的相变储能装置，其特征在于，所述塑料封装体的外形为圆形、方形或椭圆形。

3.根据权利要求1或2所述的相变储能装置，其特征在于，所述塑料封装体材质为聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚碳酸酯。

4.根据权利要求1所述的相变储能装置，其特征在于，所述外壳和内胆之间设置有保温层，所述保温层材料为发泡聚氨酯、硅酸盐保温材料或凝胶保温材料。

5.根据权利要求1所述的相变储能装置，其特征在于，所述内胆上端设置有密封顶盖，所述顶盖中间设置有保温层。

6.根据权利要求1所述的相变储能装置，其特征在于，所述内胆中设置有孔板，所述孔板与所述内胆底部之间留有间隙。

7.根据权利要求6所述的相变储能装置，其特征在于，所述循环介质进口的垂直高度低于所述孔板。

8.根据权利要求1所述的相变储能装置，其特征在于，所述内胆侧面开设有循环介质补充口，所述循环介质补充口位于所述循环介质出口上方。

9.一种相变储能系统，用于对权利要求1中所述的相变储能装置进行能量输出，其特征在于，包括多源装置、循环泵、换热器，所述循环泵一侧与所述相变储能装置上的循环介质出口连接，另一侧与所述多源装置连接，所述换热器一侧与所述多源装置连接，另一侧连接所述相变储能装置上的循环介质进口；

所述多源装置包括相并联的热源支路与冷源支路，所述冷源支路上依次设置有第一电动阀和制冷机组，所述热源支路上依次设置有第二电动阀和电加热器。

10.根据权利要求9所述的一种相变储能系统，其特征在于，所述的多源装置与所述的换热器之间设置有电动三

通调节阀。