CN109297337B - 微胶囊复合相变储热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微胶囊复合相变储热装置，包括储热箱体、第一流体管道、若干复合相变材料封装管和保温隔层，复合相变材料封装管包括外壳、若干相变材料管和第二流体管道，相变材料管包括外管、内管以及相变材料，相变材料填充在外管与内管之间，单个相变材料管5内的相变材料的相变温度相同，各个相变材料管内的相变材料的相变温度均不相同，形成一定相变温度梯度，所有相变材料管通过第二流体管道按相变温度从高到底依次串联，所有复合相变材料封装管通过第二流体管道的两端并联在第一流体管道上，本发明能够梯级储存热量，并且梯级利用热量。
Description
技术领域
本发明涉及储热设备技术领域，尤其涉及微胶囊复合相变储热装置。
背景技术
能源的科学合理利用对经济发展起着巨大推动作用，然而在能源的实际利用中，存在能源的需求与供应的时间性和空间性错位，从而造成能源的巨大浪费。随着节能减排意识的提高，储热技术近年来受到了国内外学者的广泛关注，已成为能源领域的研究热点，尤其是具有高潜热值，储热密度大的相变材料的兴起使储热技术日趋成熟。微胶囊相变材料的出现更是进一步提高了传统相变材料的稳定性、导热系数，且体积足够小。目前，市场上储热装置主要采用显热储热，具有储热密度小、体积大、储热效率低、热损耗大、灵活性差等缺点，限制了储热技术的推广；可见针对于储热技术研究及应用还不够完善，尤其是缺乏对新技术的应用。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种微胶囊复合相变储热装置，能够梯级储存热量，并且梯级利用热量。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
微胶囊复合相变储热装置，包括：
储热箱体，所述储热箱体上设有流体入口和流体出口；
第一流体管道，设置于所述储热箱体内，所述第一流体管道的进口端从所述流体入口伸出储热箱体外，所述第一流体管道的出口端从所述流体出口伸入箱体外；
若干复合相变材料封装管，设置于所述储热箱体内；
保温隔层，设置于所述复合相变材料封装管之间，以及所述复合相变材料封装管与所述储热箱体的内壁之间；
其中，所述复合相变材料封装管包括：
外壳，所述外壳密闭设置；
若干相变材料管，设置于所述外壳内，其中每个所述相变材料管包括：
外管；
内管，设置于所述外管内；
相变材料，填充并封装在由所述外管内壁与所述内管外壁形成的空腔内；
第二流体管道，所述内管能够套设于所述第二流体管上；
各个所述相变材料管的温度均不相同，所有所述相变材料管通过第二流体管道按相变温度从高到低依次串联，所述第二流体管道的a端靠近相变温度高的相变材料管，所述第二流体管道的b端靠近相变温度低的相变材料管，所述第二流体管道的a端与b端分别伸出外壳外；
所有所述复合相变材料封装管通过第二流体管道的两端并联在所述第一流体管道上，所有所述第二流体管道的a端均与第一流体管道的进口端连接，所有所述第二流体管道的b端均与第一流体管道的出口端连接。
根据本发明的一个实施例，所述外管由陶瓷纤维制成。
根据本发明的一个实施例，所述相变材料为微胶囊相变材料。
根据本发明的一个实施例，所述外壳内设有圆柱腔，外壳的两端封闭，若干所述复合相变材料封装管的轴线与所述外壳的轴线平行。
根据本发明的一个实施例，所述内管和外管同轴设置，所述内管和外管之间形成用于容纳相变材料的环形空腔。
根据本发明的一个实施例，所述保温隔层由陶瓷纤维制成。
根据本发明的一个实施例，所述陶瓷纤维的厚度为0～1mm。
根据本发明的一个实施例，所述第二流体管道上相邻两个相变材料管的相变温度差可根据用户需求设置。
根据本发明的一个实施例，所述第二流体管道上相邻两个相变材料管的相变温度差为10℃。
本发明的有益效果：
1、本发明通过第二流体管道将填充有相变材料的相变材料管以相变温度从高到低的顺序依次连接，将各个串联后的相变材料管封装于复合相变材料封装管，并将各个复合相变材料封装管并联设置，高温流体通过第一流体管道首先进入各个复合相变材料封装管内相变温度最高的相变材料管，然后依次进入相变温度较低的相变材料管，热量储存于相变材料管内的相变材料中，高温流体在具有相变温度梯度的各个相变材料管中流动，温度不断降低直至低于复合相变材料封装管中相变材料管的最低相变温度，从而热量得到梯级储存，反之，低温流体从第一流体管道的出口端进入，逆向流入复合相变材料封装管内，低温流体连续流动吸收热量使温度不断升高直至高于复合相变材料封装管中相变材料管最高相变温度，升温后的流体从第一流体管道的进口端流出，实现能量梯级利用，提高了储热效率、热量利用效率，同时提高了热量利用品质。
2、本发明中的所有复合相变材料封装管并联，各复合相变材料封装管均能独立完成工作要求，可根据用户要求选择复合相变材料封装管并联数目来配置储热功率大小，具有可靠性高，使用周期长、易于安装、运用场合灵活等优点；
3、本发明中的相变材料为微胶囊相变材料，具有系统稳定性、导热系数高，不易破坏，绿色环保无污染，大大缩小了装置的体积，减少了热损耗。
附图说明
图1是根据本发明实施例的微胶囊复合相变储热装置的剖视图；
图2是图1的俯视剖视面图；
图3是根据本发明实施例的相变材料管的连接示意图；
图4是根据本发明实施例的合相变材料封装管的拆分结构示意图；
附图标记：
1-储热箱体；2-保温隔层；3-第一流体管道；4-复合相变材料封装管；5-相变材料管；6-外壳；7-定位装置；8-第二流体管道。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的微胶囊复合相变储热装置。
参阅图1-4，根据本发明实施例的微胶囊复合相变储热装置包括储热箱体1、第一流体管道3、若干复合相变材料封装管4和保温隔层2。
具体地，如图1所示，储热箱体1由铝合金支撑，储热箱体1上设有流体入口和流体出口，第一流体管道3设置于所述储热箱体1内，第一流体管道3的进口端从流体入口伸出储热箱体1外，第一流体管道3的出口端从流体出口伸入箱体外。
若干复合相变材料封装管4设置于储热箱体1内，如图4所示，复合相变材料封装管4包括外壳6、若干相变材料管5和第二流体管道8，外壳6由铝合金制成，为圆柱状，两端设有密封端盖，若干相变材料管5设置在外壳6内，相变材料管5包括外管、内管以及相变材料，外管和内管均为中空圆柱管，内管同轴设置在外管内，内管的外壁与外管的内壁之间形成环形空腔，相变材料填充在环形空腔内。作为优先，相变材料为微胶囊相变材料，内管能够套设在第二流体通道上，与第二流体通道过渡配合，使得流体通道内的流体与相变材料能够充分换热。单个相变材料管5内的相变材料的相变温度相同，各个相变材料管5内的相变材料的相变温度均不相同，形成一定相变温度梯度，如图3所示，所有相变材料管5通过第二流体管道8按相变温度从高到低依次串联，第二流体管道8的a端靠近相变温度高的相变材料管5，第二流体管道8的b端靠近相变温度低的相变材料管5，第二流体管道8的a端与b端分别从外壳6的顶端和底端伸出外壳6外。
所有复合相变材料封装管4通过第二流体管道8的两端并联在第一流体管道3上，所有第二流体管道8的a端均与第一流体管道3的进口端连接，所有第二流体管道8的b端均与第一流体管道3的出口段连接。各个复合相变材料封装管4之间设有定位装置7，用于支撑固定复合相变材料封装管4。
保温隔层2设置于复合相变材料封装管4之间，以及复合相变材料封装管4与储热箱体1的内壁之间；作为优选，保温隔层2由陶瓷纤维制成，陶瓷纤维的厚度为0～1mm。
根据本发明的一个实施例，外管由陶瓷纤维制成，用于保温隔热。内管由可高效换热的材质制成。
根据本发明的一个实施例，第二流体管道8上相邻两个相变材料管5的相变温度差可根据用户需求设置，作为优选，第二流体管道8上相邻两个相变材料管5的相变温度差为10℃。
本发明的工作原理：
第一流体通道的进口端与出口端均置于热源中，在外势作用下，高温流体通过第一流体通道的进口端流进装置，经各个第二流体通道的a端进入各个复合相变材料封装管4内，流经复合相变材料封装管4中各相串联的相变材料管5并通过各内管的进行换热，热量储存于各相变材料管5内填充的相变材料中，高温流体在具有相变温度梯度的不同相变温度的相变材料管5中流动温度不断降低直至低于复合相变材料封装管4中相变材料管5最低相变温度，从而热量得到梯级储存，降温后的流体流出各复合相变材料封装管4，最后通过第一流体通道的出口端流出。
第一流体通道中流体可逆向流动，低温流体由第一流体通道的出口端逆向流入复合相变材料封装管4，通过各相串联的相变材料管5的内管进行换热，原储存于相变材料中的热量梯级释放，流体连续流动吸收热量使温度不断升高直至高于复合相变材料封装管4中相变材料管5的最高相变温度，升温后的流体从第一流体通道的出口端流出。
本发明通过第二流体管道将填充有相变材料的相变材料管以相变温度从高到低的顺序依次连接，将各个串联后的相变材料管封装于复合相变材料封装管，并将各个复合相变材料封装管并联设置，高温流体通过第一流体管道首先进入各个复合相变材料封装管内相变温度最高的相变材料管，然后依次进入相变温度较低的相变材料管，热量储存于相变材料管管内的相变材料中，高温流体在具有相变温度梯度的各个相变材料管中流动，温度不断降低直至低于复合相变材料封装管中相变材料管的最低相变温度，从而热量得到梯级储存，反之，低温流体从第一流体管道的出口端进入，逆向流入复合相变材料封装管内，低温流体连续流动吸收热量使温度不断升高直至高于复合相变材料封装管中相变材料管最高相变温度，升温后的流体从第一流体管道的进口端流出，实现能量梯级利用，提高了储热效率、热量利用效率，同时提高了热量利用品质。
实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.微胶囊复合相变储热装置，其特征在于，包括：
储热箱体，所述储热箱体上设有流体入口和流体出口；
第一流体管道，设置于所述储热箱体内，所述第一流体管道的进口端从所述流体入口伸出储热箱体外，所述第一流体管道的出口端从所述流体出口伸入箱体外；
若干复合相变材料封装管，设置于所述储热箱体内；
保温隔层，设置于所述复合相变材料封装管之间，以及所述复合相变材料封装管与所述储热箱体的内壁之间；
其中，所述复合相变材料封装管包括：
外壳，所述外壳密闭设置，所述外壳内设有圆柱腔，外壳的两端封闭，若干所述复合相变材料封装管的轴线与所述外壳的轴线平行；
若干相变材料管，设置于所述外壳内，其中每个所述相变材料管包括：
外管，所述外管由陶瓷纤维制成；
内管，设置于所述外管内；
相变材料，填充并封装在由所述外管内壁与所述内管外壁形成的空腔内，所述相变材料为微胶囊相变材料；
第二流体管道，所述内管能够套设于所述第二流体管上；
各个所述相变材料管的温度均不相同，所有所述相变材料管通过第二流体管道按相变温度从高到低依次串联，所述第二流体管道的a端靠近相变温度高的相变材料管，所述第二流体管道的b端靠近相变温度低的相变材料管，所述第二流体管道的a端与b端分别伸出外壳外；
所有所述复合相变材料封装管通过第二流体管道的两端并联在所述第一流体管道上，所有所述第二流体管道的a端均与第一流体管道的进口端连接，所有所述第二流体管道的b端均与第一流体管道的出口端连接。
2.根据权利要求1所述的微胶囊复合相变储热装置，其特征在于，所述内管和外管同轴设置，所述内管和外管之间形成用于容纳相变材料的环形空腔。
3.根据权利要求1所述的微胶囊复合相变储热装置，其特征在于，所述保温隔层由陶瓷纤维制成。
4.根据权利要求3所述的微胶囊复合相变储热装置，其特征在于，所述陶瓷纤维的厚度为0～1mm。
5.根据权利要求1所述的微胶囊复合相变储热装置，其特征在于，所述第二流体管道上相邻两个相变材料管的相变温度差根据用户需求设置。
6.根据权利要求5所述的微胶囊复合相变储热装置，其特征在于，所述第二流体管道上相邻两个相变材料管的相变温度差为10℃。
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