CN109341397A - 一种高效热能存储装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高效热能存储装置，包括：第一壳体、储能单元及换热工质；所述第一壳体内填充有所述储能单元和所述换热工质；所述储能单元包括：第二壳体和相变材料，所述相变材料被包裹于所述第二壳体中。本发明通过将相变材料制成储能单元，内置于壳体中，能够使相变材料与换热工质之间拥有极高的热交换面积以及低的接触热阻，能够实现高效储热和缓慢放热。
Description
技术领域
本发明涉及热储能技术领域，尤其涉及一种高效热能存储装置。
背景技术
在现有各种能源中，热能是应用最为广泛，存在最为广泛的能源之一。但热能本身的低品位、以及热能存储技术的落后，也使热能成为了浪费最为严重，利用最为低效的能源之一。
在现有热能存储技术中，以相变材料作为热能存储的载体，利用材料本身的特性，将显热转化为相变潜热，是大量储存热量的有效方法。但常用相变材料往往导热系数低，如是石蜡导热系数仅仅约0.3W/(m·k)。过低低导热系数导致了热能存储速度的缓慢，极大的限制了相变材料的应用。
热管通过中空的内部的传热介质的汽、液相变循环，使其具有超高的导热能力，与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。将相变材料与热管结合，组建储能系统是一个改善热能存储速度有效的方法，但热管本身与相变材料有限的接触面积依然制约了储能效率进一步提升。
发明内容
本发明实施例提供了一种高效热能存储装置，能够提高储能效率且实现缓慢放热。
本发明提供了一种高效热能存储装置，包括：第一壳体、储能单元及换热工质；
所述第一壳体内填充有所述储能单元和所述换热工质；
所述储能单元包括：第二壳体和相变材料，所述相变材料被包裹于所述第二壳体中。
优选地，所述高效热能存储装置包含至少两种类型的所述储能单元，每种类型的所述储能单元对应内设有一种相变材料，每种所述相变材料具备对应的相变温度。
优选地，所述相变材料为固液相变的材料。
优选地，所述第二壳体为矩形体或椭球体或球体。
优选地，所述第二壳体的熔化温度高于所述高效热能存储装置的最高工作温度。
优选地，所述换热工质常温常压下为液态，沸点的取值范围为-60℃～300℃。
优选地，所述换热工质在所述第一壳体内的填充率的取值范围为0～80％。
优选地，所述第一壳体为矩形体或球体或圆柱体。
优选地，所述第一壳体的外表面上固定连接有翅片。
优选地，所述第一壳体的内腔为真空状态。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供了一种高效热能存储装置，包括：第一壳体、储能单元及换热工质；所述第一壳体内填充有所述储能单元和所述换热工质；所述储能单元包括：第二壳体和相变材料，所述相变材料被包裹于所述第二壳体中。本发明通过将相变材料制成储能单元，内置于壳体中，能够使相变材料与换热工质之间拥有极高的热交换面积以及低的接触热阻，能够实现高效储热和缓慢放热。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种高效热能存储装置的一个实施例的结构示意图；
图2为储能单元的结构示意图；
图3为本发明提供的一种高效热能存储装置的第二应用场景的示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种高效热能存储装置，能够提高储能效率且实现缓慢放热。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明提供的一种高效热能存储装置的一个实施例，包括：第一壳体1、储能单元2及换热工质3；
第一壳体1为一个密封结构，其内部填充有储能单元2和换热工质3；
储能单元2包括：第二壳体21和相变材料22，相变材料22被包裹于第二壳体21中。可以理解的是，第一壳体1与换热工质3构成了热管，本发明将储能单元2内置于前述的热管内部，并且各储能单元2相互之间留有间隙，用作换热工质的流道8，进而将热管高效导热的原理和相变材料本身的属性进行了深度整合。
本发明通过将相变材料22制成储能单元2，内置于第一壳体1中，能够使相变材料22与换热工质3之间拥有极高的热交换面积以及低的接触热阻，能够实现高效储热和缓慢放热。
更进一步地，高效热能存储装置包含至少两种类型的储能单元2，每种类型的储能单元2对应内设有一种相变材料22，每种相变材料22具备对应的相变温度，因此能够通过调整储能单元2之间的种类和配比，进而能够实现热能存储和释放过程中的多相变温度的存储和释放，以及准确控制各相变温度的相变潜热的大小。
更进一步地，相变材料22可以为固液相变的材料。
更进一步地，第二壳体21的形状可以根据实际需求进行设置，通常为矩形体或椭球体或球体。
更进一步地，为了提高整个高效热能存储装置的性能，第二壳体21的熔化温度通常高于高效热能存储装置的最高工作温度。
更进一步地，换热工质3常温常压下为液态，沸点的取值范围为-60℃～300℃。
更进一步地，为了实现较优的传热效果，换热工质3在第一壳体1内的填充率的取值范围可以为0～80％。
更进一步地，第一壳体1的形状可以根据实际需求进行设置，通常为矩形体或球体或圆柱体。
更进一步地，第一壳体1的外表面上固定连接有翅片，用于进一步加强传热。
更进一步地，第一壳体1的内腔为真空状态。室温下，其腔内压力介于0到102kPa之间。
本发明针对相变材料导热系数低限制热能存储系统储热效率问题，将热管原理与相变材料深度结合，提供了一种具有多相变温度的高效热能存储装置，该高效热能存储装置具有高效储热，缓慢放热，结构简单，无需维护，相比温度、相变潜热易于控制等多种优点。
以下将以两个具体应用场景对本发明提供的一种高效热能存储装置进行具体说明：
场景一，请参阅图1和图2，本发明提供的一种高效热能存储装置，采用了方形的第一壳体1，与两种储能单元2(其中一种呈规格较大的球体状，另一种呈规格较小的球体状)。其具有高效储热，缓慢放热，结构简单，无需维护等优点外，还具有2个相变温度点、及2个对应的相变潜热，其相变潜热与两种储能单元2质量配比有关。
在本发明提供的高效热能存储装置包括：第一壳体1、换热工质3、储能单元2。换热工质3和两种储能单元2，内置于第一壳体1中。第一壳体1，其形状为方形。换热工质3在常温常压下为液态，沸点处于56.5℃，其充液率占比30％。
储能单元2，包括第二壳体21、相变材料22。两种储能单元2的形状都为球形，区别在于两种储能单元2的直径各不同，包裹相变材料22相变点与熔化潜热也不同。其中一种储能单元2包裹相变材料22为相变温度为45℃，另一种储能单元2包裹相变材料22为相变温度为50℃。
第二壳体21包裹所述的相变材料22，用于防止相变材料22融化后泄露。第二壳体21材料为铝合金。
场景二，请参阅图3，本发明提供的一种高效热能存储装置，装置壳体4为圆柱形。所用换热工质沸点更高，其常温常压下沸点为100℃。所用的第一储能单元5、第二储能单元6和第三储能单元7，相变温度，形状尺寸、以及材料配比不同。本场景中所述具有多相变温度的高效热能存储装置，具有3个相变温度点、及3个对应的相变潜热，其相变潜热与第一储能单元5、第二储能单元6和第三储能单元7质量配比有关。
本发明所述具有多相变温度的高效热能存储装置，使相变材料与换热工质具有极高的热交换面积以及低的接触热阻，并且通过调整不同相变温度的储能单元配比，即可具有多个相变温度和准确控制不同相变温度吸收的相变潜热。其具有高效储热，缓慢放热，结构简单，无需维护，相比温度、相变潜热易于控制等多种优点。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种高效热能存储装置，其特征在于，包括：第一壳体、储能单元及换热工质；
所述第一壳体内填充有所述储能单元和所述换热工质；
所述储能单元包括：第二壳体和相变材料，所述相变材料被包裹于所述第二壳体中。
2.根据权利要求1所述的高效热能存储装置，其特征在于，所述高效热能存储装置包含至少两种类型的所述储能单元，每种类型的所述储能单元对应内设有一种相变材料，每种所述相变材料具备对应的相变温度。
3.根据权利要求2所述的高效热能存储装置，其特征在于，所述相变材料为固液相变的材料。
4.根据权利要求3所述的高效热能存储装置，其特征在于，所述第二壳体为矩形体或椭球体或球体。
5.根据权利要求4所述的高效热能存储装置，其特征在于，所述第二壳体的熔化温度高于所述高效热能存储装置的最高工作温度。
6.根据权利要求1所述的高效热能存储装置，其特征在于，所述换热工质常温常压下为液态，沸点的取值范围为-60℃～300℃。
7.根据权利要求6所述的高效热能存储装置，其特征在于，所述换热工质在所述第一壳体内的填充率的取值范围为0～80％。
8.根据权利要求1所述的高效热能存储装置，其特征在于，所述第一壳体为矩形体或球体或圆柱体。
9.根据权利要求8所述的高效热能存储装置，其特征在于，所述第一壳体的外表面上固定连接有翅片。
10.根据权利要求9所述的高效热能存储装置，其特征在于，所述第一壳体的内腔为真空状态。
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