CN109612317A - 相变材料的储热与放热系统及其工作方法 - Google Patents

相变材料的储热与放热系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相变材料的储热与放热系统及其工作方法，属于蓄能领域。该系统包括间壁式储热换热器、温度压力调节阀、液固流化床、储热罐、热源液体泵、冷源液体泵、搅拌粉碎机、放热砂粒阀、造粒流化床、PCM颗粒仓、储热砂粒阀、放热阀、液固分离器；将太阳能资源或工厂余热，储存在具有储热功能的PCM材料中，在太阳能资源匮乏或者热能供给不足的时段，将储存的热能释放。可以使得热能供求平衡，实现余热资源的有效回收与利用，且间壁式储热与放热系统可以使得储热材料不与热媒介质掺混，相变储热材料的物性不被影响，且间壁式换热器采用逆流可以提高换热效率，节约成本。

Description

相变材料的储热与放热系统及其工作方法
技术领域
本发明设计了一种相变材料的储热与放热系统及其工作方法，属于蓄能领域。
背景技术
随着人类社会经济的不断发展，能源被大量消耗，节能环保已成为大众关注的话题，开发利用新能源以及提髙能源的利用效率已经成为众多学者开发研究的重点。利用储热实现能量供应与需求的平衡，能有效提高能源利用效率达到节能环保的目的，在能源、航天、建筑、农业、化工等诸多领域具有广阔的应用前景。
间接接触式储热与放热系统将冷热流体隔开不相混合，可以确保储能材料物性不受影响，采用逆流方式可以增强换热效果，提高整个系统的换热效率。
相变储热材料在相变的过程中会吸收或释放大潜热，具有储热密度高、体积小巧、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等优点。因此被广泛应用于热量储存和温度控制领域。
发明内容
本发明利用相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大的特点而被应用于储能材料。间接接触的方法能保证PCM材料物性不受影响的同时提高换热效率。
一种相变材料的储热与放热系统及其工作方法，其特征在于：该系统包括间壁式储热换热器、温度压力调节阀、液固流化床、储热罐、热源工质泵、冷源工质泵、搅拌粉碎机、放热端砂粒阀、造粒流化床、PCM颗粒仓、储热端砂粒阀、放热工质泵、储热阀、液固分离器；
间壁式储热换热器包括热侧进口、热侧出口、低温液体进口和被加热液体出口，液固流化床包括砂粒进口、高温PCM液体进口、低温PCM液体出口，储热罐包括放热出口和储热进口，造粒流化床包括高温PCM液体进口、液固混合出口、低温PCM液体进口、冷侧进口，冷侧出口，砂粒进口；
上述液固流化床低温液体出口经过热源工质泵与间壁式储热换热器低温液体进口相连；间壁式储热换热器被加热液体出口分成两路，第一路经温度压力调节阀与储热罐储热进口相连，第二路经储热阀与液固流化床高温液体进口相连；间壁式储热换热器热侧入口与热媒介质系统出口相连，储热换热器热侧出口与热媒介质系统进口相连，热媒介质是太阳能集热媒介；
上述储热罐放热出口经过放热工质泵与造粒流化床高温PCM液体进口相连；造粒流化床液固混合出口与液固分离器进口相连；液固分离器液体出口分成两路，第一路经冷源工质泵与造粒流化床低温PCM液体进口相连，第二路经搅拌粉碎机与PCM颗粒仓进口相连；造粒流化床的冷侧入口与冷媒介质系统出口相连，造粒流化床冷侧出口与冷媒介质系统进口相连；
上述颗粒仓出口分成两路，第一路分别经放热端砂粒阀与造粒流化床砂粒进口相连，第二路经储热端砂粒阀与液固流化床砂粒进口相连。
所述的相变材料储热与放热系统的工作方法，其特征在于，包括以下过程：
在太阳能资源丰富的季节或者有工厂废热排放时，打开所述储热端砂粒阀、温度压力调节阀和储热阀，关闭放热端砂粒阀，砂粒流经储热端砂粒阀从砂粒进口进入液固流化床；同时，未达到过热温度的高温PCM液体经储热阀进入液固流化床的高温PCM液体进口；高温的PCM液体被砂粒冷却形成低温PCM液体从液固流化床低温PCM液体出口流出经热源工质泵从间壁式储热换热器低温液体进口进入，被加热成过热的PCM液体，流经温度压力调节阀监测其温度压力，若达到所设定的温度压力则从储热进口进入储热罐存储；若高温高压的PCM液体温度压力未达标则经储热阀再次经过储热阀回到液固流化床的高温PCM液体进口进入循环；由此，完成热能的储存过程；
在热量使用高峰期，打开所述放热端砂粒阀，关闭储热端砂粒阀、温度压力调节阀和储热阀，储热罐中的过热PCM液体经放热工质泵被输送，送至造粒流化床，从高温PCM液体进口进入到造粒流化床；同时，PCM颗粒从PCM颗粒仓出口流出经放热端砂粒阀至砂粒进口进入到造粒流化床，砂粒、高温PCM液体在造粒流化床中直接接触，与冷源介质间接接触发生换热，砂粒被高温的PCM液体加热在造粒流化床中形成块状的PCM晶体， PCM晶体块和未形成晶体块的低温PCM液体在造粒流化床中同时存在，并从液固出口同时流出造粒流化床进入到液固分离器，PCM晶体块被分离脱落进入搅拌粉碎机，形成PCM颗粒，PCM颗粒从搅拌机出口流出至PCM颗粒仓；被分离的低温PCM液体经冷源工质泵从造粒流化床被冷却液体出口引出又从造粒流化床的冷却液体进口进入再次循环；由此，完成热能的释放过程。
本发明在太阳能资源丰富时，利用太阳能将PCM液体在间壁式储热换热器中加热成过热的PCM液体，储存在储热罐中，实现热量的储存。在太阳能匮乏或者余热不足时，将过热的PCM液体在造粒流化床中放热结晶成固态PCM颗粒，储存在颗粒仓中，实现热量的释放。本发明提出的相变材料储热与放热系统不仅可以实现对余热的回收再利用，也可以提高整个系统的换热效率。
附图说明
图1 所述间接接触储热与放热的系统图；
图2 所述间接接触储热工作过程图；
图3 所述间接接触放热工作过程图；
图中标号名称：1-间壁式储热换热器、2-温度压力调节阀、3-液固流化床、4-储热罐、5-热源工质泵、6-冷源工质泵、7-搅拌机、8-放热端砂粒阀、9-造粒流化床、10-PCM颗粒仓、11-储热端砂粒阀、12-放热工质泵、13-储热阀；14-液固分离器。
具体实施方法
图1 是本发明提出的间接接触储热放热系统图，下面参照图1 说明系统的工作过程。
在太阳能资源丰富的季节或者有工厂废热排放时，打开所述储热端砂粒阀11、温度压力调节阀2和储热阀13，关闭放热端砂粒阀8，砂粒流经储热端砂粒阀11从砂粒进口进入液固流化床3；同时，未达到过热温度的高温PCM液体经储热阀13进入液固流化床3的高温PCM液体进口；高温的PCM液体被砂粒冷却形成低温PCM液体从液固流化床3低温PCM液体出口流出经热源工质泵5从间壁式储热换热器1低温液体进口进入，被加热成过热的PCM液体，流经温度压力调节阀2监测其温度压力，若达到所设定的温度压力则从储热进口进入储热罐4存储；若高温高压的PCM液体温度压力未达标则经储热阀13再次经过储热阀13回到液固流化床3的高温PCM液体进口进入循环；由此，完成热能的储存过程；
在热量使用高峰期，打开所述放热端砂粒阀8，关闭储热端砂粒阀11、温度压力调节阀2和储热阀13，储热罐4中的过热PCM液体经放热工质泵12被输送，送至造粒流化床9，从高温PCM液体进口进入到造粒流化床9；同时，PCM颗粒从PCM颗粒仓10出口流出经放热端砂粒阀8至砂粒进口进入到造粒流化床9，砂粒、高温PCM液体在造粒流化床9中直接接触，与冷源介质间接接触发生换热，砂粒被高温的PCM液体加热在造粒流化床9中形成块状的PCM晶体，PCM晶体块和未形成晶体块的低温PCM液体在造粒流化床9中同时存在，并从液固出口同时流出造粒流化床9进入到液固分离器14，PCM晶体块被分离脱落进入搅拌粉碎机7，形成PCM颗粒，PCM颗粒从搅拌机7出口流出至PCM颗粒仓10；被分离的低温PCM液体经冷源工质泵6从造粒流化床9被冷却液体出口引出又从造粒流化床9的冷却液体进口进入再次循环；由此，完成热能的释放过程。

Claims (2)

1.一种相变材料的储热与放热系统及其工作方法，其特征在于：该系统包括间壁式储热换热器（1）、温度压力调节阀（2）、液固流化床（3）、储热罐（4）、热源工质泵（5）、冷源工质泵（6）、搅拌粉碎机（7）、放热端砂粒阀（8）、造粒流化床（9）、PCM颗粒仓（10）、储热端砂粒阀（11）、放热工质泵（12）、储热阀（13）、液固分离器（14）；
间壁式储热换热器（1）包括热侧进口、热侧出口、低温液体进口和被加热液体出口，液固流化床（3）包括砂粒进口、高温PCM液体进口、低温PCM液体出口，储热罐（4）包括放热出口和储热进口，造粒流化床（9）包括高温PCM液体进口、液固混合出口、低温PCM液体进口、冷侧进口，冷侧出口，砂粒进口；
上述液固流化床（3）低温液体出口经过热源工质泵（5）与间壁式储热换热器（1）低温液体进口相连；间壁式储热换热器（1）被加热液体出口分成两路，第一路经温度压力调节阀（2）与储热罐（4）储热进口相连，第二路经储热阀（13）与液固流化床（3）高温液体进口相连；间壁式储热换热器（1）热侧入口与热媒介质系统出口相连，储热换热器（1）热侧出口与热媒介质系统进口相连，热媒介质是太阳能集热媒介；
上述储热罐（4）放热出口经过放热工质泵（12）与造粒流化床（9）高温PCM液体进口相连；造粒流化床（9）液固混合出口与液固分离器（14）进口相连；液固分离器（14）液体出口分成两路，第一路经冷源工质泵（6）与造粒流化床（9）低温PCM液体进口相连，第二路经搅拌粉碎机（7）与PCM颗粒仓（10）进口相连；造粒流化床（9）的冷侧入口与冷媒介质系统出口相连，造粒流化床（9）冷侧出口与冷媒介质系统进口相连；
上述颗粒仓（10）出口分成两路，第一路分别经放热端砂粒阀（8）与造粒流化床（9）砂粒进口相连，第二路经储热端砂粒阀（11）与液固流化床（3）砂粒进口相连。
2.根据权利要求1所述的相变材料的储热与放热系统的工作方法，其特征在于，包括以下过程：
在太阳能资源丰富的季节或者有工厂废热排放时，打开所述储热端砂粒阀（11）、温度压力调节阀（2）和储热阀（13），关闭放热端砂粒阀（8），砂粒流经储热端砂粒阀（11）从砂粒进口进入液固流化床（3）；同时，未达到过热温度的高温PCM液体经储热阀（13）进入液固流化床（3）的高温PCM液体进口；高温的PCM液体被砂粒冷却形成低温PCM液体从液固流化床（3）低温PCM液体出口流出经热源工质泵（5）从间壁式储热换热器（1）低温液体进口进入，被加热成过热的PCM液体，流经温度压力调节阀（2）监测其温度压力，若达到所设定的温度压力则从储热进口进入储热罐（4）存储；若高温高压的PCM液体温度压力未达标则经储热阀（13）再次经过储热阀（13）回到液固流化床（3）的高温PCM液体进口进入循环；由此，完成热能的储存过程；
在热量使用高峰期，打开所述放热端砂粒阀（8），关闭储热端砂粒阀（11）、温度压力调节阀（2）和储热阀（13），储热罐（4）中的过热PCM液体经放热工质泵（12）被输送，送至造粒流化床（9），从高温PCM液体进口进入到造粒流化床（9）；同时，PCM颗粒从PCM颗粒仓（10）出口流出经放热端砂粒阀（8）至砂粒进口进入到造粒流化床（9），砂粒、高温PCM液体在造粒流化床（9）中直接接触，与冷源介质间接接触发生换热，砂粒被高温的PCM液体加热在造粒流化床（9）中形成块状的PCM晶体， PCM晶体块和未形成晶体块的低温PCM液体在造粒流化床（9）中同时存在，并从液固出口同时流出造粒流化床（9）进入到液固分离器（14），PCM晶体块被分离脱落进入搅拌粉碎机（7），形成PCM颗粒，PCM颗粒从搅拌机（7）出口流出至PCM颗粒仓（10）；被分离的低温PCM液体经冷源工质泵（6）从造粒流化床（9）被冷却液体出口引出又从造粒流化床（9）的冷却液体进口进入再次循环；由此，完成热能的释放过程。
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