CN113375490A - 相变储能换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变储能换热系统，包括框架以及多个相变储能换热模块；框架上设有至少一个容置空间，容置空间的相对两侧开放，分别形成进风侧和出风侧；多个相变储能换热模块相间隔平行排布在容置空间内；相变储能换热模块包括至少两个相间隔平行排布的换热板、设置在相邻两个换热板之间的换热齿；换热板具有内部夹层，用于容纳相变工质；相变储能换热模块之间的间隔、换热板之间的间隔分别形成连通进风侧和出风侧的换热通道。本发明的相变储能换热系统，以相变储能换热模块在框架内的设置构建相变储能系统，利用相变工质潜热，无需外驱动能源输入，当进风温度不稳定时自动启动进行温度调节，解决一定范围内的室内温度不稳定问题。

Description

相变储能换热系统

技术领域

本发明涉及相变储能技术领域，尤其涉及一种相变储能换热系统。

背景技术

一些对温度要求比较严格的场景，例如服务器、精密仪器实验室等，需要维持室内恒温。当电网负荷不稳或供能设备故障等问题出现时，室内温度会发生变化，影响仪器设备的正常运行。

目前解决上述问题的方法是提高供能设备设计参数或者新增备用设备。然而，上述方法存在以下三方面问题：1、造成了设备投资增加和设备冗余问题；2、在超过设备设计负荷的情况下，无法灵活调节散热能力，有一定的局限性；3、当设备出现故障需要维修更换时，需要进行整个系统的调节更换，各类成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种无需外驱动能源输入、通过相变潜热为流经空气升温或降温的相变储能换热系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种相变储能换热系统，包括框架以及多个相变储能换热模块；所述框架上设有至少一个容置空间，所述容置空间的相对两侧开放，分别形成进风侧和出风侧；多个所述相变储能换热模块相间隔平行排布在所述容置空间内；

所述相变储能换热模块包括至少两个相间隔平行排布的换热板、设置在相邻两个所述换热板之间的换热齿组；所述换热板具有内部夹层，用于容纳相变工质；所述相变储能换热模块之间的间隔、所述换热板之间的间隔分别形成连通所述进风侧和出风侧的换热通道。

优选地，所述换热板包括相对配合的两个金属板，所述内部夹层形成在两个所述金属板之间。

优选地，一所述金属板为平板，另一所述金属板为具有凹陷部的凹板。

优选地，两个所述金属板均为具有凹陷部的凹板，两个凹板以内凹的一面相对配合形成所述换热板。

优选地，两个所述金属板均为平板，两个平板相对配合后通过周缘肋板连接。

优选地，所述换热板还包括设置在所述内部夹层中的支撑结构；

所述支撑结构包括支撑齿条、加强筋和支撑柱中一种或多种。

优选地，所述相变储能换热模块还包括分别配合在至少两个所述换热板的相对两端部的两组定位连接组件。

优选地，所述定位连接组件包括设置于每相邻的两个所述换热板的端部之间的连接块；所述连接块通过焊接或紧固组件与所述换热板的端部连接在一起。

优选地，所述换热齿组包括多个平行排布的换热齿条；每一所述换热齿条包括多个沿换热齿条的长度方向依次连接的折叠凸起部。

优选地，所述换热齿组包括排布形成多行多列的多个折叠凸起部。

优选地，所述容置空间的顶部和/或底部设有用于定位所述相变储能换热模块的定位结构。

优选地，所述定位结构包括定位板、多个相间隔平行排布在所述定位板上的台阶；相邻两个所述台阶之间的间隔形成导向定位槽；

每一所述相变储能换热模块的端部配合在所述导向定位槽内。

本发明的有益效果：以相变储能换热模块在框架内的设置构建相变储能系统，数量可根据换热需求灵活设置；利用相变工质潜热，无需外驱动能源输入，当进风温度不稳定时自动启动进行温度调节，解决一定范围内的室内温度不稳定问题，实现供能设备设计负荷削峰填谷，降低投资，减少设备冗余问题。

以相变储能换热模块作为储能换热单元，在系统超过设计负荷的极端情况下，可通过更换相变储能换热模块实现灵活调节系统散热能力；在系统的安装、发生故障需要维修替换时，只需移动相变储能换热模块即可，操作方便、快捷且成本低。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的相变储能换热系统的结构示意图；

图2是图1中A部分的放大结构示意图；

图3是本发明一实施例的相变储能换热系统中框架的结构示意图；

图4是本发明一实施例的相变储能换热系统中定位结构的结构示意图；

图5是本发明一实施例的相变储能换热系统中相变储能换热模块的结构示意图；

图6是图5所示相变储能换热模块中一换热板的分解结构示意图；

图7是图5所示相变储能换热模块中换热齿组在换热板上的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1、2所示，本发明一实施例的相变储能换热系统，包括框架10以及设置在框架10内的多个相变储能换热模块20。

框架10上设有至少一个容置空间100，容置空间100的相对两侧开放，分别形成进风侧和出风侧；多个相变储能换热模块20相间隔平行排布在容置空间100内。相变储能换热模块20之间的间隔形成换热通道，换热通道位于进风侧和出风侧之间且与进风侧和出风侧相连通，从而空气从进风侧进入换热通道内，经与相变储能换热模块20进行换热后从出风侧排出。

其中，如图1、3所示，框架10在整个系统中起到支撑和定位作用，其可包括外框架结构11。外框架结构11的内部形成一容置空间100；或者，外框架结构11内部通过多个隔板12分隔成两个或以上的容置空间100，多个容置空间100可以排布在一行或一列上，或者排布形成多行多列。

如图1、4所示，为了对相变储能换热模块20进行定位，使其稳定在容置空间100内，容置空间100的顶部和/或底部可以设有用于定位相变储能换热模块20的定位结构30。

在本实施例中，如图4所示，定位结构30包括定位板31、多个相间隔平行排布在定位板31上的台阶32；相邻两个台阶32之间的间隔形成导向定位槽33。每一相变储能换热模块20的端部配合在导向定位槽33内。

根据相变储能换热模块20竖向设置在容置空间100内，在一优选实施方式中，容置空间100的顶部和底部内分别设有定位结构30。顶部的定位结构30以导向定位槽33朝下设置，底部的定位结构30以导向定位槽33朝上设置且与顶部的定位结构30上的导向定位槽33一一相对。相变储能换热模块20竖向放置，通过其顶端和底端分别配合在对应的导向定位槽33内，实现相变储能换热模块20竖向固定在容置空间100内。并且，相变储能换热模块20通过其两端和导向定位槽33配合后，可沿导向定位槽33来回滑动进出容置空间100。

在其他实施例中，导向定位槽33可以直接形成在容置空间100的顶部和/或底部上，无需定位板31及台阶32的设置。

相变储能换热模块20上还可设置把手等结构件，便于对相变储能换热模块20进行提放、安装、移动等操作。

如图5所示，每一相变储能换热模块20包括至少两个相间隔平行排布的换热板21、设置在相邻两个换热板之间的换热齿组22。每相邻的两个换热板21之间的间隔也形成连通进风侧和出风侧的换热通道，换热齿组22处于换热通道内，增大换热面积，提高换热效率。

换热板21具有内部夹层，用于容纳相变工质。换热板21上可设有连通内部夹层的注液口210，便于将相变工质注入内部夹层中，在注液完成后进行封口，低成本解决封装问题。换热板21中的内部夹层可存放90％体积工质，储能体积利用率高，提高了单位体积总储能能力。

其中，相变工质可以是石蜡等固液相变介质。设相变工质的工质相变温度应为所需维持恒温的温度T0；当进入到换热通道的风温比T0高时，换热板21中的固态工质液化吸热；当进入到换热通道的风温比T0低时，换热板21中的液态工质固化放热，以此维持系统出风温度恒定。

将每一相变储能换热模块20的换热板21数量设为N个(N为≥2的整数)，那么换热齿组22则为N-1个。其中，N优选三个或以上。

具体地，如图5、6所示，换热板21可包括相对配合的两个金属板211，两个金属板211的周缘配合并通过钎焊等焊接方式密封在一起，内部夹层形成在两个金属板211之间。注液口210可以设置在两个金属板211的周缘之间，或者任一金属板211上。金属板211选用金属薄板。

在图6所示实施例中，一金属板211为平板，另一金属板211为具有凹陷部212的凹板。凹板以其内凹的一面朝向平板，两者相对配合后通过周缘密封连接。凹陷部212具有一定的深度，以能够容纳相变工质。

在其他实施例中，两个金属板211可均为具有凹陷部212的凹板，两个凹板以内凹的一面相对配合形成换热板21；两个凹陷部212配合形成的内腔形成内部夹层以容纳相变工质。或者，两个金属板211均为平板，两个平板相对配合后通过周缘肋板连接；周缘肋板具有一定的宽度，从而在两个平板之间界定出内部夹层以容纳相变工质。

为了提高换热板21的结构强度以及提高换热效率，换热板21还包括支撑结构213，设置在两个金属板211之间，即设置在内部夹层中，且不影响相变工质在内部夹层中的相变及流通。

支撑结构213可包括支撑齿条、加强筋和支撑柱中一种或多种。支撑齿条可以是多个，每一支撑齿条可包括多个依次连接的折叠凸起，折叠凸起可通过冲压形成；上下相邻(或左右相邻)的折叠凸起相错开设置；多个支撑齿条可以形成多行平行排列，多行进一步还可依次连接形成整体的支撑齿模块。加强筋可以是多个，多个加强筋相间隔平行排布，通过焊接等方式固定在一个金属板211或两个金属板211上。支撑柱可以是多个，分布在内部夹层中且两端分别固定在两个金属板211上。

在相变储能换热模块20中，换热齿组22在两个换热板21之间，可以通过钎焊等焊接方式固定在一换热板21的表面上，或者固定在两个换热板21的表面上。

作为选择，换热齿组22可包括多个平行排布的换热齿条；每一换热齿条包括多个沿换热齿条的长度方向依次连接的折叠凸起部。或者，换热齿组22包括排布形成多行多列的多个折叠凸起部。

对于上述的折叠凸起部，可以通过冲压等方式在换热金属板上形成。折叠凸起部内部镂空可供空气通过。在换热板21之间，折叠凸起部以其开放侧对应在空气对流方向上(即对应在进风侧和出风侧)。

换热板21内外通过换热齿组22和支撑结构213的设置，提高了换热板21和整个相变储能换热模块20的结构强度，使其足以抵抗由于相变引起的体积膨胀。对于换热齿组22和支撑齿条同时设置的情况，优选两者的排布方向设置为错位，如错位90°等各种角度，方便工质相变膨胀坍缩变化，同时加强结构强度。

进一步地，相变储能换热模块20还包括分别配合在换热板21的相对两端部的两组定位连接组件23。定位连接组件23在换热板21端部的设置，将相间隔平行排布的换热板21的端部进行连接定位，也对换热板21之间的间隔进行限定。换热板21的两端部上以及定位连接组件上分别可设有定位孔，便于组装定位。

根据相变储能换热模块20在容置空间100内的竖向放置，两组定位连接组件23分别配合在换热板21的顶端和底端。

如图5所示，在本实施例中，定位连接组件23包括置于每相邻的两个换热板21的端部之间的连接块231；连接块231通过焊接或紧固组件与换热板21的端部连接在一起。连接块231的宽度与两个换热板21之间的间距相等。

定位连接组件23还可包括置于最外侧的换热板21一侧的端部连接块232，端部连接块232与连接块231平行叠置在一起，将换热板21的端部夹持其之间。

优选地，相变储能换热模块20整体采用高热导率金属制成，如铝材。例如，换热板21、换热齿组22采用铝薄板制成，定位连接组件23采用铝块或铝型材制成。

相变储能换热模块20制造时，可先将换热板21、换热齿组22和定位连接组件23组装在一起后，再进行一次钎焊，将各件固定连接在一起，结构强度高。当然，相变储能换热模块20中各件之间配合后也可通过其他焊接方式、紧固组件或者胶粘等方式固定在一起。

完成换热板21等各件的固定连接后，再进行注液，将熔融状态的相变工质通过注液口210注入换热板21内，完成后封口。

本发明的相变储能换热系统使用时，首先将框架10固定在供能设备的出风口位置，以供能设备的出风作为相变储能换热系统进风。将相变储能换热模块20插入框架10的容置空间100内，相变储能换热模块20的各换热板21内的相变工质选用熔点与室内要求温度一致的工质。

当系统进风温度超过相变工质熔点时，对流换热热量通过换热板21间的换热齿组22和换热板21表面传导至板内相变工质；相变工质吸热熔化，降低风温，使系统出口温度保持在要求温度。当系统进风温度等于相变工质熔点时，系统停止工作。当系统进风温度低于相变工质熔点时，热量从相变工质传导至换热齿组22及换热板21表面，加热空气温度至要求温度。以此实现维持室内恒温。

当系统换热能力不及预期时，可通过依次排查相变储能换热模块20寻找故障点，当发现问题相变储能换热模块20时，仅需更换该相变储能换热模块20即可完成系统维修，维修简单、成本低。当出现热负荷过高的极端情况时，可通过更换完全液化的失效相变储能换热模块20，灵活调节系统换热能力。

另外，本发明的相变储能换热系统在使用过程中，在负荷较低时，可减少相变储能换热模块20以降低系统风阻；在负荷较高时，可增加相变储能换热模块20进行温度调节。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种相变储能换热系统，其特征在于，包括框架以及多个相变储能换热模块；所述框架上设有至少一个容置空间，所述容置空间的相对两侧开放，分别形成进风侧和出风侧；多个所述相变储能换热模块相间隔平行排布在所述容置空间内；

所述相变储能换热模块包括至少两个相间隔平行排布的换热板、设置在相邻两个所述换热板之间的换热齿组；所述换热板具有内部夹层，用于容纳相变工质；所述相变储能换热模块之间的间隔、所述换热板之间的间隔分别形成连通所述进风侧和出风侧的换热通道。

2.根据权利要求1所述的相变储能换热系统，其特征在于，所述换热板包括相对配合的两个金属板，所述内部夹层形成在两个所述金属板之间。

3.根据权利要求2所述的相变储能换热系统，其特征在于，一所述金属板为平板，另一所述金属板为具有凹陷部的凹板；或者，

两个所述金属板均为具有凹陷部的凹板，两个凹板以内凹的一面相对配合形成所述换热板；或者，

两个所述金属板均为平板，两个平板相对配合后通过周缘肋板连接。

4.根据权利要求2所述的相变储能换热系统，其特征在于，所述换热板还包括设置在所述内部夹层中的支撑结构；

所述支撑结构包括支撑齿条、加强筋和支撑柱中一种或多种。

5.根据权利要求1所述的相变储能换热系统，其特征在于，所述相变储能换热模块还包括分别配合在至少两个所述换热板的相对两端部的两组定位连接组件。

6.根据权利要求5所述的相变储能换热系统，其特征在于，所述定位连接组件包括设置于每相邻的两个所述换热板的端部之间的连接块；所述连接块通过焊接或紧固组件与所述换热板的端部连接在一起。

7.根据权利要求1所述的相变储能换热系统，其特征在于，所述换热齿组包括多个平行排布的换热齿条；每一所述换热齿条包括多个沿换热齿条的长度方向依次连接的折叠凸起部。

8.根据权利要求1所述的相变储能换热系统，其特征在于，所述换热齿组包括排布形成多行多列的多个折叠凸起部。

9.根据权利要求1-8任一项所述的相变储能换热系统，其特征在于，所述容置空间的顶部和/或底部设有用于定位所述相变储能换热模块的定位结构。

10.根据权利要求9所述的相变储能换热系统，其特征在于，所述定位结构包括定位板、多个相间隔平行排布在所述定位板上的台阶；相邻两个所述台阶之间的间隔形成导向定位槽；

每一所述相变储能换热模块的端部配合在所述导向定位槽内。

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