CN201811626U

CN201811626U - 一种柔性、相变纤维基储能装置

Info

Publication number: CN201811626U
Application number: CN2010202874623U
Authority: CN
Inventors: 张迎晨; 孙新卿; 杨关; 吴红艳
Original assignee: Zhongyuan University of Technology
Current assignee: Zhongyuan University of Technology
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2020-08-11

Abstract

一种柔性、相变纤维基储能装置，包括滑槽轨道，滑槽轨道上设置有隔热性储物容器，隔热性储物容器底部具有滑轮，隔热性储物容器内放置有柔性、相变纤维基材料，隔热性储物容器I出口处和隔热性储物容器II入口处分别设有导布辊，隔热性储物容器I出口处还设置有传感器，在两个导布辊之间设置有集热器，集热器内也分布有传感器，导布辊和步进电机连接，步进电机和传感器连接并受其控制。本实用新型可以广泛应用于农业温室及大棚恒温控制，特别是适合中西部太阳能\风能\地热能丰富的地区，利用太阳能\风能等产生热\电及制冷，解决紧急电力系统损坏的场合。

Description

一种柔性、相变纤维基储能装置

技术领域

本实用新型属于太阳能\工业热利用\地热\余热\废热等热能利用以及环保技术领域，涉及一种有效利用柔性、相变纤维基对太阳能\工业热利用\地热\余热\废热等热能的储能机构。

技术背景

能源是人类赖以生存的基础，是社会经济可持续发展的重要物质保障。我国人均能源资源占有量仅为世界人均的一半，目前消耗已占到世界第二位，能源利用率远低于世界平均水平。随着人口数量的增加、工业化和城镇化进程加快，特别是经济高速发展，对能源需求量大幅度上升，也日益凸显能源短缺的约束。传统化石燃料给我们带来热、电、冷等能量和便利的同时，大量的污染给人类生存环境带来极大损害。而且多年来无节制的利用化石燃料造成了目前的能源危机。开发利用可再生能源是世界各国科学研究领域重中之重的头等大事。另一方面，全球环境保护浪潮以及减少温室气体成为全球注目的棘手问题。间歇、不稳定、受区域、昼夜、季节及气候影响的太阳能辐射每年给地球表面带来5。57*10¹⁸MJ的能量，是当前全球一次能源消耗总量的1。56*10⁴倍。中国中西部地区全年日照时间2600～3000小时，年辐射总量500～800KJ/cm2。合理利用太阳能、风能及生物质能被提到历史日程。

太阳能作为取之不尽同时又是生态学上纯净的和不改变地球上燃料平衡的能源，有着能源总量大，又容易实现小型化的优点，因此对它的开发利用在近几十年来越来越受到人们的重视。太阳能利用是近10年来发展最快的高技术行业之一，太阳能利用也将是新世纪经济展望中最具决定性影响的技术领域之一。太阳能存储热能及太阳能昼夜连续发电也已显现出良好的实用化、商业化前景。另外地热源、水源、空气源热和污水源热以及工业化进程中，电力、冶金、石化、化工、建材、纺织等高能耗工业的余热回收和能源梯级是目前同样重要的可用热能能源。但是大多数能源都存在间断性和不稳定性的特点，在许多情况下人们还不能合理有效地利用能源。其中传热和储热、高参数热力循环等方面是制约应用的技术关键问题。热能相变存储技术可以解决热能供给和需求之间的矛盾，是提高能源利用效率和保护环境的有效手段。利用固液之间的相变来蓄热具有储能密度大、蓄放热过程近似恒温的优点，因此倍受研究者的关注。

相变材料PCM(PCM-Phase Change Material)具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。可以是固-液、液-汽、液-固、汽-固等相变过程；相变材料物理状态发生变化时，相变材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。以固-液相变为例，当相变材料被加热到熔化温度范围时，相变材料大量吸收环境的热能，产生从固态到液态的相变转化，在相变材料熔化的过程中吸收并储存大量的潜热，相变材料变成具有巨大潜热能量的能源储存体，可以被制成各种形状方便移动和运输；当相变材料冷却时，相变材料从液态到固态进行逆相变，相变材料储存的潜热能量在一定的温度范围内散发到环境中去，发生新的能量交换。

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三类。其中，无机类相变材料主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等；有机类相变材料主要包括石蜡、油脂和其他有机物；复合相变材料因为能有效克服单一的无机物或有机物相变材料存在的缺点，并改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围，被视为当前清洁能源推广应用的促进剂。

为适应清洁能源的应用，选择合适的相变材料至关重要，其特点如下：(1)熔化潜热高，使其在相变中能贮藏或放出较多的热量；(2)相变过程可逆性好、膨胀收缩性小、过冷或过热现象少；(3)有合适的相变温度，能满足需要控制的特定温度；(4)导热系数大，密度大，比热容大；(5)相变材料无毒，无腐蚀性，成本低，制造方便；(6)相变材料在循环过程中热物理性质退化周期长；(7)相变材料与基体结合牢固，相变材料泄漏情况小；(8)相变材料对基体材料无不良影响。

相变材料的使用，目前主要有以下几种方法：(1)将相变材料密封在合适的容器内。(2)将相变材料密封后置入相应材料中。(3)通过浸泡将相变材料渗入多孔的基体。(4)将相变材料直接与材料混合。(5)将有机相变材料乳化后添加到材料中。

当前，仅就太阳能热能的利用而言，世界各国在相变材料的研究上投入大量的人力和物力，形成大量的技术储备，针对中国广阔的市场进行激烈的争夺。德国Solar Millennium AG公司与中国政府合作，在内蒙古额尔多斯的绿能公司建造抛物面槽式聚光热发电站。澳大利亚能源研究中心与中科院电工研究所合作，共同开展太阳能燃料(Solar Gas)方面的研发工作。

国内科研机构如：北京工业大学对有机朗肯循环系统进行了研究。云南师范大学对槽式聚光太阳能热电联供系统展开实验研究。武汉理工大学的研究指出金属陶瓷球形粉末、氧化物陶瓷球形粉末、纳微米钴-碳化钨粉末、铝酸盐水泥、钢渣、铜矿渣、沙漠砂石料及其混合物是良好的蓄热材料。美国陶氏化学的研究指出合成有机导热油DOWTHERMA在400℃工作温度能提供较高的效率。广东工业大学研究成果指出硅含量为10～24％的铝硅合金是相变储能和潜热储能的优良材料。中山大学、北京工业大学的研究指出硝酸盐、混合氯化熔盐和三元硝酸熔盐在太阳能热系统中起到传热、蓄热介质的良好作用，可以解决冻堵、泄漏、绝缘及常规维护等技术难题。中国科学院电工研究所与皇明太阳能集团联合进行包括二金属靶真空磁控溅射沉积高温金属陶瓷、干涉吸收型金属陶瓷、纳米或纳米-微米多尺度晶粒复合等选择性太阳能吸收涂层材料、1200℃高温吸热材料、700～950℃高温混凝土和三元硝酸盐储热材料、高反射率玻璃反射镜的防护技术等方面进行了大量研究。青岛桑达利环保新能源设备有限公司设计了太阳能相变贮能采暖设备并推向市场。

专利CN 1719154A给出了介热油分体式太阳能集热器的设计；专利CN101059285A给出了热二极管与相变储能材料结合的热能利用系统；专利CN101565606A公开了碳纤维做骨架，高分子固-固复合相变材料的性能；专利CN100572980C公开了一种在传统平板空气集热器中添加相变材料的技术；专利CN 100376468C公开了太阳能转换燃料化学能的技术；专利CN 100425925C公开了一种天然相变材料应用于太阳能或废热调温、发电的技术；专利CN100485005C公开了一种纳米硫化锡吸收太阳能涂层的技术；CN 100420902C应用相变材料于空调回收新风节能的技术；专利CN200910014208。8公开了一种热管式太阳能储能输送器，从根本上解决了太阳能室外聚光，室内使用的难题。

《相变材料纳微胶囊的制备、耐热性能和过冷现象研究》以三聚氰胺树脂为囊壁，正十八烷为囊芯，通过原位聚合法制备相变材料微胶囊以及纳胶囊。添加适量环己烷提高了相变材料微胶囊及纳胶囊的耐热温度。《热二极管在储能式太阳热水器中的应用研究》指出热二极管具有良好的启动和等温传热性能；当加热段内工质充液率约为85％时，热二极管传热效率和冷凝段换热系数均达到最佳值。《颗粒型固-固相变材料堆积床蓄热与放热实验》、《结晶性高聚物作为相变材料的应用》总结了多元醇、结晶性高聚物及其共混物作为相变材料具有较宽的固-固相变范围、相变时无液相产生、体积变化小、无毒无腐蚀、使用寿命长，热效率高等优点。《可转移电力峰值负荷的新型双向相变储能系统》指出两级相变材料，如六水氯化钙和四水氯化钙二元混合物、十水硫酸钠，Mn(NO3)2-H2O、MnSO4-H2O、Mg SO4-H2O、KF-H2O、Zn(NO3)2-H2O、Mg(NO3)2-H2O等可调的有机相变材料储热系统，同样可以应用于转移峰值电力的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可以有效利用太阳能\工业热利用\地热\余热\废热等热能的柔性、相变纤维基储能装置及其使用方法，可以用来发电\制冷\供热以及海水淡化等广泛应用。

为了达到上述目的采用以下技术方案：一种柔性、相变纤维基储能装置，包括滑槽轨道，滑槽轨道上设置有隔热性储物容器，隔热性储物容器底部具有滑轮，隔热性储物容器内放置有柔性、相变纤维基材料，隔热性储物容器I出口处和隔热性储物容器II入口处分别设有导布辊，隔热性储物容器I出口处还设置有传感器，在两个导布辊之间设置有集热器，集热器内也分布有传感器，导布辊和步进电机连接，步进电机和传感器连接并受其控制。

所述柔性、相变纤维基材料是一维、两维、三维或多维的编织织物；或者是针刺、水刺、缝编结构的无纺布。

所述柔性、相变纤维基材料是＜100度的低温相变纤维材料；或者是100度--400度的中温相变纤维材料；或者是＞400度的高温相变纤维材料。

所述柔性、相变纤维基材料主要包括无机相变材料、有机变相材料、复合变相材料或高焓有机物。

所述无机相变材料主要包括结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类；有机变相材料主要包括石蜡、油脂、聚乙二醇。

所述集热器是金属高导热材料、非金属高导热材料、复合高导热材料或真空高导热材料制成的。

所述隔热性储物容器为耐高温泡沫制成的。

本实用新型可以广泛应用于农业温室及大棚恒温控制，饭店\学校\宾馆\别墅生活使用，特别是适合中西部太阳能\风能\地热能丰富的地区和临时灾区救护及地震\水灾等自然灾害发生地的人员安置和生活自救安置等场合，利用太阳能\风能等产生热\电及制冷，解决紧急电力系统损坏的场合；更适合地域广阔\人员居住分散的三北地区\边远地区军队\居住分散的缺电地区人员使用。也可以应用于无人职守的通讯\警戒设备的自动供电系统或空调系统的使用。本实用新型输出电量及热\冷能的产量取决于集热器面积\柔性、相变纤维纺织结构材料的面积与体积。该有效输出能量大小范围如下：0.5～1500KW或更高，根据需求和容器的集中数量自由调配。从而解决了中高温蓄能材料、中高温传热、换热材料等方面的基础技术问题，解决了以吸热器、蓄热器为主要代表的单元技术问题，为建立高效率、相变大容量、高聚光比的太阳能储存及热发电系统提供良好的基础。

附图说明

附图为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，但并不限制本实用新型的内容。

实施例1

如图所示，一种柔性、相变纤维基储能装置，包括滑槽轨道1，滑槽轨道1上设置有隔热性储物容器，隔热性储物容器底部具有滑轮，隔热性储物容器内放置有柔性、相变纤维基材料3，隔热性储物容器I 2出口处和隔热性储物容器II2’入口处分别设有导布辊4，隔热性储物容器I 2出口处还设置有传感器5，在两个导布辊4之间设置有集热器6，集热器6内也分布有传感器5’，导布辊4和步进电机连接，步进电机和传感器5、5’连接并受其控制。

其使用方法如下：柔性、相变纤维基材料从隔热性储物容器I穿过导布辊和集热器进入隔热性隔热容器II；柔性、相变纤维基材料的运动速度由传感器和导布辊控制，导布辊由步进电机直接带动，步进电机的运动由传感器感知的温度范围a±10℃控制，当传感器温度高于a+10℃时，导布辊速度加快；当传感器温度低于a-5℃时，导布辊速度降低；当柔性、相变纤维基材料温度达到设定温度范围a±5℃时，柔性、相变纤维基材料匀速运动；当柔性、相变纤维基材料温度超过设定温度a+30℃时，通过减少集热器与柔性、相变纤维基材料的热交换面积使柔性、相变纤维基材料温度稳定在设定范围内；隔热性储物容器II装满加热柔性、相变纤维基材料后，通过滑槽轨道移出，并用隔热材料盖封闭。

柔性、相变纤维基材料的运动速度为0.01m/s-100m/s。

其中所述柔性、相变纤维基材料是一维、两维、三维或多维的机织、针织或编织织物：或者是针刺、水刺、缝编结构的无纺布：或者织物和无纺布的复合体。

所述无机相变材料主要包括结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类；有机变相材料主要包括石蜡、油脂、聚乙二醇；复合变相材料为无机变相材料和有机变相材料的复合物。

所述隔热性储物容器为真空隔热方法或耐高温泡沫、陶瓷泡沫、复合高度隔热材料制成的。

实施例2

一种柔性、相变纤维基储能装置，其结构与使用方法为：柔性、相变纤维基材料的运动速度由温度传感器、导布辊机构确定，当集热器温度达到设定温度范围时，柔性、相变纤维基材料按照速度V匀速运动；当集热器温度超过设定温度时，通过减少集热器与太阳能储能的热交换面积使集热器温度稳定在设定范围内运行；盛装柔性、相变纤维基材料的隔热性储物容器在装满加热后的盛装柔性、相变纤维基材料后，隔热性储物容器通过轨道自动移出集热器区，并用隔热材料盖封闭，经导轨集中运送到指定区域等待下一步的使用；加热过的隔热性储物容器移出集热器区的同时，下一组未加热的隔热性储物容器及进入集热器区继续对下一组柔性、相变纤维基材料加热；由以上步骤实现太阳能储能等的能量储备。根据需要可方便移动，并可实现各种能源利用性质的使用。如：以上装满加热后柔性、相变纤维基材料的隔热性储物容器集中后可以用来发电\制冷\加热和海水淡化等各种用途。

其他同实施例1。

Claims

1.一种柔性、相变纤维基储能装置，其特征是：包括滑槽轨道，滑槽轨道上设置有隔热性储物容器，隔热性储物容器底部具有滑轮，隔热性储物容器内放置有柔性、相变纤维基材料，隔热性储物容器I出口处和隔热性储物容器II入口处分别设有导布辊，隔热性储物容器I出口处还设置有传感器，在两个导布辊之间设置有集热器，集热器内也分布有传感器，导布辊和步进电机连接，步进电机和传感器连接并受其控制。

2.根据权利要求1所述的柔性、相变纤维基储能装置，其特征是：所述柔性、相变纤维基材料是一维、两维、三维或多维的编织织物；或者是针刺、水刺、缝编结构的无纺布。

3.根据权利要求1或2所述的柔性、相变纤维基储能装置，其特征是：所述柔性、相变纤维基材料是＜100度的低温相变纤维材料；或者是100度～400度的中温相变纤维材料；或者是＞400度的高温相变纤维材料。

4.根据权利要求1或2所述的柔性、相变纤维基储能装置，其特征是：所述柔性、相变纤维基材料主要包括无机相变材料、有机变相材料、复合变相材料或高焓有机物。

5.根据权利要求4所述的柔性、相变纤维基储能装置，其特征是：所述无机相变材料主要包括结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类；有机变相材料主要包括石蜡、油脂、聚乙二醇。

6.根据权利要求1所述的柔性、相变纤维基储能装置，其特征是：所述集热器是金属高导热材料、非金属高导热材料、复合高导热材料或真空高导热材料制成的。

7.根据权利要求1所述的柔性、相变纤维基储能装置，其特征是：所述隔热性储物容器为耐高温泡沫制成的。