CN206430615U - 一种喷淋式相变蓄能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种相变蓄能装置。所述相变蓄能装置包括：蓄能箱体、相变蓄能系统、喷淋系统；其中，所述相变蓄能系统设在所述蓄能箱体中；所述蓄能箱体的上部设有换热流体入口，下部设有换热流体出口；所述喷淋系统设在所述蓄能箱体的上部，与所述换热流体入口连通，其喷淋方向正对于所述相变蓄能系统。本实用新型的相变蓄能装置含有喷淋系统，采用喷淋方式换热，将蓄热流体经过喷淋系统喷射到相变蓄能系统表面，增大蓄热流体与相变蓄能系统的有效接触面积，强化流体的传热过程，提高蓄能效率。

Description

一种喷淋式相变蓄能装置

技术领域

本实用新型涉及相变蓄能/释能领域，更具体地，涉及一种喷淋式相变蓄能装置。

背景技术

经济飞速发展的同时所带来的资源短缺、能源分配不合理等问题逐渐引起广泛关注。增大可再生能源的应用比例，提高可再生能源的利用效率成为建筑、军事、航空航天等各领域亟待解决的问题。目前，我国部分地区采用了可再生能源，如地源、水源热泵技术，以及空气源热泵技术，还有太阳能热水，并取得了可观的减排的效果。但地源、水源热泵技术的投资较大、整体稳定性和运行安全性还有待长期观察，特别是对地下水的自然生态环境的影响还有待于进一步评价，对城市道路交通等网络建设规划的影响也需进一步的论证。空气源热泵技术可以不受地面环境和地质条件的限制，但由于空气能是分散能源，所以使得空气源热泵制热速度慢，热效率不是很高。

蓄能技术凭借其蓄能密度大，蓄热量高且无毒无害等优点而得到科研人员的广泛关注。蓄能技术是帮助解决我国能源供给和能源消耗匹配矛盾的重要方法，也是合理利用能源及减轻环境污染的有效途径。综合比较能量储存方式，相变蓄能具有结构紧凑，换热效果高，蓄能释能温度恒定等优点。相变材料的使用是相变蓄能的核心要点。相变材料在其物相变化过程中，可以从环境吸收热(冷)量或向环境放出热(冷)量，从而达到能量储存和释放及调节能量需求和供给失配的目的。将复合相变材料应用于蓄能领域，可实现热能的存储与有效利用。但直接接触式换热效率低，热能利用率低。

实用新型内容

为了提高热能的存储效率，本实施新型提供一种喷淋式相变蓄能装置。所述喷淋式相变蓄能装置包括蓄能箱体、相变蓄能系统、喷淋系统；其中，所述相变蓄能系统设在所述蓄能箱体中；所述蓄能箱体的上部设有换热流体入口，下部设有换热流体出口；所述喷淋系统设在所述蓄能箱体的上部，与所述换热流体入口连通，其喷淋方向正对于所述相变蓄能系统。

优选地，喷淋系统包含雾化喷嘴。

优选地，所述相变蓄能系统还包括换热系统和流体输送系统，其中，所述换热系统通过所述流体输送系统分别与所述换热流体入口和所述换热流体出口相连通。

优选地，在所述换热系统中，所述换热流体的流动方向与所述外网流体的流动方向相反。

优选地，所述喷淋式相变蓄能装置还包括外网流体输送系统，所述外网流体输送系统与所述换热系统进行热交换。

优选地，所述相变蓄能系统包括一个或多个填充有相变材料的蓄热单元。

优选地，所述蓄热单元以管状或板状分布在所述蓄能箱体中，更优选地，所述蓄热单元以管状分布在所述蓄能箱体中。

优选地，所述蓄热单元为多个，平行且等间距的分布在所述箱体中。

所述相变蓄能系统中包括N层蓄热单元，N为≥3的正整数，所述喷淋系统为多个喷淋系统；在所述蓄能箱体顶部设有喷淋系统，在至多3层蓄热单元之间设有喷淋系统。

优选地，所述蓄热单元的制作材料为金属，优选为铜，更优选为紫铜。

本申请的相变蓄能装置的有益效果如下：

1)本申请的喷淋式相变蓄能装置中含有喷淋系统，采用喷淋方式换热，将蓄热流体经过喷淋系统喷射到相变蓄能系统表面，增大蓄热流体与相变蓄能系统的有效接触面积，强化流体的传热过程，提高蓄能效率；

2)本申请的喷淋式相变蓄能装置中设有换热器和外网流体输送系统，通过设定换热流体与外网流体的流动方向，在换热过程中可减弱外网流体温度波动范围，维持稳定的供热温度；

3)本申请的喷淋式相变蓄能系统由填充有相变材料的蓄热单元组成，可根据实际蓄能或释能的需求填充具有不同相变温度的相变材料，满足不同场合的用热需求；

4)本申请中填充有相变材料的蓄热单元采用等间距分层的方式布置，可根据实际需要增加或减少蓄热单元的数量，满足不同场合的用热需求。

附图说明

图1为根据本实用新型优选实施例中喷淋式相变蓄能装置的整体结构示意图；

图2为根据本实用新型优选实施例中蓄热单元的奇数层与偶数层的布设方式的俯视示意图；

图3为根据本实用新型优选实施例中单个蓄热单元为金属的示意图；

图4为根据本实用新型优选实施例中蓄热单元布置剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的一个实施例中提供了一种喷淋式相变蓄能装置，包括蓄能箱体、相变蓄能系统，喷淋系统；其中，相变蓄能系统设在蓄能箱体中，蓄能箱体的上部设有换热流体入口，下部设有换热流体出口，喷淋系统设在蓄能箱体的上部，与换热流体入口连通，其喷淋方向正对于相变蓄能系统。在该实施例中，流体通过与换热流体入口连通的喷淋系统喷射在相变蓄能系统表面，增大了换热流体与相变蓄能系统的有效接触面积，实现热能的高效利用。

在本实用新型的实施例中，换热流体可以为水或相变流体，其中，相变流体为纳米级相变材料分散于相应的溶剂中所形成的具有蓄热特性的相变流体。

在该实施例中，换热流体从换热流体入口被喷淋到相变蓄能系统表面，与相变蓄能系统接触，当换热流体温度较高，相变蓄能系统进行蓄能过程吸收热量，流体温度降低，释热后的换热流体从蓄能箱体的下部换热流体出口流出；当换热流体温度较低，相变蓄能系统进行释能过程释放热量，换热流体温度升高，吸热后的换热流体从蓄能箱体的下部换热流体出口流出。

在另一个优选的实施例中，喷淋系统包含雾化喷嘴，将流体经过雾化喷嘴使其雾化，进一步提高换热流体与相变蓄能系统的接触面积，提高热能的利用效率。

为了提高整个喷淋式相变储能装置的利用率，所述装置还可以包括外网流体输送系统，该外网流体输送系统与换热系统进行热交换。外网流体与换热流体在换热系统中进行热量交换。

其中，在实施例中，换热流体与外网流体在换热系统中的流动方向相反，即两者为逆向换热。

在具体的实施例中，换热流体输送系统和外网流体输送系统上均包括有动力装置，如水泵，通过动力装置驱动流体流动。

通常为了更好地监控外网流体与换热流体各自的温度，可以在换热系统上分别设置外网流体温度器和换热流体温度器，外网流体温度器用于测定流经换热系统时的外网流体的温度，换热流体温度器用于测定流经换热系统时的换热流体的温度。上述温度器也可以分别设置在外网流体输送系统接近换热系统处和换热流体输送系统接近换热系统处。

在本实用新型的实施例中，换热系统可以为本领域中常用的换热器，两种流体在该换热器中进行热交换，该换热器中至少包括换热流体的输入口和输出口，其中，所述换热流体的输出口通过换热流体的输送系统与蓄能箱体的换热流体的输入口相连，换热器中换热流体的输入口通过换热流体的输送系统与蓄能箱体的换热流体的输出口相连。当本实用新型的蓄能装置中含有外网流体输送系统时，该换热器还包括外网流体的输入口和输出口。

如图1所示，该优选实施例中的喷淋式相变蓄能装置包括蓄能箱体1，相变蓄能系统2，换热流体7与外网流体8进行热量交换的换热系统3，换热流体7通过换热流体入口5进入蓄能装置时经喷淋系统4喷射到相变蓄能系统2表面，与相变蓄能系统2进行换热后经由蓄能箱体1的下部换热流体出口6排出，在换热系统3中与外网流体换热后经由蓄能箱体上部换热流体入口5进入喷淋式相变蓄能装置中进行换热，在此循环过程中，换热流体的流动方向为逆时针方向。外网流体8与换热流体7在换热系统3中进行热量交换，外网流体8与换热流体7流动方向相反。

当外网流体8温度高于蓄能箱体1内换热流体温度时，外网流体8与换热流体7在换热系统3内进行热量交换，外网流体8放热后温度降低，换热流体7吸热后温度升高。此时高温换热流体7逆时针流动，通过蓄能箱体1中上部喷淋系统4喷射到相变蓄能系统2表面，相变蓄能系统进行蓄能过程吸收热量，释能后的低温换热流体7从蓄能箱体1的下部换热流体出口流出，进入换热器继续进行蓄能过程。

当外网流体8温度低于蓄能箱体1内换热流体7温度时，外网流体8与换热流体7在换热系统3内进行热量交换，换热流体7放热后温度降低，外网流体8吸热后温度升高。低温换热流体7逆时针流动，通过上部喷淋系统4喷射到相变蓄能系统2表面，相变蓄能系统2进行释能过程释放热量，吸热后的高温换热流体7从蓄能箱体1的下部换热流体出口流出，进入换热系统3继续进行释能过程。

在蓄能箱体中的相变蓄能系统可以包括一个或多个填充有相变材料的蓄热单元。蓄热单元的制作材料可选择金属，优选为紫铜，紫铜的导热性能良好，且材质较硬，能够起到很好的封装作用。

在本实用新型中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本实用新型的相变材料为本领域中常用的蓄能相变材料，可以根据蓄能释能所要求的相变温度，选择填充具有不同相变温度的复合相变材料，相变材料可为无机物、有机物或无机-有机复合材料。如可选自液体石蜡、固体石蜡、硬脂酸、三硬脂、硫酸钠、氯化钙、氯化镁、氯化钠、磷酸氢钠等其水合物，液态金属等。

在本实用新型的实施例中，可以选用膨胀石墨等具有高导热性能的支撑材料对相变材料进行性能优化，在保证相变温度基本不变的同时强化传热过程，蓄能密度大，蓄热效率高。有机相变材料石蜡相变潜热高，相变温度适宜，且无过冷、无毒等特性，得到较为广泛的应用。但是石蜡相变材料的导热性能不好，换热过程换热效率较低，若选择具有高孔隙率、高导热性的膨胀石墨，与石蜡混合制备复合相变材料，可以提高相变材料的导热性能，结合本实用新型的喷淋系统，换热效率得到很大的提升。可以通过蓄能/释能性能试验得到石蜡与膨胀石墨的配置比例。

在另一个实施例中，蓄热单元可以以管状或板状分布在蓄能箱体1中，为了提高蓄热单元与流体的接触面积，提高蓄能效果，更优选以管状分布在蓄能箱体中。

其中，蓄热单元可以为一个，设在蓄能箱体中，在蓄热单元与蓄能箱体之间有供流体流动的空隙。蓄热单元可以为多个，平行且等间距分布在蓄能箱体1中，能更好地利用蓄能箱体的内部空间，蓄热单元的个数可以根据实际蓄能和/或释能的需要来确定，在蓄热单元与蓄能箱体之间也有供流体流动的空隙。优选地是，蓄热单元以蓄热单元层的方式设在蓄能箱体中。

其中，蓄热单元的布设方式可以为奇数层和偶数层堆叠布设，如图2所示。其中每层中蓄热单元的个数由箱体的宽度以及换热的效果来设定。蓄热单元布置剖面图可以为如图4所示。蓄热单元分层布置，上层蓄热单元与下层蓄热单元错位布置，即下层蓄热单元恰好处于上层蓄热单元间的空隙处，这样各层蓄热单元之间不会相互阻挡，经过雾化喷嘴喷淋后的换热流体可直接喷射到蓄热单元表面，使得换热效果更佳。

喷淋系统的布设可以根据蓄热单元来定，可为多级喷淋。所述相变蓄能系统中包括N层蓄热单元，N为≥3的正整数，所述喷淋系统为多个喷淋系统；在所述蓄能箱体顶部设有喷淋系统，在至多3层蓄热单元之间设有喷淋系统。

即，当蓄热单元为1～3层时，喷淋系统为单级喷淋，当喷淋系统为3～6层时，喷淋系统为二级喷淋，即在蓄能箱体顶部设置一级喷淋系统，在第4层与第3层蓄热单元之间设置二级喷淋系统，一级喷淋装置与二级喷淋装置相同，多级喷淋可扩大换热流体与蓄热单元的接触面积，多级喷淋可避免一级喷淋换热时，换热流体温度降低速度过快，当换热流体到达下层蓄热单元时，温度过低而不能与蓄热单元有效换热。

在一个优选的实施例中，蓄热单元为填充有复合相变材料的紫铜管，如图3所示。其中，为了使换热更充分且封装效果更好，紫铜管的直径优选为6-10cm，壁厚5-10mm。

本实用新型所提供的喷淋式相变蓄能装置，通过喷淋式换热方式可以显著的增大换热流体与蓄能单元的接触面积，实现了热能的高效存储和利用，与其它蓄能方式相比，其能耗更低，大幅度降低运行费用，具有供热、供冷、蓄冷、蓄热和供生活热水功能。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相变蓄能装置，其特征在于，包括：

蓄能箱体、相变蓄能系统、喷淋系统；其中，

所述相变蓄能系统设在所述蓄能箱体中；

所述蓄能箱体的上部设有换热流体入口，下部设有换热流体出口；

所述喷淋系统设在所述蓄能箱体的上部，并与所述换热流体入口连通，其喷淋方向正对于所述相变蓄能系统。

2.根据权利要求1所述的蓄能装置，其特征在于，所述喷淋系统包含雾化喷嘴。

3.根据权利要求1或2所述的蓄能装置，其特征在于，还包括：换热系统和换热流体输送系统，其中，

所述换热系统通过所述换热流体输送系统分别与所述换热流体入口和所述换热流体出口相连通。

4.根据权利要求3所述的蓄能装置，其特征在于，还包括：外网流体输送系统，所述外网流体输送系统与所述换热系统相连通。

5.根据权利要求1所述的蓄能装置，其特征在于，所述相变蓄能系统包括一个或多个填充有相变材料的蓄热单元。

6.根据权利要求5所述的蓄能装置，其特征在于，所述蓄热单元以管状或板状分布在所述蓄能箱体中。

7.根据权利要求5或6所述的蓄能装置，其特征在于，所述蓄热单元为多个，平行且等间距分布在所述箱体中。

8.根据权利要求7所述的蓄能装置，其特征在于，所述蓄热单元分层布置，上层蓄热单元与下层蓄热单元错位布置，下层蓄热单元处于上层蓄热单元间的空隙处。

9.根据权利要求8所述的蓄能装置，其特征在于，所述相变蓄能系统中包括N层蓄热单元，N为≥3的正整数，所述喷淋系统为多个喷淋系统；在所述蓄能箱体顶部设有喷淋系统，在至多3层蓄热单元之 间设有喷淋系统。

10.根据权利要求5所述的蓄能装置，其特征在于，所述蓄热单元的制作材料为金属。