CN216114306U - 一种相变储能装置及清洁能源储能供暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及供暖技术领域，公开一种相变储能装置及清洁能源储能供暖系统。相变储能装置包括壳体和多个储能层，壳体的两端分别设置有换热介质进口和换热介质出口，多个储能层沿壳体的轴向方向堆叠设置于壳体内，储能层包括多个储能单元，多个储能单元环设形成储能层，且每相邻两个储能单元之间形成有间隙，储能单元内设置有相变储能材料。清洁能源储能供暖系统包括热源装置、用户采暖装置和上述的相变储能装置，热源装置的两端分别连通有主管道，两根主管道之间并联连通有用户采暖装置和相变储能装置，且相变储能装置的出水端与用户采暖装置的进水端连通。储能效果较好，且内部储能均匀；能够可持续较稳定地供暖，有效降低能源利用成本。

Description

一种相变储能装置及清洁能源储能供暖系统

技术领域

本实用新型涉及供暖技术领域，尤其涉及一种相变储能装置及清洁能源储能供暖系统。

背景技术

太阳能和风能等绿色可持续的能源容易受到天气、季度、昼夜以及地理位置等因素的影响，使用的稳定性较差，无法保障暖气和热水的稳定供应。为解决该问题，现有技术中大都采用电加热储能来保证供暖稳定性。然而，电加热储能设备投资较大，电力成本较高。

在储热技术方面，目前市场上的储热器仍然使用水作为储热的介质，但是作为显热储热一类材料的水，其储能密度较小以及温度波动较大，因此水的储热效果不佳。而潜热储热方式是利用相变材料在发生相变时能够储存或者释放较多的热量，即能够储存较多热量，并且能够安全稳定地释放热量，相同的体积下能够给更多的用户供暖。但是现有的储能装置储能效率低下，较大体积的储能装置存在内部储能不均匀等缺点。

实用新型内容

基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种相变储能装置及清洁能源储能供暖系统，储能效果较好，且内部储能均匀；能够可持续较稳定地供暖，有效降低能源利用成本。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种相变储能装置，包括：

壳体，所述壳体的两端分别设置有换热介质进口和换热介质出口；

多个储能层，沿所述壳体的轴向方向堆叠设置于所述壳体内，每个所述储能层包括多个储能单元，多个所述储能单元环设形成所述储能层，且每相邻两个所述储能单元之间形成有间隙，所述储能单元内设置有相变储能材料，换热介质能够从所述换热介质进口进入所述壳体内，并流经所述间隙后由所述换热介质出口流出。

作为一种相变储能装置的优选方案，所述储能单元上开设有贯穿孔，所述贯穿孔沿所述壳体的轴向方向贯穿所述储能单元。

作为一种相变储能装置的优选方案，所述储能单元的一面凸设有凸起部，另一面设置有凹槽，每个所述储能单元的所述凸起部能够与相邻所述储能单元的所述凹槽间隙配合。

作为一种相变储能装置的优选方案，还包括：

支柱，设置于所述壳体内，并沿所述壳体的轴向方向延伸设置，多个所述储能单元沿所述支柱的外周周向设置。

作为一种相变储能装置的优选方案，所述支柱内设置有容纳腔，所述容纳腔内设置有所述相变储能材料。

作为一种相变储能装置的优选方案，所述支柱的外周环设有多个插接部，所述储能单元的内端开设有插接槽，所述插接部插设于所述插接槽。

一种清洁能源储能供暖系统，包括热源装置、用户采暖装置和上述任一技术方案所述的相变储能装置，所述热源装置的进水端连通外部水源，所述热源装置的两端分别连通有主管道，两根所述主管道之间并联连通有第一支管和第二支管，所述第一支管中连通有所述用户采暖装置，所述第二支管中连通有所述相变储能装置，且所述相变储能装置的出水端通过第三支管与所述用户采暖装置的进水端连通。

作为一种清洁能源储能供暖系统的优选方案，所述第一支管上位于所述用户采暖装置的两端分别设置有第一进阀和第一出阀，所述第二支管上位于所述相变储能装置的两端分别设置有第二进阀和第二出阀，所述第三支管上设置有第三阀门。

作为一种清洁能源储能供暖系统的优选方案，所述热源装置包括空气源热泵，或太阳能集热装置。

作为一种清洁能源储能供暖系统的优选方案，还包括：

光电装置，与所述热源装置连接，所述光电装置包括光伏发电模块和储电模块，所述光伏发电模块与所述热源装置连接。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供一种相变储能装置，该相变储能装置包括壳体和多个储能层，多个储能层沿壳体的周向方向堆叠设置在壳体内，储能层由多个储能单元环设而成，且每个储能单元之间都具有间隙，使得换热介质能够流过。通过在储能单元中装设相变储能材料，当换热介质从壳体的换热介质进口进入壳体内，然后流经间隙时，换热介质与储能单元中的相变储能材料换热，进行热量传递，最后由壳体的换热介质出口排出。若换热介质温度较高，则相变储能材料发生相变并吸收热量，完成热量储存；若换热介质温度较低，则相变储能材料发生相变并释放热量，完成热量稳定释放。在上述结构下，每个储能单元独立设置，便于更换内部的相变储能材料，以及便于对损坏的储能单元进行更换或维修。同时，换热介质与每个储能单元都能够接触，便于快速将热量传递至储能单元内的相变储能材料，使得该相变储能装置不仅储能效率较高，且内部储能均匀。

本实用新型提供一种清洁能源储能供暖系统，该清洁能源储能供暖系统包括热源装置、用户采暖装置和上述的相变储能装置。当在常规供暖情况下，水源由热源装置加热后送至用户采暖装置使用，然后进入热源装置进行下一次循环。当在夜间低谷期间，水源由热源装置加热后进入相变储能装置，相变储能装置吸收热量并进行储存。当在用热高峰期时，水源由热源装置加热后流经相变储能装置对水源进行补热，然后送至用户采暖装置使用，最后进入热源装置进行下一次循环，使得供热稳定。该清洁能源储能供暖系统不仅能够满足日常供暖需求，还能够谷电时期进行储能，便于在峰电时期补能，避免出现供暖不稳定，供暖不足等情况从而实现全天24小时连续可控不间断供暖。且采用相变储能装置，占用空间小，储能密度大，能效较高，节省电力成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的相变储能装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供在第一视角下的储能单元的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供在第二视角下的储能单元的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的清洁能源储能供暖系统的原理图。

图中：

1、壳体；2、储能单元；21、凸起部；22、凹槽；23、贯穿孔；24、插接槽；3、支柱；4、相变储能装置；5、热源装置；6、用户采暖装置；7、第一支管；8、第二支管；9、第三支管；10、安装支架；a、第一进阀；b、第一出阀；c、第二进阀；d、第二出阀；e、第三阀门；f、第四阀门；g、运输泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1至图4所示，本实施例提供一种相变储能装置4，该相变储能装置4包括壳体1和多个储能层。壳体1外设置有安装支架10，便于安装该相变储能装置4。具体地，壳体1的两端分别设置有换热介质进口和换热介质出口，多个储能层沿壳体1的轴向方向堆叠设置于壳体1内，储能层包括多个储能单元2，多个储能单元2环设形成储能层，且每相邻两个储能单元2之间形成有间隙，储能单元2内设置有相变储能材料，换热介质能够从换热介质进口进入壳体1内，并流经间隙后由换热介质出口流出。若换热介质温度较高，则相变储能材料发生相变并吸收热量，完成热量储存；若换热介质温度较低，则相变储能材料发生相变并释放热量，完成热量稳定释放。在上述结构下，每个储能单元2独立设置，结构简单，便于更换内部的相变储能材料，以及便于对损坏的储能单元2进行更换或维修。同时，换热介质与每个储能单元2都能够接触，便于快速将热量传递至储能单元2内的相变储能材料，使得该相变储能装置4不仅储能效率较高，且内部储能均匀。

本实施例中，相变储能材料的相变温度为56℃，储热时，相变材料由固体变为液体，放热时，相变材料由液体变为固体。

示例性地，如图1所示，储能层形状与壳体1的形状相适配。优选地，壳体1呈圆柱状，储能层呈圆形，相适应地，储能单元2呈扇形，多个扇形储能单元2环设形成一个圆形的储能层。更为优选地，每层储能层的储能单元2设置有8个，储能单元2呈45°的扇形，8个储能单元2组成一个圆柱状的储能层，使得相变储能装置4结构紧凑，便于设置，同时储能效果较好，每个储能单元2均能够均匀地储存热量，避免储能单元2过大导致内部深处的相变储能材料储能效果不佳，或储能单元2过小导致整体的相变储能装置4的体积较大的同时储能容量较小。当然，在其他实施例中，储能单元2也可以根据实际需求设计，例如方形等，储能层和壳体1也相应地可以为方形等其他形状。在此，不再一一赘述。

具体地，相变储能装置4内还设置有支柱3，支柱3内设置有容纳腔，容纳腔内盛放有相变储能材料。每层的储能单元2绕支柱3外周环设，支柱3为相变储能装置4提供了支撑力，使得储能层稳定在壳体1内；同时，支柱3内的相变储能材料能够储存热量，提高该相变储能装置4的储能容量。优选地，支柱3呈圆柱状，便于扇形的储能单元2环设。更具体地，支柱3的外周凸设有插接部，储能单元2的内端开设有插接槽24，插接部能够插设于插接槽24中。插接部与插接槽24配合，使得储能单元2位置固定，提高其稳定性，避免储能单元2位移导致损坏或影响储能效果等；同时，插接部也方便从插接槽24中拆卸下来，便于储能单元2的检修或更换内部的相变储能材料，提高该相变储能装置4的实用性和使用寿命。

进一步地，如图2和图3所示，储能单元2的一面凸设有凸起部21，另一面设置有凹槽22，每个储能单元2的凸起部21能够与相邻储能单元2的凹槽22间隙配合。在上述结构下，当两个储能单元2上下垒在一起时，下层的储能单元2的凸起部21与上层的储能单元2的凹槽22间隙配合，使得上下两层的储能单元2互相固定，即使得相邻两层储能层之间能够咬合在一起，提高稳定性；同时，由于凸起部21和凹槽22是间隙配合，换热介质能够从间隙流过，有利于换热介质与相变储能材料的换热，提高换热效率。

可选地，凸起部21呈圆形，凹槽22呈圆形，便于装配。当然，在其它实施例中，凸起部21和凹槽22可以是其它形状，例如矩形等。本实施例中，凸起部21包括圆形凸起和矩形凸起，凹槽22包括圆形凹槽22和矩形凹槽22，使得两个储能单元2堆叠后位置固定，不易偏移，提高该相变储能单元2的稳定性。

优选地，凸起部21高度大于凹槽22的深度，即增大上下两层储能单元2之间的间隙，增大流过的换热介质流量，提高换热效率，从而提高储能效率。

示例性地，单个储能单元2上的凸起部21设置有多个，优选为16个，凹槽22设置有多个，优选为16个。当然，在其他实施例中，单个储能单元2上的凸起部21和凹槽22的设置数量可以根据实际情况设计。

为了进一步提高每个储能单元2的储能效率，储能单元2上开设有贯穿孔23，贯穿孔23沿壳体1的轴向方向贯穿。优选地，贯穿孔23设置有多个，多个贯穿孔23在储能单元2上间隔且均匀分布。换热介质有壳体1的换热介质进口进入壳体1内，然后流经储能单元2之间的间隙以及储能单元2上的贯穿孔23，储能单元2内的相变储能材料充分且均匀地吸收热量，进行储能，换热后的换热介质由换热介质出口排出。换热介质不止在储能单元2的外周面流动与相变储能材料换热，还能够经过贯穿孔23与位于中间的相变储能材料换热，有利于提高储能单元2内的相变储能材料的换热均匀性，并增大了换热面积，能够有效提高换热效率。

如图4所示，本实施例还提供一种清洁能源储能供暖系统，该清洁能源储能供暖系统包括热源装置5、用户采暖装置6和上述的相变储能装置4，热源装置5的进水端连通外部水源，热源装置5的两端分别连通有主管道，两根主管道之间并联连通有第一支管7和第二支管8，第一支管7中连通有用户采暖装置6，第二支管8中连通有相变储能装置4，且相变储能装置4的出水端通过第三支管9与用户采暖装置6的进水端连通。优选地，相变储能装置4可以串联设置有多个，以充分对谷电时期的热量储存利用。当在常规供暖情况下，水源由热源装置5加热后送至用户采暖装置6使用，然后进入热源装置5进行下一次循环。当在夜间低谷期间，水源由热源装置5加热后进入相变储能装置4，相变储能装置4吸收热量并进行储存。当在用热高峰期时，水源由热源装置5加热后流经相变储能装置4对水源进行补热，然后送至用户采暖装置6使用，最后进入热源装置5进行下一次循环，使得供热稳定。该清洁能源储能供暖系统不仅能够满足日常供暖需求，还能够谷电时期进行储能，便于在峰电时期补能，避免出现供暖不稳定，供暖不足等情况从而实现全天24小时连续可控不间断供暖。且采用相变储能装置4，占用空间小，储能密度大，能效较高，节省电力成本。

优选地，热源装置5包括空气源热泵。大部分清洁能源储能供暖系统是利用电加热器来给储能材料来储热，本实施例提高的清洁能源储能供暖系统利用高温空气源热泵出水来给相变储能材料加热，既可以削减电加热器在储能系统设备方面的投资，并且可以高效的利用夜间闲置的热泵，对比电加热器还可以减少电力成本。空气源热泵等可再生能源具有不稳定和不连续的特点，通过采用相变储能材料装置可以解决这一问题，使得采用空气源热泵供暖稳定和连续。同时，通过谷电储能，可以有效降低能源利用成本。当然，在其它实施例中，热源装置5还可以包括太阳能集热装置，可选地，太阳能集热装置可以独立作为整个系统的热源装置为整个系统提供热能；也可以与空气源热泵组成并联结构，在太阳能充足的时候开启太阳能集热装置，为整个系统提供热源，在太阳能不足时开启空气源热泵为整个系统提供热能。能够合理地提高能源的利用率，降低设备成本以及系统的功耗。

进一步优选地，清洁能源储能供暖系统还包括光电装置，该光电装置包括光伏发电模块以及储电模块。在太阳能充足的情况下，储电模块可以对太阳能进行光电的转化以及存储，其存储的电能可以用于整个系统的电力需求；在太阳能不足时，光伏发电模块用于驱动空气源热泵给系统提供热能。通过设置光电装置能够有效提高能源的利用率，以及降低设备的功耗成本，提高用户端供暖的稳定性以及可控性。

本实施例中，以水为换热介质，采用高温空气源热泵出水温度在65-70℃来给相变储能材料储热。使得该清洁能源储能供暖系统可实现24小时连续可控不间断供暖；可以应用于低温储热领域，相变材料储热密度大，设备占用空间小；结构简单，无需对传统供暖工艺进行改造；即用即加热，减少了高温烫伤的风险。

本实施例中，第一支管7上位于用户采暖装置6的两端分别设置有第一进阀a和第一出阀b，第二支管8上位于相变储能装置4的两端分别设置有第二进阀c和第二出阀d，第三支管9上设置有第三阀门e，外部水源与热源装置5之间连通的管道中设置有第四阀门f，热源装置5的出水口连通的主管道中设置有运输泵g。通过上述各个阀门的开合和运输泵g的启停来控制管道中的水的流通流线，从而实现在不同工况下的工作状态切换。当在常规供暖情况下，开启运输泵g、第一进阀a和第二进阀c，关闭第二进阀c、第二出阀d和第三阀门e，水源由热源装置5加热后送至用户采暖装置6使用，然后进入热源装置5进行下一次循环，只需利用热源装置5就能满足低功率下的常规需要。当在夜间低谷期间，开启运输泵g、第二进阀c和第二出阀d，关闭第一进阀a、第一出阀b和第三阀门e，水源由热源装置5加热后进入相变储能装置4，相变储能装置4吸收热量并进行储存，当然，在需要在谷电时期用暖时，也可以同时打开第一进阀a和第一出阀b。当在用热高峰期时，热源装置5出水温度不稳定或温度较低时，开启运输泵g、第二进阀c、第三阀门e和第一出阀b，关闭第二出阀d和第一进阀a，水源由热源装置5加热后流经相变储能装置4对水源进行补热，然后送至用户采暖装置6使用，最后进入热源装置5进行下一次循环，使得供热稳定。通过控制各个阀门的启闭，能够方便地控制清洁能源储能供暖系统在各个供暖时期的工作状态，保证供暖稳定，出水温度符合要求，以及有效提高能源利用率，达到节能环保的目的。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种相变储能装置，其特征在于，包括：

壳体(1)，所述壳体(1)的两端分别设置有换热介质进口和换热介质出口；

多个储能层，沿所述壳体(1)的轴向方向堆叠设置于所述壳体(1)内，每个所述储能层包括多个储能单元(2)，多个所述储能单元(2)环设形成所述储能层，且每相邻两个所述储能单元(2)之间形成有间隙，所述储能单元(2)内设置有相变储能材料，换热介质能够从所述换热介质进口进入所述壳体(1)内，并流经所述间隙后由所述换热介质出口流出。

2.根据权利要求1所述的相变储能装置，其特征在于，所述储能单元(2)上开设有贯穿孔(23)，所述贯穿孔(23)沿所述壳体(1)的轴向方向贯穿所述储能单元(2)。

3.根据权利要求1所述的相变储能装置，其特征在于，所述储能单元(2)的一面凸设有凸起部(21)，另一面设置有凹槽(22)，每个所述储能单元(2)的所述凸起部(21)能够与相邻所述储能单元(2)的所述凹槽(22)间隙配合。

4.根据权利要求1所述的相变储能装置，其特征在于，还包括：

支柱(3)，设置于所述壳体(1)内，并沿所述壳体(1)的轴向方向延伸设置，多个所述储能单元(2)沿所述支柱(3)的外周周向设置。

5.根据权利要求4所述的相变储能装置，其特征在于，所述支柱(3)内设置有容纳腔，所述容纳腔内设置有相变储能材料。

6.根据权利要求4所述的相变储能装置，其特征在于，所述支柱(3)的外周环设有多个插接部，所述储能单元(2)的内端开设有插接槽(24)，所述插接部插设于所述插接槽(24)。

7.一种清洁能源储能供暖系统，其特征在于，包括热源装置(5)、用户采暖装置(6)和权利要求1-6任一项所述的相变储能装置，所述热源装置(5)的进水端连通外部水源，所述热源装置(5)的两端分别连通有主管道，两根所述主管道之间并联连通有第一支管(7)和第二支管(8)，所述第一支管(7)中连通有所述用户采暖装置(6)，所述第二支管(8)中连通有所述相变储能装置，且所述相变储能装置的出水端通过第三支管(9)与所述用户采暖装置(6)的进水端连通。

8.根据权利要求7所述的清洁能源储能供暖系统，其特征在于，所述第一支管(7)上位于所述用户采暖装置(6)的两端分别设置有第一进阀(a)和第一出阀(b)，所述第二支管(8)上位于所述相变储能装置的两端分别设置有第二进阀(c)和第二出阀(d)，所述第三支管(9)上设置有第三阀门(e)。

9.根据权利要求7所述的清洁能源储能供暖系统，其特征在于，所述热源装置(5)包括空气源热泵，或太阳能集热装置。

10.根据权利要求7所述的清洁能源储能供暖系统，其特征在于，还包括：

光电装置，与所述热源装置(5)连接，所述光电装置包括光伏发电模块和储电模块，所述光伏发电模块与所述热源装置(5)连接。

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