PL243762B1 - Hybrydowy magazyn wieloźródłowy - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest hybrydowy magazyn wieloźródłowy do współpracy z systemem HVAC pojazdu elektrycznego ze zbiornikiem substancji zmiennofazowych PCM, który charakteryzuje się tym, że ma co najmniej trzy zbiorniki wypełnione zmiennofazowymi materiałami PCM, korzystnie o zróżnicowanych właściwościach. Pierwszym zbiornikiem jest zasobnik (1) połączony za pomocą rurek ciepła (6) z co najmniej dwoma zbiornikami, którymi są magazyny termalne (2), a każdy z nich z drugiego końca jest połączony za pomocą wymienników wężownicowych o kształcie helikoidalnym (5), z kolektorem (4) zasilającym wężownice czynnikiem ulegającym skraplaniu/odparowaniu, którym jest czynnik chłodniczy. Każdy magazyn termalny (2) ma co najmniej jedną rurkę ciepła (6) i nie więcej niż jeden »wymiennik wężownicowy o kształcie helikoidalnym (5) Co najmniej dwa magazyny termalne stanowią pojedyncze ogniwo magazynu termalnego (7), natomiast zasobnik (1) korzystnie jest wypełniony materiałem zmiennofazowym, który jest biodegradowalny i ma zakres temperatur przejścia fazowego od -78°C do 150°C, zaś magazyny termalne (2) są wypełnione materiałem zmiennofazowym, który jest biodegradowalny i ma zakres temperatur przejścia fazowego od 0°C do 130°C.

Description

Przedmiotem wynalazku jest hybrydowy magazyn wieloźródłowy do współpracy z systemem HVAC pojazdu elektrycznego. Magazyny energii termalnej są powszechnie stosowane w wielu dziedzinach techniki. Swoje zastosowanie znajdują szczególnie w klimatyzacji i chłodnictwie, czy systemach grzewczych ze względu na możliwość okresowego zagospodarowania „nadmiarowej energii” i wykorzystania jej w późniejszym okresie w momencie zwiększonego jej zapotrzebowania.

W literaturze istnieje wiele możliwych rozwiązań akumulatorów termalnych oraz systemów z nimi współpracujących. Magazyny te generalnie można podzielić na kilka grup: rozwiązania bazujące na wykorzystaniu ciepła: jawnego, ciepła przemiany fazowej oraz ciepła reakcji chemicznych. Układy akumulacyjne w pojazdach elektrycznych wykorzystywane są w celu zmniejszenia zapotrzebowania energetycznego układu HVAC, który może zapewniać komfort termalny tylko kabinie pasażerskiej, tylko pakietom bateryjnym albo kabinie i pakietowi akumulatorów elektrycznych.

Znany jest z opisu zgłoszenia patentowego US 20150241137 A1 modułowy układ magazynujący energię termalną, wykorzystujący substancję zmiennofazową. Magazyn termalny składa się tu z modułów wypełnionych substancją zmiennofazową oraz elementów roboczych dostarczających/odbierających. Moduły te otoczone są płaszczem izolującym. Przepływ ciepła realizowany jest w sposób umożliwiający jego indywidualne dostarczanie/odbieranie do każdego z elementarnych modułów składowych. Rozwiązanie to różni się od proponowanego tym, iż magazyn ten nie ma możliwości cyklicznej współpracy z wieloma źródłami ciepła/chłodu. Regeneracja tego układu może się więc odbywać tylko poprzez bezpośrednią jego współpracę z układem docelowym.

Ze zgłoszenia patentowego US 4203489 A znany jest modułowy system magazynowania energii cieplnej, który składa się ze stosu pojedynczych elementów magazynujących ciepło, przy czym każdy element posiada uszczelniony metalowy pojemnik wypełniony cieczą, taką jak woda, i izolację termiczną pojemnika metalowego na przeciwnych zewnętrznych częściach pojemnika, z przeciwnymi częściami środkowymi pojemnika. Elementy do magazynowania ciepła są ułożone w stos, w taki sposób aby utworzyć rozstawione kanały, ograniczone odsłoniętymi częściami elementów, przy czym każdy kanał jest uformowany między sąsiadującymi elementami do magazynowania ciepła w stosie. Termicznie rozpraszające się warstwy elementów tworzą zewnętrzne ściany stosu, a sąsiednie stosy mogą być oddalone od siebie, tworząc przejście ograniczone termicznie rozpraszającymi ścianami zewnętrznymi pary sąsiednich stosów. Na przykład gorące powietrze z kolektora słonecznego przepływa przez kanały w każdym stosie elementów, aby przenosić ciepło przez odsłonięte ściany pojemnika i szybko podgrzewać ciecz w każdym pojemniku. Ciecz przechowuje przenoszone do niej ciepło, które to ciepło jest powoli i w sposób kontrolowany uwalniane przez rozpraszające ciepło ściany. Chłodniejsze powietrze, które ma być ogrzewane przez system magazynowania ciepła, przepływa przez kanały między sąsiednimi stosami i pobiera ciepło od ścianki stosów.

Ze zgłoszenia patentowego US 2012152511 A1 znany jest magazyn termalny umożliwiający akumulację ciepła/chłodu podczas pracy pojazdu elektrycznego i okresowe odzyskiwanie tej energii dla kontroli komfortu termalnego w kabinie pasażerskiej pojazdu. Substancją stanowiącą masę akumulacyjną jest tu materiał zmiennofazowy umieszczony w specjalnej komorze. Ciepło dostarczane/odbierane jest z materiału zmiennofazowego za pomocą ożebrowanej powierzchni wymiany ciepła. Sam proces ładowania/rozładowania odbywa się poprzez współpracę magazynu termalnego z układem dostarczającym/odbierającym powietrze z/do kabiny pasażerskiej pojazdu. Ponadto twórcy wynalazku zastrzegają specjalny system do optymalizacji pracy układu zapewniającego komfort termalny w kabinie pojazdu elektrycznego współpracującego z proponowanym magazynem termalnym. Rozwiązanie to różni się od proponowanego tym, iż magazyn ten nie ma możliwości cyklicznej współpracy z wieloma źródłami ciepła/chłodu. Regeneracja tego układu może się więc odbywać tylko poprzez bezpośrednią jego współpracę z układem docelowym. Ponadto magazyn ten nie współpracuje bezpośrednio z systemami takimi jak: układ chłodniczy (powietrzna pompa ciepła) czy układ elektryczny. Nie ma też możliwości regeneracji z zewnętrznych źródeł ciepła/chłodu.

Hybrydowy magazyn wieloźródłowy do współpracy z systemem HVAC pojazdu elektrycznego ze zbiornikiem substancji zmiennofazowych PCM według wynalazku, charakteryzuje się tym, że ma co najmniej trzy zbiorniki wypełnione zmiennofazowymi materiałami PCM, korzystnie o zróżnicowanych właściwościach. Pierwszym zbiornikiem jest zasobnik połączony za pomocą rurek ciepła, z co najmniej dwoma zbiornikami, którymi są magazyny termalne, a każdy z nich z drugiego końca jest połączony za pomocą wymienników wężownicowych o kształcie helikoidalnym, z kolektorem zasilającym wężownice czynnikiem ulegającym skraplaniu/odparowaniu, którym jest czynnik chłodniczy. Każdy magazyn termalny ma co najmniej jedną rurkę ciepła i nie więcej niż jeden wymiennik wężownicowy o kształcie helikoidalnym. Co najmniej dwa magazyny termalne stanowią pojedyncze ogniwo magazynu termalnego, natomiast zasobnik korzystnie jest wypełniony materiałem zmiennofazowym, który jest biodegradowalny i ma zakres temperatur przejścia fazowego od -78°C do 150°C, zaś magazyny termalne są wypełnione materiałem zmiennofazowym, który jest biodegradowalny i ma zakres temperatur przejścia fazowego od 0°C do 130°C.

Korzystnie magazyn wieloźródłowy ma jako materiał zmiennofazowy w zasobniku dwutlenek węgla w stanie stałym lub wodę w postaci zawiesiny lodowej, dostarczaną z zewnętrznych źródeł chłodu, korzystnie z chillera chłodniczego.

Korzystnie magazyn wieloźródłowy ma jako materiał zmiennofazowy w magazynie termalnym olej kokosowy rafinowany.

Korzystnie zbiornik jest okresowo pusty i stanowi kanał przepływowy dla dodatkowego czynnika roboczego, zaś wypełnienie materiałem zmiennofazowym w magazynie termalnym podlega regeneracji.

Korzystnie rurka ciepła wypełniona jest czynnikiem ulegającym skraplaniu/odparowaniu, korzystnie acetonem, posiada strukturę kapilarną i podzielona jest na sekcje parowania/skraplania, zaś strukturę kapilarną stanowi siatka dwuwarstwowa wykonana z brązu o wymiarze oczka o przekroju kwadratu 125 μm i grubości drutu 0,08 mm.

Materiały zmiennofazowe zastosowane w wynalazku mają różne właściwości termalne w szczególności temperatury przejścia fazowego oraz ciepło krzepnięcia/topnienia. Przewagą takiego rozwiązania jest możliwość regeneracji magazynu termalnego nie tylko dzięki zasilaniu go bezpośrednio energią elektryczną czy energią pozyskaną z przemian następujących w obiegu chłodniczym, czyli w wymiennikach wężownicowych, ale i ciepłem/chłodem zmagazynowanym w zasobniku.

Konstrukcja pozwalała jednocześnie na okresową akumulację masy PCM (w momencie ładowania docelowego magazynu termalnego ciepłem/chłodem) oraz okresowo również stanowi komorę przepływową dla czynnika dostarczającego/odbierającego ciepło z/do magazynu termalnego. Gdy materiałem zmiennofazowym w zasobniku jest woda w postaci zawiesiny lodowej dającej się „pompować” do zasobnika z zewnętrznych źródeł chłodu np. układu chillerów chłodniczych, daje to możliwość bezpośredniego odprowadzenia wody do układów ściekowych lub do otoczenia nawet w trakcie jazdy pojazdu.

Gdy materiałem zmiennofazowym jest dwutlenek węgla w postaci tzw. suchego lodu, zaletą takiego rozwiązania jest bardzo niska temperatura tego źródła chłodu oraz fakt, iż substancja ta jest całkowicie nieszkodliwa dla człowieka. Co więcej substancja ta przechodzi bezpośrednio ze stanu stałego w gazowy, nie wymaga więc (jak w przypadku zawiesiny lodowej) układu odprowadzania stopionego materiału do otoczenia. Generalnie w proponowanym zasobniku możliwe jest wykorzystanie każdego materiału zmiennofazowego, przyjaznego dla środowiska o odpowiednich parametrach cieplnych. Zasobnik może być wypełniany różnymi materiałami zmiennofazowymi w zależności od zmieniającej się temperatury zewnętrznej (warunki letnie i zimowe), dzięki czemu magazyn hybrydowy jest w stanie pracować cały rok zarówno na potrzeby grzania, jak i chłodzenia systemów znajdujących się w pojeździe elektrycznym.

W momencie kiedy zbiornik nie jest wypełniony materiałem zmiennofazowym (w celu regeneracji wypełnienia PCM w magazynie termalnym), stanowi on kanał przepływowy dla dodatkowego czynnika roboczego, który z założenia ma stanowić czynnik roboczy dla układu chłodzenia/grzania pakietów bateryjnych. W szczególności współpracę taką zakłada się w momencie zwiększonego obciążenia termicznego baterii elektrycznych np. w momencie ładowania pojazdu lub w ruchu miejskim charakteryzującym się zmiennym obciążeniem układu napędowego.

Zaletą magazynu hybrydowego jest również to, że wymiana ciepła pomiędzy zasobnikiem z PCM oraz magazynem termalnym odbywa się bez udziału medium pośredniczącego, za pomocą rurek cieplnych o specjalnej strukturze kapilarnej. W zależności od zastosowanego czynnika roboczego, umożliwia ona prace tego elementu roboczego w odpowiednim zakresie temperatur zarówno przy wspomaganiu cyrkulacji czynnika roboczego siłą grawitacji, jak i w przypadku konieczności przeciwdziałania tej sile. Opisywany element funkcyjny umożliwia zarówno ładowanie, jak i rozładowywanie energii zakumulowanej w wypełnieniu magazynu termalnego. Dodatkową funkcjonalnością rurek ciepła jest zwiększanie jednorodności pola temperatury wewnątrz masy PCM, a więc poprawa efektywności procesu ładowania/rozładowania magazynu podczas jego współdziałania z obiegiem chłodniczym. Ilość rurek ciepła w poszczególnym ogniwie magazynu termalnego jest zależna od własności samego materiału zmiennofazowego oraz średnicy pojedynczego ogniwa termalnego. Współdziałanie magazynu termalnego z obiegiem chłodniczym odbywa się poprzez wężownice helikoidalne o zoptymalizowanej geometrii. Sama wężownica wykonywana z aluminium, stali nierdzewnej lub materiału kompozytowego, czyli mieszanek proszków metalicznych z materiałami wypełniającymi takimi jak tworzywa termoplastyczne, umożliwia zredukowanie nie tylko przestrzeni zajmowanej przez ten element (objętości szkodliwej), ale i jego masy przy jednoczesnym możliwie dużym wzroście oporności elektrycznej. Dla zastosowania właściwego rodzaju materiału kluczowa jest relacja pomiędzy jego opornością elektryczną/gęstością a wytrzymałością na ciśnienie statyczne i dynamiczne. Aluminium zapewnia małą gęstość, dużą wytrzymałość i stosunkowo dobrą obrabialność oraz bardzo wysoki współczynnik przewodzenia ciepła, zaś stal nierdzewna ma dużą wytrzymałość, dobrą obrabialność i dostępność rurek o średnicy ścianki poniżej 0,2 mm, przy jednoczesnej znacznej oporności elektrycznej. Sama wężownica helikoidalna, oprócz pracy w formie „elementu grzewczego” poprzez możliwość jej zasilania prądem elektrycznym (zarówno stałym, jak i zmiennym) współpracuje z obiegiem chłodniczym. Posiada więc kanał przepływowy dla czynnika chłodniczego, który w zależności od potrzeb ulega odparowaniu lub skraplaniu wewnątrz przestrzeni helikoidy i jest doprowadzany/odprowadzany za pomocą zbiorczych kolektorów parowo/cieczowych. Kolektor jest wykonany z jednolitego materiału metalicznego (najlepiej aluminium) o dużej grubości ścianki, tak aby jego oporność elektryczna była pomijalnie mała w stosunku do oporności elektrycznych elementów helikoidalnych (kolektor zasilający ma okresowo bowiem pełnić również funkcję przewodu doprowadzającego energie elektryczną).

Dodatkową cechą hybrydowego magazynu wieloźródłowego jest możliwość jego regeneracji nie tylko poprzez bezpośrednią współpracę z systemami pojazdu (pompą ciepła, pakietem bateryjnym), ale również zewnętrznymi systemami chłodniczymi i grzewczymi. Jest to główna przewaga proponowanego rozwiązania nad innymi tego typu układami, ponieważ pozwala na utrzymanie wysokiej efektywności energetycznej układu współpracującego z magazynem nawet w warunkach rozruchowych, podczas ładowania pakietów bateryjnych, przy wysokich/niskich temperaturach otoczenia, czy zmiennych warunkach obciążenia układu napędowego (teren górski, jazda miejska).

Hybrydowy magazyn wieloźródłowy wypełniony materiałem zmiennofazowym może współpracować nie tylko z systemem HVAC pojazdu, ale i systemami „zewnętrznymi”. W tym w szczególności systemem elektrycznym (regeneracja poprzez bezpośrednie zasilanie energią elektryczną z sieci lub systemu odzysku energii w pojeździe elektrycznym tzw. KERS). Jak również przy większych konstrukcjach silników elektrycznych (stosowanych np. w pojazdach autobusowych) poprzez współpracę z układem chłodzenia silnika elektrycznego.

Poprzez zastosowanie proponowanego rozwiązania możliwe jest zoptymalizowanie pracy układu HVAC oraz zmniejszenie cykli ładowania/rozładowywania akumulatorów elektrycznych. Spodziewanym dodatkowym rezultatem jest również skrócenie samego czasu ładowania pakietów bateryjnych poprzez utrzymanie ich temperatury na właściwym/bezpiecznym poziomie i tym samym zredukowaniu przerw w ładowaniu wynikających z przekroczenia dopuszczalnych temperatur pracy dla ogniw elektrycznych czy innych elementów elektroniki w pojeździe elektrycznym.

Znamienna jest również znaczna ilość cykli ładowania/rozładowywania, łatwa wymiana materiału zmiennofazowego PCM oraz kilkukrotnie niższy koszt produkcji proponowanego magazynu wieloźródłowego w stosunku do akumulatorów elektrycznych. Rozwiązanie bazuje na dobrze znanej technologii nie wymaga zatem opracowania nowych linii technologicznych i jest tania w implementacji nawet w istniejących systemach HVAC. Dzięki zaś rozwijającej się technologii druku 3d możliwa jest łatwa optymalizacja kształtu pojedynczych ogniw magazynu w celu optymalizacji wykorzystania dostępnej przestrzeni roboczej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat hybrydowego magazynu wieloźródłowego, fig. 2 przedstawia budowę wymiennika wężownicowego o kształcie helikoidalnym, fig. 3 przedstawia budowę rurki ciepła, fig. 4 przedstawia widok dwóch magazynów termalnych o ośmiokątnym (referencyjnym) kształcie płaszcza, tworzących pojedyncze ogniwo termalne, na fig. 5 przedstawiony jest przykład wykonania dwóch magazynów termalnych o prostopadłościennym kształcie płaszcza, tworzących pojedyncze ogniwo termalne. Fig. 6 przedstawia przykład wykonania magazynu termalnego o pojemności czterokrotnie większej od pojedynczego magazynu termalnego referencyjnego dla przypadku płaszcza prostopadłościennego i odpowiednio płaszcza walcowego, natomiast fig. 7 ilustruje przykład wykonania magazynu termalnego o pojemności czterokrotnie większej od pojedynczego magazynu termalnego referencyjnego w formie wieloogniwowej. Na fig. 8 przedstawiono przykład wykonania hybrydowego magazynu wieloźródłowego z zasobnikiem do regeneracji zewnętrznym źródłem ciepła/chłodu w postaci materiału zmiennofazowego PCM 1, połączonym rurkami ciepła z ogniwem termalnym złożonym z czterech magazynów termalnych. Na fig. 9 przedstawiono przykład wykonania hybrydowego magazynu wieloźródłowego z zasobnikiem do regeneracji zewnętrznym źródłem ciepła/chłodu w formie płynu roboczego, połączonym rurkami ciepła z ogniwem termalnym złożonym z czterech magazynów termalnych.

Wynalazek ilustrują następujące przykłady wykonania.

Przykła d 1

Hybrydowy magazyn wieloźródłowy, w przykładzie wykonania, jak to przedstawiono na fig. 1, ma pięć zbiorników wypełnionych zmiennofazowymi materiałami PCM. Zasobnik 1 połączony jest za pomocą rurek ciepła 6, z czterema magazynami termalnymi 2, tworzącymi pojedyncze ogniwo termalne 7. Oznaczeniem 3 zaznaczono kierunek wymiany zużytego wypełnienia zasobnika 1. Każdy magazyn termalny 2 z drugiego końca jest połączony za pomocą wymienników wężownicowych o kształcie helikoidalnym 5, z aluminiowym kolektorem 4 zasilającym wężownice czynnikiem ulegającym skraplaniu/odparowaniu, którym jest czynnik chłodniczy, np. R1234yf. Wymiennik wężownicowy helikoidalny 5, jak pokazano na fig. 2, składa się z króćca zasilającego 5b, króćca powrotnego 5c z zaznaczonym na figurze przekrojem kanału przepływowego w zarysie helikoidy 5d. Wężownica 5 wykonana jest z aluminium, albo w innych przykładach realizacji ze stali nierdzewnej lub materiału kompozytowego, czyli mieszanek proszków metalicznych z materiałami wypełniającymi takimi jak tworzywa termoplastyczne.

Każdy magazyn termalny 2 ma jedną rurkę ciepła 6 i jeden wymiennik wężownicowy o kształcie helikoidalnym 5. Każda rurka ciepła 6 jest zbudowana jak to zilustrowano na fig. 3 z sekcji odpowiednio skraplania/odparowania 6a i 6b. Rurka ciepła 6 posiada strukturę kapilarną 6c.

Zasobnik 1 jest wypełniony materiałem zmiennofazowym, którym w przykładzie wykonania jest dwutlenek węgla w stanie stałym, natomiast magazyny termalne 2 wypełnione są olejem kokosowym, o średniej temperaturze przejścia fazowego 25°C i średnim współczynniku przewodzenia ciepła 0,3 W/mK.

Przykład 2

W celu doboru odpowiedniej ilości rurek ciepła 6, w hybrydowym magazynie wieloźródłowym jak go opisano w przykładzie 1, należy założyć określony czas ładowania/rozładowania pojedynczego ogniwa magazynu 7 wypełnionego materiałem zmiennofazowym PCM o określonej masie i cieple przejścia fazowego, co w konsekwencji oznacza oczekiwaną ilość energii do zakumulowania/odebrania. Po przyjęciu oczekiwanego czasu ładowania/rozładowania otrzymamy strumień ciepła, jaki musi zostać przekazany/odebrany z ogniwa magazynu termalnego.

Z drugiej strony dla określonej geometrii rurki ciepła można oszacować całkowity opór cieplny. Wykorzystując ten parametr oraz zakładając temperaturę źródła ciepła/chłodu i przyjmując za temperaturę PCM temperaturę przejścia fazowego można oszacować różnice temperatur stanowiąca siłę napędową procesu wymiany ciepła.

Iloraz wspomnianej różnicy temperatur oraz całkowitego oporu cieplnego dla rurki ciepła 6, daje w konsekwencji również wartość strumienia ciepła, jaki może być przekazany przez pojedynczą rurkę ciepła 6 o określonej geometrii. Jeżeli strumień ten jest mniejszy od strumienia ciepła, jaki musi zostać przekazany/odebrany z ogniwa magazynu termalnego 7, aby mogły zostać spełnione założone na wstępie parametry, należy odpowiednio zwielokrotnić liczbę rurek cieplnych 6.

W przeciwnym razie można założyć, iż wystarczająca będzie jedna rurka ciepła 6, samo zaś tempo wymiany ciepła może być regulowane poprzez zmniejszenie różnicy temperaturowej i/lub modyfikację jej geometrii np. zmniejszenie powierzchni wymiany ciepła kontaktującej się z medium dostarczającym/odbierającym ciepło z/do rurki ciepła 6.

Fig. 4 ilustruje powyższe założenia w następującym przykładzie realizacji, który przedstawia magazyn termalny 2 referencyjny. Pojedyncze ogniwo termalne 7 o ośmiokątnym kształcie płaszcza magazynu termalnego 2 i wymiarach jak poniżej, wypełnione jest olejem kokosowym, o średniej temperaturze przejścia fazowego 25°C i średnim współczynniku przewodzenia ciepła 0,3 W/mK, dla temperatury medium dostarczającego/odbierającego ciepła wyższej/niższej od średniej temperatury przejścia fazowego o 60 k i wykorzystaniu rurki cieplnej 6 charakteryzującej się oporem cielnym nie wyższym niż 3 K/W, możliwa jest realizacja procesu ładowania/rozładowania magazynu termalnego 2 w czasie nie większym niż 4 h i 32 min.

Przykład 3

W przypadku wykorzystania magazynu termalnego 2, o innym kształcie niż ośmiokątny, jak to przedstawiono na fig. 5, w celu osiągnięcia tożsamego czasu ładowania/rozładowania jak w przykładzie 2, należy dobrać tak wymiary poprzecznego przekroju płaszcza, aby jego zarys mógł zostać wpisany w okrąg o średnicy jak dla płaszcza ośmiokątnego.

Przykła d 4

Możliwe jest zwielokrotnienie pojemności cieplnej magazynu termalnego 2, poprzez odpowiednie jego zeskalowane. W tym przykładzie wykonania zaprezentowano magazyn termalny 2, o pojemności czterokrotnie większej w stosunku do prezentowanych powyżej przykładów, co zilustrowano na fig. 6.

Dla uzyskania porównywalnego czasu ładowania/rozładowania należy wykorzystać cztery rurki cieplne 6 o tożsamej konstrukcji (identyczne pod względem geometrycznym i odznaczające się oporem cieplnym nie wyższym niż 3 K/W) rozmieszczone tak, aby ich największa liniowa odległość od ich środków geometrycznych nie była większa niż 40 mm (podwojona średnica ośmiokąta referencyjnego z fig. 4), taka odległość powinna być również zachowana od zarysu ogniwa magazynu termalnego 7.

Przykła d 5

W kolejnym przykładzie wykonania dla osiągnięcia analogicznych warunków jak w przykładzie 2, zastosowano cztery magazyny termalne 2, tworzące dwa ogniwa magazynu termalnego 7, których płaszcz ma przekrój kwadratu, zaś w każdym magazynie termalnym 2 znajduje się po jednej rurce ciepła 6. Przykład jest zilustrowany na fig. 7.

Przykład 6

W kolejnym przykładzie realizacji, przedstawionym na fig. 8, zasobnik 1 jest ładowany „chłodem”, poprzez przekazywanie energii do dwutlenku węgla ulegającemu procesowi resublimacji w zasobniku 1. Zasyp czyli dostarczanie dwutlenku węgla w formie stałej może następować poprzez doprowadzenie tej substancji w formie granulatu poprzez króciec dolotowy/wylotów 8, umieszczony w zasobniku 1.

Elementem przenoszącym energię cielną jest rurka ciepła 6, bądź w innym przykładzie wykonania rurki ciepła 6, wypełnione odpowiednią substancją roboczą, którą jest aceton, ulegającą na przemian procesowi parowania i skraplania. Ruch samego czynnika roboczego wewnątrz rurki/rurek ciepła 6 jest również wspomagany siłami kapilarnymi. W wyniku oddawania energii cieplnej substancja zmiennofazową wypełniająca ogniwo magazynu termalnego 7, którą w przykładzie wykonania jest rafinowany olej kokosowy, ulega procesowi krzepnięcia dając skutek magazynu 1 rozładowywanego.

Przykład 7

Hybrydowy magazyn wieloźródłowy opisany jak w przykładzie 1, z tym że materiałem zmiennofazowym w zbiorniku 1 jest woda w postaci zawiesiny lodowej dostarczana z zewnętrznego chillera chłodniczego. Gdy zasobnik 1 jest okresowo pusty, analogicznie do przykładu 6 w takiej konfiguracji proces ładowania magazynu termalnego 2 „chłodem” jest możliwy poprzez wymuszony przepływ zawiesiny lodowej i/lub samej wody lodowej przez zasobnik 1 (poprzez króciec dolotowy/wylotowy 8), którego konstrukcja umożliwia efektywny odbiór energii, za pośrednictwem rurek ciepła 6, zmagazynowanej w pojedynczym ogniwie magazynu termalnego 7.

Claims (6)

1. Hybrydowy magazyn wieloźródłowy do współpracy z systemem HVAC pojazdu elektrycznego ze zbiornikiem substancji zmiennofazowych PCM, znamienny tym, że ma co najmniej trzy zbiorniki wypełnione zmiennofazowymi materiałami PCM, korzystnie o zróżnicowanych właściwościach, gdzie pierwszym zbiornikiem jest zasobnik (1) połączony za pomocą rurek ciepła (6), z co najmniej dwoma zbiornikami, którymi są magazyny termalne (2), które każdy z nich z drugiego końca jest połączony za pomocą wymienników wężownicowych o kształcie helikoidalnym (5), z kolektorem (4) zasilającym wężownice czynnikiem ulegającym skraplaniu/odparowaniu, którym jest czynnik chłodniczy, a każdy magazyn termalny (2) ma co najmniej jedną rurkę ciepła (6) i nie więcej niż jeden wymiennik wężownicowy o kształcie helikoidalnym (5), zaś co najmniej dwa magazyny termalne (2) stanowią pojedyncze ogniwo magazynu termalnego (7), natomiast zasobnik (1) korzystnie jest wypełniony materiałem zmiennofazowym, który jest biodegradowalny i ma zakres temperatur przejścia fazowego od -78°C do 150°C, zaś magazyny termalne (2) są wypełnione materiałem zmiennofazowym, który jest biodegradowalny i ma zakres temperatur przejścia fazowego od 0°C do 130°C.

2. Magazyn wieloźródłowy według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem zmiennofazowym w zasobniku (1) jest dwutlenek węgla w stanie stałym.

3. Magazyn wieloźródłowy według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem zmiennofazowym w zasobniku (1) jest woda w postaci zawiesiny lodowej, dostarczana z zewnętrznych źródeł chłodu, korzystnie z chillera chłodniczego.

4. Magazyn wieloźródłowy według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem zmiennofazowym w magazynie termalnym (2) jest olej kokosowy rafinowany.

5. Magazyn wieloźródłowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik (1) jest okresowo pusty i stanowi kanał przepływowy dla dodatkowego czynnika roboczego, zaś wypełnienie materiałem zmiennofazowym w magazynie termalnym (2) podlega regeneracji.

6. Magazyn wieloźródłowy według zastrz. 1, znamienny tym, że rurka ciepła (6) wypełniona jest czynnikiem ulegającym skraplaniu/odparowaniu, korzystnie acetonem, posiada strukturę kapilarną (6c) i podzielona jest na sekcje parowania/skraplania (6a, 6b), zaś strukturę kapilarną (6c) stanowi siatka dwuwarstwowa wykonana z brązu o wymiarze oczka o przekroju kwadratu 125 μm i grubości drutu 0,08 mm.