PL246199B1 - Urządzenie i sposób magazynowania ciepła i/lub chłodu - Google Patents

Urządzenie i sposób magazynowania ciepła i/lub chłodu Download PDF

Info

Publication number
PL246199B1
PL246199B1 PL443098A PL44309822A PL246199B1 PL 246199 B1 PL246199 B1 PL 246199B1 PL 443098 A PL443098 A PL 443098A PL 44309822 A PL44309822 A PL 44309822A PL 246199 B1 PL246199 B1 PL 246199B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
nanoparticles
phase change
storage
air
change material
Prior art date
Application number
PL443098A
Other languages
English (en)
Other versions
PL443098A1 (pl
Inventor
Paulina Roksana Rolka
Tomasz Przybyliński
Roman Kwidziński
Marcin Lackowski
Original Assignee
Instytut Masz Przeplywowych Im Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Instytut Masz Przeplywowych Im Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk filed Critical Instytut Masz Przeplywowych Im Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL443098A priority Critical patent/PL246199B1/pl
Publication of PL443098A1 publication Critical patent/PL443098A1/pl
Publication of PL246199B1 publication Critical patent/PL246199B1/pl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/021Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest nowe urządzenie i sposób magazynowania ciepła i/lub chłodu z nanocząstkami i aktywnym systemem barbotażu. Magazyn energii (1) wypełniony materiałem zmiennofazowym z nanocząstkami jest wyposażony w wymiennik ciepła (3), w którym przepływa nośnik ciepła, oraz płytę ze specjalnym układem dysz (4). Za pomocą specjalnego układu dysz (4), umieszczonego na dnie magazynu, doprowadzone jest powietrze pobrane z poduszki powietrznej (5) (z górnej części magazynu). W czasie, kiedy materiał zmiennofazowy z nanocząstkami (2) jest w stanie ciekłym, następuje wpuszczanie przez dysze pęcherzyków powietrza do magazynu. Pęcherzyki powietrza, dzięki sile wyporu przemieszczają się w cieczy do góry i powodują mieszanie materiału zmiennofazowego z nanocząstkami, które zdążyły zgromadzić się w pobliżu dna magazynu i wymuszają ich unoszenie się w kierunku lustra cieczy. Generacja pęcherzyków powietrza (zastosowanie procesu barbotażu) niweluje efekt sedymentacji nanocząstek, który dotychczas stanowił problem w długoterminowym wykorzystaniu materiałów zmiennofazowych z nanocząstkami w magazynach ciepła lub chłodu.

Description

Opis wynalazku
Przedmiot wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest urządzenie i sposób magazynowania ciepła i/lub chłodu zawierające materiał zmiennofazowy nanocząstkami i aktywnym systemem barbotażu pozwalający na magazynowanie ciepła i chłodu.
Stan techniki
Wiele materiałów zmiennofazowych (PCM) charakteryzuje się niską przewodnością cieplną, co ogranicza czas ładowania i rozładowania zmiennofazowych magazynów ciepła i chłodu (LHTES). W celu zwiększenia dynamiki procesów ładowania i rozładowania takich magazynów, do materiałów zmiennofazowych dodaje się nanocząstki węglowe (np. grafen, grafit, nanorurki węglowe) lub nanocząstki metali i tlenków metali (np. miedź, tlenek miedzi, tlenek cynku, tlenek tytanu, tlenek glinu). Domieszkowanie materiałów zmiennofazowych nanocząstkami powoduje zwiększenie ich przewodności cieplnej. Nanocząstki zmieszane z materiałem zmiennofazowym (np. przy użyciu mieszadła ultradźwiękowego) po dłuższym czasie mają tendencję do agregacji, a następnie częściowej sedymentacji na dnie pojemnika. Proces ten prowadzi to do powstania rozwarstwienia w mieszaninie materiału zmiennofazowego z nanocząstkami i do zmiany jej właściwości termo-fizycznych.
W opisie patentowym US2009236079A1 przedstawiono poprawę funkcjonalności materiałów zmiennofazowych poprzez dyspersję nanocząstek. Materiał kompozytowy składa się z materiału zmiennofazowego, (w którego składzie są woda, cykloheksan, dodekan i żel olejowy) oraz nanocząstek (miedzi, glinu, tlenku glinu, tlenku miedzi, tlenku tytanu). W opisie tym materiał zmiennofazowy z nanocząstkami może być umieszczony w magazynie wykonanym z tworzywa sztucznego, gumy, metalu i szkła. Otrzymane materiały PCM wzbogacone nanocząsteczkami wykazują zwiększoną przewodność cieplną w porównaniu z materiałem bazowym.
Z opisu patentowego CN105694822A znany jest kompozytowy materiał zmiennofazowy, składający się z następujących głównych składników (udziały w procentach wagowych): 71-83% glikolu polietylenowego 2000, 16-28% glicerolu, 0,7% przeciwutleniacza KY-500 i 0,3% stearynianu wapnia. Temperatura przemiany fazowej kompozytowego materiału wynosi 46-48°C, a ciepło utajone 154-157 kJ/kg, przy czym wartość ciepła utajonego tego materiału po 4000 cykli cieplnych zmniejsza się o mniej niż 10%. Przedstawiony w opisie CN105694822A kompozytowy materiał oraz sposób jego przygotowania (otrzymania) jest rekomendowany do użycia w jednostkach magazynujących energię w powietrznych pompach ciepła do przygotowania ciepłej wody użytkowej.
Z kolei opis patentowy CN104180521A przedstawia podgrzewacz wody z pompą ciepła, które są zintegrowane z magazynem energii z materiałem zmiennofazowym i nanocząstkami. Temperatura przemiany fazowej w tym magazynie wynosi 50-60°C. Materiał akumulujący w magazynie zawiera następujące składniki (w częściach wagowych): 0,5 do 2,0 części nanocząstek (nanorurki węglowe), 0,9 do 3,6 części dyspergatora (etoksylan oktylofenolu, TX-10), 94,4 do 98,6 części PCM (parafina). Dodany w tej mieszaninie środek dyspergujący może zmniejszać napięcie powierzchniowe cieczy lub zmieniać właściwości powierzchni nanocząstki, zapobiegając aglomeracji i agregacji nanocząstki oraz stabilizować nanocząstkę zawieszoną w płynie. Jednak, gdy ilość dodanego środka dyspergującego jest mała, powłoka nanocząstek jest niekompletna, niektóre cząstki aglomerują się tworząc duże części, a stabilność dyspersji materiału z nanocząstkami jest słaba. Z kolei dodawanie zbyt dużej ilości dyspergatora spowoduje, że dyspergator w płynie osiągnie stan przesycenia i wzrośnie prawdopodobieństwo zderzenia cząstek. Tym samym siła grawitacji zwiększy się, a cząstki osadzą się i zmniejszy się stabilność dyspersji w PCM z nanocząstkami. Dlatego też w przypadku mieszaniny przedstawianej w opisie CN104180521A optymalna ilość dyspergatora to stosunek wagowy nanocząstki do środka dyspergującego wynoszący 1,0:1,8.
Istota wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest nowy zmiennofazowy magazyn energii (urządzenie) z nanoczątkami i aktywnym systemem barbotażu pozwalający na magazynowanie ciepła i chłodu. Dodanie nanocząstek do materiału zmiennofazowego powoduje zwiększenie przewodności cieplnej materiału wypełniającego magazyn oraz korzystnie wpływa na intensyfikację procesów ładowania i rozładowania magazynu. Z kolei zastosowanie barbotażu (przepływu pęcherzyków powietrza) w magazynie zmiennofazowym z nanocząstkami ma na celu zapobieganie agregacji nanocząstek w fazie ciekłej, a następnie ich sedymentacji na dnie magazynu.
Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do magazynowania ciepła i/lub chłodu zawierające materiały zmiennofazowe z nanocząstkami, które posiada wymiennik ciepła a w swojej dolnej części płytę z systemem dysz oraz w górnej części poduszkę powietrzną.
Urządzenie, gdzie poduszka powietrzna stanowi górną przestrzeń magazynu.
Urządzenie, gdzie liczba dysz powietrznych tworzących system, przypadających na jednostkę powierzchni podstawy zbiornika wyrażona w metrach kwadratowych wynosi od 20 do 150.
Urządzenie, gdzie średnica dyszy powietrznej jest w zakresie od 0.1 do 1 mm.
Sposób magazynowania ciepła i/lub chłodu w urządzeniu zdefiniowanym powyżej jest następujący:
- urządzenie wypełnione materiałem zmiennofazowym z nanocząstkami w stanie ciekłym, wykorzystuje barbotaż, gdzie powietrze z wnętrza magazynu jest tłoczone poprzez pompę do układu dysz, następnie jest wypuszczane,
- pęcherzyki powietrza przemieszczają się do góry i mieszają materiał zmiennofazowy z nanocząstkami, unosząc je do góry.
Sposób, gdzie nanocząstki to nanocząstki węglowe, nanocząstkami metali, nanocząstkami tlenków metali.
Sposób, gdzie powietrze znajduje się w górnej przestrzeni magazynu, powyżej materiału zmiennofazowego.
Zaletą wynalazku jest zapobieganie procesowi sedymentacji nanocząstek na dnie magazynu w czasie, gdy materiał zmiennofazowy jest w fazie ciekłej, ponieważ, ze względu na różnicę gęstości, nanocząstki mają tendencję do opadania na dno magazynu. Proces ten powoduje rozwarstwienie mieszaniny materiału zmiennofazowego z nanocząstkami, czego skutkiem jest zmiana własności termofizycznych materiału, która negatywnie wpływa na efektywność magazynowania ciepła i chłodu.
Opis figury:
F ig. 1. Przedstawia ideowy schemat zmiennofazowego magazynu energii z nanocząstkami i urządzeniem do barbotażu.
A-A - przedstawia wygląd systemu dysz.
Wynalazek ilustruje następujący przykład wykonania nie stanowiący jego ograniczenia.
Przykład
W konstrukcji magazynu energii (1) wypełnionego materiałem zmiennofazowym z nanocząstkami (nanocząstkami węglowymi, nanocząstkami metali, nanocząstkami tlenków metali) (2), charakteryzującego się przemianą fazową z ciała stałego w ciecz lub cieczy w ciało stałe, wykorzystuje się aktywny system barbotażu (4) i (6) (czyli przepływ pęcherzyków powietrza) w fazie ciekłej materiału zmiennofazowego. W magazynie (1) wypełnionym materiałem zmiennofazowym z nanocząstkami (2) znajduje się wymiennik ciepła (3) (np. wężownice), przez który przepływa nośnik ciepła (np. woda). Nośnik ciepła wpływa i wypływa odpowiednio przez króciec wlotowy (8) i wylotowy (7). Na dnie magazynu (1) umieszczono płytę wyposażoną w specjalny układ dysz (4) doprowadzający powietrze z wnętrza magazynu (5). Powietrze jest zasysane z poduszki powietrznej (5), występującej w górnej przestrzeni magazynu (powyżej materiału zmiennofazowego (2) i jest tłoczone przez pompę (6) do specjalnego układu dysz (4). W czasie, kiedy materiał zmiennofazowy z nanocząstkami (2) jest w stanie ciekłym, następuje wpuszczanie przez dysze (4) pęcherzyków powietrza do magazynu (1).
Pęcherzyki powietrza, dzięki sile wyporu przemieszczają się w cieczy do góry i powodują mieszanie materiału zmiennofazowego z nanocząstkami (2), które zdążyły zgromadzić się w pobliżu dna magazynu (1) i wymuszają ich unoszenie się w kierunku lustra cieczy. Specjalny układ dysz (4), to dysze, które rozmieszcza się równomiernie na płycie (patrz przekrój A-A), aby zapewnić jednolity rozpływ pęcherzy w danej objętości i zapewnić ciągłość ruchu nanocząstek. Ilość dysz w płycie (4) jest uzależniona od pola powierzchni podstawy zbiornika (1). Korzystnie jest aby liczba przypadających dysz na jednostkę powierzchni podstawy zbiornika wyrażoną w metrach kwadratowych wynosiła od 20 do 150. Średnica dyszy powinna mieścić się w zakresie od 0.1 do 1.0 mm, w zależności od lepkości zastosowanego materiału zmiennofazowego (2) oraz wielkości magazynu ciepła (1).
Zastosowanie barbotażu w konstrukcji zmiennofazowego magazynu energii (1) z nanocząstkami, gdzie:
- proces barbotażu jest realizowany poprzez zastosowanie w konstrukcji zbiornika (1) specjalnego układu dysz (4) dopasowanych do gabarytów zbiornika i rodzaju zastosowanego materiału zmiennofazowego,
- specjalny układ dysz (4) jest zainstalowany na dnie zbiornika w sposób trwały,
- liczba dysz jest uzależniona od pola powierzchni podstawy zbiornika (1). Zastrzega się, aby liczba przypadających dysz na jednostkę powierzchni podstawy zbiornika wyrażoną w metrach kwadratowych wynosiła od 20 do 150,
- powietrze doprowadzane jest z poduszki powietrznej (5) znajdującej się w górnej czaszy zbiornika (magazynu) i jest tłoczone przez dysze (4) umieszczone przy dnie w czasie, gdy materiał zmiennofazowy z nanocząstkami (2) jest w stanie ciekłym. Cyrkulacja powietrza wewnątrz magazynu powoduje zachowanie zbliżonej temperatury wtłaczanego powietrza i ciekłego materiału zmiennofazowego, co jest trudniejsze do uzyskania w przypadku wtłaczania powietrza z zewnątrz (mającego zazwyczaj inną temperaturę oraz zawierającego wilgoć).
Urządzenie do magazynowania ciepła i/lub chłodu zawierające materiał zmiennofazowy nanocząstkami i aktywnym systemem barbotażu (magazyn ciepła i chłodu).
Objaśnienie figur na rysunku
- Zmiennofazowy magazyn energii z nanocząstkami i barbotażem
- Materiał zmiennofazowy z nanocząstkami
- Wymiennik ciepła (np. wężownica)
- Płyta ze specjalnym układem dysz
- Poduszka powietrzna wewnątrz magazynu, miejsce pobierania powietrza
- Pompa tłocząca powietrze
- Króciec wylotowy nośnika ciepła
- Króciec wlotowy nośnika ciepła

Claims (7)

1. Urządzenie do magazynowania ciepła i/lub chłodu zawierające materiały zmiennofazowe z nanocząstkami znamienne tym, że posiada wymiennik ciepła (3) a w swojej dolnej części płytę z systemem dysz (4) oraz w górnej części poduszkę powietrzną (5).
2. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że poduszka powietrzna (5) stanowi górną przestrzeń magazynu (1).
3. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że liczba dysz (4) powietrznych tworzących system, przypadających na jednostkę powierzchni podstawy zbiornika wyrażoną w metrach kwadratowych wynosi od 20 do 150.
4. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że średnica dyszy (4) powietrznej jest w zakresie od 0.1 do 1 mm.
5. Sposób magazynowania ciepła i/lub chłodu w urządzeniu zdefiniowanym w zastrzeżeniu 1 jest następujący:
- urządzenie (1) wypełnione materiałem zmiennofazowym z nanocząstkami (2) w stanie ciekłym, wykorzystuje barbotaż, gdzie powietrze z wnętrza magazynu jest tłoczone poprzez pompę (6) do układu dysz (4), następnie jest wypuszczane,
- pęcherzyki powietrza przemieszczają się do góry i mieszają materiał zmiennofazowy z nanocząstkami, unosząc je do góry.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że nanocząstki to nanocząstki węglowe, nanocząstkami metali, nanocząstkami tlenków metali.
7. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że powietrze znajduje się w górnej przestrzeni magazynu, powyżej materiału zmiennofazowego.
PL443098A 2022-12-09 2022-12-09 Urządzenie i sposób magazynowania ciepła i/lub chłodu PL246199B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL443098A PL246199B1 (pl) 2022-12-09 2022-12-09 Urządzenie i sposób magazynowania ciepła i/lub chłodu

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL443098A PL246199B1 (pl) 2022-12-09 2022-12-09 Urządzenie i sposób magazynowania ciepła i/lub chłodu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL443098A1 PL443098A1 (pl) 2024-01-03
PL246199B1 true PL246199B1 (pl) 2024-12-16

Family

ID=89473620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL443098A PL246199B1 (pl) 2022-12-09 2022-12-09 Urządzenie i sposób magazynowania ciepła i/lub chłodu

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL246199B1 (pl)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2998673A1 (en) * 2013-05-17 2016-03-23 IHI Corporation Heat storage system
CN214172560U (zh) * 2020-12-10 2021-09-10 丽水学院 一种翅片和螺旋带复合强化传热技术的相变储能箱
CN115355626A (zh) * 2022-08-02 2022-11-18 广东工业大学 一种用于太阳能储热的磁场和超声场耦合调控系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2998673A1 (en) * 2013-05-17 2016-03-23 IHI Corporation Heat storage system
CN214172560U (zh) * 2020-12-10 2021-09-10 丽水学院 一种翅片和螺旋带复合强化传热技术的相变储能箱
CN115355626A (zh) * 2022-08-02 2022-11-18 广东工业大学 一种用于太阳能储热的磁场和超声场耦合调控系统

Also Published As

Publication number Publication date
PL443098A1 (pl) 2024-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Recent advances in organic/composite phase change materials for energy storage
Tay et al. Review on transportable phase change material in thermal energy storage systems
Ranjbar et al. Numerical heat transfer studies of a latent heat storage system containing nano-enhanced phase change material
Lin et al. Research progress on preparation, characterization, and application of nanoparticle‐based microencapsulated phase change materials
CN108276854A (zh) 相变微胶囊及其制备方法和应用
WO2021073060A1 (zh) 一种高漂浮率的空心玻璃微珠的制备方法
CN105622959A (zh) 一种石蜡相变乳液及其制备工艺
CN107502299B (zh) 一种多相介质相变储热材料及其制备方法
Min et al. A novel stereotyped phase change material with a low leakage rate for new energy storage building applications
US9074828B2 (en) Enhanced boundary layer heat transfer by particle interaction
PL246199B1 (pl) Urządzenie i sposób magazynowania ciepła i/lub chłodu
US6083417A (en) Thermal storage agent, manufacturing method thereof, thermal storage material, manufacturing method thereof, thermal storage device and accumulating method
CN115449417A (zh) 萘系复配分散剂、包含其的活化纳米原浆及其制备方法
CN106634857A (zh) 一种改进的微胶囊相变材料及制备方法
Jidhesh et al. Experimental investigation on heat transfer characteristics of phase change composite for thermal energy storage system
CN118344851A (zh) 一种低粘度油基相变乳液及其制备方法
RU2557615C2 (ru) Коллоидная дисперсия оксида алюминия
Shi et al. Experimental investigation of the operating characteristics of a pulsating heat pipe with ultra-pure water and micro encapsulated phase change material suspension
Liu et al. Experimental study on natural convection heat transfer performance of microencapsulated phase change material slurry in a square cavity
US2668757A (en) Method of preparing nonaqueous carbon dispersions
Zhang et al. Development of highly stable low supercooling paraffin nano phase change emulsions for thermal management systems
CN105754554A (zh) 一种含纳米TiO2的纤维素基低温相变储能微胶囊及其制备方法
CN108046832A (zh) 保温真石漆及其制备方法
CN110563326A (zh) 基于前驱物法制备空心玻璃微珠的产业化方法
Umar et al. Preparation, stability and thermal characteristic of Al2O3/bio-oil based nanofluids for heat transfer applications