專利名稱：一種相變儲熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種相變儲熱系統(tǒng)，尤其涉及一種熱量利用效率高、安裝便捷的相變儲熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎，隨著全球工業(yè)的迅猛發(fā)展，全球化石燃料不斷減少，能源短缺和環(huán)境污染問題已經(jīng)成為世界各國面臨的共同問題，因此，提高能源利用效率、節(jié)能減排和開發(fā)可再生能源成為當前人類面臨的重要課題。儲熱技術(shù)是提高能源利用效率和保護環(huán)境的重要技術(shù)，在太陽能熱利用、電力移峰填谷、工業(yè)廢熱的回收以及民用和軍事等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。儲熱方法一般有兩 種，一種是顯熱儲熱方式，利用物體溫度上升儲存熱量，另一種是潛熱儲能、即相變儲熱，利用物相的變化從環(huán)境中吸收熱量、或釋放熱量，從而得到能力儲存或釋放的目的，而且相變儲熱還可以與太陽能等新能源結(jié)合使用。在多種儲熱技術(shù)中，固-液相變儲熱具有儲熱密度大、儲熱過程近似恒溫、體積變化小、過程易控制等優(yōu)點，因此，利用相變材料(Phase Change Material,即PCM)進行潛熱儲能的研究受到了世界上多個國家的重視。相變儲熱材料是實現(xiàn)潛熱儲能的核心，因此，也稱為相變儲熱技術(shù)的研究重點，例如專利CN100334179C中公開的太陽能熱水器相變儲熱材料、專利CN101818292A中公開的高溫相變儲熱材料、專利CN101255331A中公開的復合相變儲熱材料等。相變儲熱材料必須置于相應的設備(即儲熱設備)中才能發(fā)揮其儲能的作用，而儲熱設備的設計應當使熱量利用效率發(fā)揮至最大，并且還需要滿足安裝簡便的要求，此外，相變儲熱材料設計固-液相的轉(zhuǎn)變，還必須解決相變過程中液相泄露的問題，專利CN101967857A中公開了一種相變儲熱板，以秸桿為基材、無水硫酸鈉為相變材料、水玻璃進行封裝，制備的儲熱板可用于墻體材料，但是使用受到很大的限制；專利CN201129952Y中公開了一種球式相變儲熱裝置，通過振動的方式解決相變過程中固體沉降的問題。但是上述專利公開的儲熱設備，熱量利用效率低下，安裝使用不便；并且，現(xiàn)有相變儲熱設備無法滿足不同用戶環(huán)境對熱負荷的需要，即無法實現(xiàn)儲熱容量的按需分配。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的是現(xiàn)有相變儲熱設備熱力利用效率低下、安裝使用不便的問題、以及儲熱容量無法按需配置的問題。本實用新型的目的是提供一種相變儲熱系統(tǒng)。本實用新型所述的相變儲熱系統(tǒng)，包括至少一個相變儲熱單元、和熱媒輸送管道，所述至少一個相變儲熱單元并聯(lián)在熱媒輸送管道上，其中，熱媒輸送管道包括熱媒輸入管道和熱媒輸出管道。所述相變儲熱單元包括容器、置于所述容器內(nèi)的至少一個換熱器，在所述換熱器與容器之間填充有相變儲熱材料。所述換熱器包括進口和出口，所述換熱器的進口連通熱媒輸入管道，所述相變儲熱單元的出口連通熱媒輸出管道上。所述相變儲熱系統(tǒng)還包括保溫層，所述相變儲熱單元位于所述保溫層內(nèi)。其中，所述容器可以是柱形或L形，如圓柱形、橢圓柱形、或棱柱形，如四棱柱、六棱柱、三棱柱等，本實用新型中容器截面形狀優(yōu)選為圓形、橢圓形、或多邊形，或其它任意可用的形狀。所述容器的材質(zhì)可以是保溫材料或金屬、塑料等，如PE、PP、PVC、PS、PMMA等，并優(yōu)選為聚丙烯(PP)，包括改性聚丙烯。所述換熱器可以是目前相變儲存設備中常用換熱器，但在本實用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施例中，所述換熱器包括連通換熱器進口的輸入管和連通換熱器出口·旋盤管等；優(yōu)選地，輸入管和輸出管中至少一個是螺旋盤管。更優(yōu)選地，輸入管為螺旋盤管。其中，所述輸出管或輸入管均可以是一個、兩個、三個或多個，如至少一個輸出管一端合并連通輸入管，另一端合并連通換熱器出口，或至少一個輸入管一端合并連通輸出管，另一端合并連通換熱器進口。在本實用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施例中，其中，所述換熱器的進口和出口可以位于所述容器的同一端或兩端，本實用新型中，所述換熱器進口和出口位于圓管形容器的同一端，所述圓管形容器另一端封閉。在本實用新型上述優(yōu)選實施例中，所述輸入管優(yōu)選為螺旋盤管，輸出管優(yōu)選為直形管或波浪形管。所述輸入管優(yōu)選為螺旋盤管，輸出管優(yōu)選為直形管或波浪形管。所述輸入管和輸出管的截面形狀可以是圓形、橢圓形、多邊形或其它任意形狀。每個容器內(nèi)的換熱器的數(shù)量可以是一個、兩個或更多個，并且，各個換熱器可以相同或不同。并且，每一個相變儲熱單元中，換熱器的數(shù)量可以相同或不同。根據(jù)本實用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施例，各個換熱器輸入管均為螺旋盤管，可以是相互獨立地位于容器內(nèi)，或相互同軸設置；可以相互接觸或不接觸。在本實用新型所述的優(yōu)選實施例中，各個換熱器的螺旋盤管的螺旋線依次貼靠排列。在本實用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施例中，相變儲熱單元數(shù)量大于一個，并且，在所述保溫層內(nèi)、所述相變儲熱單元之間還可以填充顆粒狀材料，所述顆粒狀材料最好具有較大的比重，尤其是無機礦物，如石子、沙粒等。在本實用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施例中，相變儲熱單元與保溫層之間也可以填充顆粒狀材料，所述顆粒狀材料最好具有較大的比重，尤其是無機礦物，如石子、沙粒等。在本實用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施例中，所述螺旋盤管的螺旋圈內(nèi)外均可以連接有導熱片，所述導熱片可以采用焊接、螺釘?shù)确椒ㄟB接在螺旋盤管壁上。所述導熱片的材料的舉例如銅、鋁、鐵等金屬，或金屬合金。其中，所述導熱片可以是弧形、L形，波浪形，其長度一般不超過容器的長度。優(yōu)選地，在螺旋圈內(nèi)的導熱片為波浪形，這樣可以增加導熱面積，同時不影響換熱器的一個或多個輸出管的設置。[0025]所述導熱片的數(shù)量可以是一個、兩個、三個、四個或更多個。在實用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施例中，在其中至少一個相變儲熱單元上安裝有溫度傳感設備，所述溫度傳感設備可以安裝在相變儲熱單元的底部或頂部，優(yōu)選地，在所述至少一個相變儲熱單元的底部和頂部均安裝有溫度傳感設備。在本實用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施例中，在所述容器內(nèi)還設有熱量輸出管，如不銹鋼軟管，用于將相變儲熱材料中的熱量或冷量輸出，所述熱量輸出管與換熱器形狀或結(jié)構(gòu)可以相同或不同，如可以是U形管、波浪形管、弧形管、直形管、螺旋盤管等。本實用新型上述內(nèi)容中，所述相變儲熱材料可以是無機相變儲熱材料、有機相變儲熱材料、或其組成的復合相變儲熱材料；按照相變溫度分，可以是高溫相變儲熱材料、低溫相變儲熱材料、中溫相變儲熱材料。包括堿金屬或堿土金屬的氯化物、氟化物、硝酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、醋酸鹽、氫氧化物、及其水合物，以及高級脂肪烴、芳香烴、多元醇、高級脂肪酸、高級脂肪酸酯、合成高分子相變材料等。 所述相變儲熱材料的具體舉例如月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、軟脂酸、石蠟、CaCl2 · 6H20、Na2SO4 · H20、石蠟/石墨復合相變材料、脂肪酸/粘土復合相變材料、脂肪酸/石墨復合相變材料、硬脂酸/微硅粉復合相變材料等。在上述相變儲熱系統(tǒng)的基礎上，本實用新型還提供了另一種相變儲熱系統(tǒng)，包括至少一個相變儲熱單元，相變儲熱單元中包括多個換熱器，同一相變儲熱單元中的多個換熱器可以連接在同樣的熱媒輸送管道上，或者連接在不同的熱媒輸送管道上。在本實用新型所述另一種相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施例中，多個換熱器分別連接在不同的熱媒輸送管道上。應當理解的是，上述“輸入”、“輸出”、“進口”和“出口 ”的名稱并不限制流體在系統(tǒng)內(nèi)的流動方向。本實用新型所提供的相變儲熱系統(tǒng)，安裝使用便捷，并且相比于現(xiàn)有相變儲熱設備能夠具有明顯更聞的儲熱容量，可實現(xiàn)聞達幾萬兆瓦容量的儲熱，可以聞效儲存如太陽能集熱器、鍋爐、木爐、熱泵、工業(yè)廢熱等各種熱源產(chǎn)生的熱量。

圖I為本實用新型實施例I相變儲熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I所述實施例中相變儲熱單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2所述相變儲熱單元截面圖；圖4為圖2所述相變儲熱單元換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實用新型實施例2相變儲熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖3所述實施例中相變儲熱單元局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為圖3所述實施例中相變儲熱單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖8和圖9為多個相變儲熱單元并聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種相變儲熱設備，由多個相變儲熱單元并聯(lián)在熱媒輸送管道上組合而成，相變儲熱單元包括容器和容器內(nèi)的換熱器。下面參照附圖，通過具體實施例，對本實用新型相變儲熱系統(tǒng)進行詳細的介紹和描述，以使更好地理解本實用新型內(nèi)容，但是應當理解的是，下述實施例并不限制本實用新型范圍。實施例I本實施例中所述相變儲熱系統(tǒng)包括相變儲熱單元2。相變儲熱單元2中含有一個換熱器，如圖2所示，相變儲熱單元2還包括容器3，換熱器置于容器3內(nèi)。在換熱器與容器之間的間隙內(nèi)填充有相變儲熱材料，如石蠟/石墨復合相變儲熱材料。參照圖2和圖4，換熱器包括輸入管23和輸出管24，輸入管23連接換熱器進口21，輸出管24連接換熱器出口 22。輸入管23為螺旋盤管；輸出管24可以是直形管或波浪形管，其數(shù)量可以是一個或多個；如圖2 4所示，輸出管23為三個，并在出口 22處連通合并。將螺旋盤管輸入管23簡化后，本實施例中換熱器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。如圖3所示，本實施例中，還可以在螺旋盤管的螺線圈內(nèi)或外設有換熱片，如圖2所示，外換熱片31和內(nèi)換熱片32均焊接在螺旋盤管輸入管23上。外換熱片31為L型，內(nèi)·換熱片32為波浪形，換熱片的材質(zhì)可以是銅、鋁等導熱性能良好的金屬、也可以是導熱性能良好的金屬合金。參照圖I，相變儲熱單元2并聯(lián)在熱媒輸送管道上，其中，換熱器進口 21連通熱媒輸入管11，換熱器出口 22連通熱媒輸出管12。本實施例中所示相變儲熱系統(tǒng)還包括保溫層3，相變儲熱單元位于保溫層3內(nèi)(保溫層3的設計也可以是每一個相變儲熱單元2外均包覆一個保溫層)。保溫層3與相變儲熱單元2的空間內(nèi)、以及四個相變儲熱單元2之間的空間內(nèi)，還可以填充有石子、沙粒等具有一定比重的顆粒。使用時，將進口連接外部熱媒輸入管道，如太陽能集熱器產(chǎn)生的熱量，通過熱媒帶入換熱器2的輸入管23內(nèi)，由于輸入管23為螺旋盤管，可以延長熱媒的流程和滯留時間，因此能夠充分的將熱量交換給相變儲熱材料。然后熱媒通過輸出管24送出換熱器。當然，熱媒也可以由輸出管24送入換熱器，而通過螺旋盤管輸入管23送出，因此，熱媒的流動方向并不受輸出管24和輸入管23、以及進口 21和出口 22名稱的限制。同時，輸入管23和輸出管24在不進行熱媒輸送的情況下,還可以用作能量輸出，將低溫流體按照上述熱媒的流動方式，通過換熱器與相變儲熱設備進行熱交換，將熱量輸出。為了提高熱量儲存和釋放效率，在上述結(jié)構(gòu)的基礎上，還可以在容器內(nèi)安裝能量輸出管，用于將生活用水進行加熱，能量輸出管可以是任意形狀的設置，如波浪形管，也可以是如換熱器一樣的形狀和結(jié)構(gòu)，其材質(zhì)一般為不銹鋼軟管。這樣可以在熱媒進入換熱器的同時，通過能量輸出管道將熱量送出，提高了高熱量儲存和釋放效率。實施例2參照圖5和圖6，本實施例中，所述相變儲熱設備為雙換熱器設置，每個換熱器獨立存在，第一換熱器輸入管231連接第一換熱器進口 211，第一換熱器輸出管241連接第一換熱器進出口 221 ;第二換熱器輸入管232連接第二換熱器進口 212，第二換熱器輸出管242連接第二換熱器進出口 222。第一換熱器和第二換熱器的輸入管數(shù)量可以相同或不同，如圖4所示，第一換熱器輸出管241為兩根，而第二換熱器輸出管242為一根，但根據(jù)需要，均可以是一根、兩根、三根或更多根。[0054]本實施例中，第一換熱器輸入管231、第二換熱器輸入管232均選擇螺旋盤管，但是二者形狀可以不同。兩個螺旋盤管可以排布成類似于DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，或如圖4所示，第一換熱器輸入管231、第二換熱器輸入管232相互貼靠在一起。第一換熱器和第二換熱器可以連接在同一熱媒輸送管道上，也可以連接在不同的熱媒輸送管道上，參照圖5，本實施例中，第一換熱器進口 211連通第一熱媒輸入管111，第一換熱器出口 221連通第一熱媒輸出管112 ;第二換熱器進口 212連通第二熱媒輸入管113，第二換熱器出口 222連通第二熱媒輸出管114。在所述相變儲熱單元中，還可以安裝溫度傳感器，在相變儲熱單元頂部(圖2中進口 21的一端)和底部均可以設置一個溫度傳感器，頂部的溫度傳感器用于檢測相變儲熱設備允許達到的最高溫度，而底部的溫度傳感器用于檢測相變儲熱設備內(nèi)標的溫度。優(yōu)選情況下，在頂部和底部均兩個溫度傳感器，頂部的兩個溫度傳感器之間和底部的溫度傳感器之間相互備份，可防止故障發(fā)生導致的溫度檢測失敗。 實施例3本實施例中，包括多個相變儲熱單元，以四個相變儲熱單元為例，如圖8所示,每個相變儲熱單元2中設有一個換熱器，四個相變儲熱單元2的換熱器進口連接在熱媒輸入管道11上，四個相變儲熱單元2的換熱器出口連接在熱媒輸出管道12上，將四個相變儲熱單元并聯(lián)在熱媒輸送管道上。相變儲熱單元2中也可以設有多個換熱器，多個換熱器可以按照圖8所示的方法并聯(lián)在相同的熱媒輸送管道上。但是本實施例中，不同換熱器并聯(lián)在不同的熱媒輸送管道上，以每個相變儲熱單元中設有兩個換熱器為例，如圖9所示，每一個相變儲熱單元中的一個換熱器(第一換熱器)進口連接在第一熱媒輸入管上111，出口連接在第一熱媒輸出管112上；每一個相變儲熱單元中的另一個換熱器(第二換熱器)進口連接在第二熱媒輸入管上113，出口連接在第二熱媒輸出管114上；從而四個相變儲熱單元的第一換熱器并聯(lián)在向的熱媒輸送管道上，而第二換熱器并聯(lián)在另一熱媒輸入管道上。在上述實施例中，換熱器的出口和進口最好均設置在圓柱形容器的同一端，安裝時只需要將進口和出口連接在熱媒輸送管道上即可。上述實施例中，容器還可以設計成L形圓管，這樣可以將相變儲熱設備水平安裝。使得相變儲熱設備外形更加靈活，不受安裝場地的限制。以上對本實用新型的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本實用新型并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本實用新型進行的等同修改和替代也都在本實用新型的范疇之中。因此，在不脫離本實用新型的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本實用新型的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種相變儲熱系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一個相變儲熱單元、和熱媒輸送管道，所述至少一個相變儲熱單元并聯(lián)在熱媒輸送管道上，其中，熱媒輸送管道包括熱媒輸入管道和熱媒輸出管道； 所述相變儲熱單元包括容器、置于所述容器內(nèi)的至少一個換熱器，在所述換熱器與容器之間填充有相變儲熱材料； 所述換熱器包括進口和出口，所述至少一個換熱器的進口連接在熱媒輸入管道，所述換熱器的出口連接在熱媒輸出管道上 所述相變儲熱系統(tǒng)還包括保溫層，所述相變儲熱單元位于所述保溫層內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相變儲熱系統(tǒng)，其特征在于，每一個相變儲熱單元中包括多個換熱器，同一相變儲熱單元中的多個換熱器分別連接在不同的熱媒輸送管道上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相變儲熱系統(tǒng)，其特征在于，相變儲熱單元數(shù)量大于一個，并且，在所述保溫層內(nèi)、所述相變儲熱單元之間填充有顆粒狀材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相變儲熱系統(tǒng)，其特征在于，相變儲熱單元與保溫層之間填充有顆粒狀材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相變儲熱系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱器包括連通換熱器進口的輸入管和連通換熱器出口的輸出管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的相變儲熱系統(tǒng),其特征在于,輸入管和輸出管中至少一個是螺旋盤管。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的相變儲熱系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出管數(shù)量至少為I個，所述至少一個輸出管一端合并連通輸入管，另一端合并連通換熱器出口。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相變儲熱系統(tǒng)，其特征在于，所述螺旋盤管的螺旋圈內(nèi)外均可以連接有導熱片。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的相變儲熱系統(tǒng)，其特征在于，相變儲熱單元內(nèi)包括至少兩個換熱器，所述至少兩個換熱器的螺旋盤管相互獨立地排布、或依次貼靠排布、或以DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)排布。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相變儲熱系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱器進口和出口位于圓管形容器的同一端。
專利摘要本實用新型提供了一種通用的相變儲熱系統(tǒng)，包括至少一個相變儲熱單元，還包括保溫層，所述相變儲熱單元位于保溫層內(nèi)。所述相變儲熱單元包括容器、位于容器內(nèi)的換熱器。本實用新型所提供的相變儲熱系統(tǒng)，安裝使用便捷，并且具有較高的儲熱容量，可以高效儲存如太陽能集熱器、鍋爐、木爐、熱泵、工業(yè)廢熱等各種熱源產(chǎn)生的熱量。
文檔編號F28F1/00GK202599180SQ20122015596
公開日2012年12月12日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者金毅文, 張文亮 申請人:極地熊(上海)儲能技術(shù)有限公司