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(shí)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(chǔ)，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(dāng)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(hù)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(yīng)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(diǎn)，因此，利用相變材料(Phase Change Material,即PCM)進(jìn)行潛熱儲能的研究受到了世界上多個(gè)國家的重視。相變儲熱材料是實(shí)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(diǎn)，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(fù)合相變儲熱材料等。相變儲熱材料必須置于相應(yīng)的設(shè)備(即儲熱設(shè)備)中才能發(fā)揮其儲能的作用，而儲熱設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)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(shè)計(jì)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(jìn)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(shè)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(shè)備無法滿足不同用戶環(huán)境對熱負(fù)荷的需要，即無法實(shí)現(xiàn)儲熱容量的按需分配。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的是現(xiàn)有相變儲熱設(shè)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(shí)用新型的目的是提供一種相變儲熱系統(tǒng)。本實(shí)用新型所述的相變儲熱系統(tǒng)，包括至少一個(gè)相變儲熱單元、和熱媒輸送管道，所述至少一個(gè)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(gè)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(jìn)口和出口，所述換熱器的進(jìn)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(shí)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(shè)備中常用換熱器，但在本實(shí)用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述換熱器包括連通換熱器進(jìn)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(gè)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(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或多個(gè)，如至少一個(gè)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(gè)輸入管一端合并連通輸出管，另一端合并連通換熱器進(jìn)口。在本實(shí)用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實(shí)施例中，其中，所述換熱器的進(jìn)口和出口可以位于所述容器的同一端或兩端，本實(shí)用新型中，所述換熱器進(jìn)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(shí)用新型上述優(yōu)選實(shí)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(gè)容器內(nèi)的換熱器的數(shù)量可以是一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)，并且，各個(gè)換熱器可以相同或不同。并且，每一個(gè)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(shí)用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實(shí)施例，各個(gè)換熱器輸入管均為螺旋盤管，可以是相互獨(dú)立地位于容器內(nèi)，或相互同軸設(shè)置；可以相互接觸或不接觸。在本實(shí)用新型所述的優(yōu)選實(shí)施例中，各個(gè)換熱器的螺旋盤管的螺旋線依次貼靠排列。在本實(shí)用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實(shí)施例中，相變儲熱單元數(shù)量大于一個(gè)，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(jī)礦物，如石子、沙粒等。在本實(shí)用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實(shí)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(jī)礦物，如石子、沙粒等。在本實(shí)用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述螺旋盤管的螺旋圈內(nèi)外均可以連接有導(dǎo)熱片，所述導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)熱片為波浪形，這樣可以增加導(dǎo)熱面積，同時(shí)不影響換熱器的一個(gè)或多個(gè)輸出管的設(shè)置。[0025]所述導(dǎo)熱片的數(shù)量可以是一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)。在實(shí)用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實(shí)施例中，在其中至少一個(gè)相變儲熱單元上安裝有溫度傳感設(shè)備，所述溫度傳感設(shè)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(gè)相變儲熱單元的底部和頂部均安裝有溫度傳感設(shè)備。在本實(shí)用新型所述相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實(shí)施例中，在所述容器內(nèi)還設(shè)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(shí)用新型上述內(nèi)容中，所述相變儲熱材料可以是無機(jī)相變儲熱材料、有機(jī)相變儲熱材料、或其組成的復(fù)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(fù)合相變材料、脂肪酸/粘土復(fù)合相變材料、脂肪酸/石墨復(fù)合相變材料、硬脂酸/微硅粉復(fù)合相變材料等。在上述相變儲熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還提供了另一種相變儲熱系統(tǒng)，包括至少一個(gè)相變儲熱單元，相變儲熱單元中包括多個(gè)換熱器，同一相變儲熱單元中的多個(gè)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(shí)用新型所述另一種相變儲熱系統(tǒng)的一種優(yōu)選實(shí)施例中，多個(gè)換熱器分別連接在不同的熱媒輸送管道上。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述“輸入”、“輸出”、“進(jìn)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(shí)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(shè)備能夠具有明顯更聞的儲熱容量，可實(shí)現(xiàn)聞達(dá)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(shí)用新型實(shí)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(shí)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(shí)用新型實(shí)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(shí)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(shí)施例中相變儲熱單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖8和圖9為多個(gè)相變儲熱單元并聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種相變儲熱設(shè)備，由多個(gè)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(shí)施例，對本實(shí)用新型相變儲熱系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的介紹和描述，以使更好地理解本實(shí)用新型內(nèi)容，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，下述實(shí)施例并不限制本實(shí)用新型范圍。實(shí)施例I本實(shí)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(gè)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(fù)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(jìn)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(gè)或多個(gè)；如圖2 4所示，輸出管23為三個(gè)，并在出口 22處連通合并。將螺旋盤管輸入管23簡化后，本實(shí)施例中換熱器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。如圖3所示，本實(shí)施例中，還可以在螺旋盤管的螺線圈內(nèi)或外設(shè)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(dǎo)熱性能良好的金屬、也可以是導(dǎo)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(jìn)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(shí)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(shè)計(jì)也可以是每一個(gè)相變儲熱單元2外均包覆一個(gè)保溫層)。保溫層3與相變儲熱單元2的空間內(nèi)、以及四個(gè)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(shí)，將進(jìn)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(shí)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(dāng)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(jìn)口 21和出口 22名稱的限制。同時(shí)，輸入管23和輸出管24在不進(jìn)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(shè)備進(jìn)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(chǔ)上，還可以在容器內(nèi)安裝能量輸出管，用于將生活用水進(jìn)行加熱，能量輸出管可以是任意形狀的設(shè)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(jìn)入換熱器的同時(shí)，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(shí)施例2參照圖5和圖6，本實(shí)施例中，所述相變儲熱設(shè)備為雙換熱器設(shè)置，每個(gè)換熱器獨(dú)立存在，第一換熱器輸入管231連接第一換熱器進(jìn)口 211，第一換熱器輸出管241連接第一換熱器進(jìn)出口 221 ;第二換熱器輸入管232連接第二換熱器進(jìn)口 212，第二換熱器輸出管242連接第二換熱器進(jìn)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(shí)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(gè)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(shí)施例中，第一換熱器進(jìn)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(jìn)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(jìn)口 21的一端)和底部均可以設(shè)置一個(gè)溫度傳感器，頂部的溫度傳感器用于檢測相變儲熱設(shè)備允許達(dá)到的最高溫度，而底部的溫度傳感器用于檢測相變儲熱設(shè)備內(nèi)標(biāo)的溫度。優(yōu)選情況下，在頂部和底部均兩個(gè)溫度傳感器，頂部的兩個(gè)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(dǎo)致的溫度檢測失敗。 實(shí)施例3本實(shí)施例中，包括多個(gè)相變儲熱單元，以四個(gè)相變儲熱單元為例，如圖8所示,每個(gè)相變儲熱單元2中設(shè)有一個(gè)換熱器，四個(gè)相變儲熱單元2的換熱器進(jìn)口連接在熱媒輸入管道11上，四個(gè)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(gè)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(shè)有多個(gè)換熱器，多個(gè)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(shí)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(gè)相變儲熱單元中設(shè)有兩個(gè)換熱器為例，如圖9所示，每一個(gè)相變儲熱單元中的一個(gè)換熱器(第一換熱器)進(jìn)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(gè)相變儲熱單元中的另一個(gè)換熱器(第二換熱器)進(jìn)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(gè)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(shí)施例中，換熱器的出口和進(jìn)口最好均設(shè)置在圓柱形容器的同一端，安裝時(shí)只需要將進(jìn)口和出口連接在熱媒輸送管道上即可。上述實(shí)施例中，容器還可以設(shè)計(jì)成L形圓管，這樣可以將相變儲熱設(shè)備水平安裝。使得相變儲熱設(shè)備外形更加靈活，不受安裝場地的限制。以上對本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本實(shí)用新型并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本實(shí)用新型進(jìn)行的等同修改和替代也都在本實(shí)用新型的范疇之中。因此，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)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(gè)相變儲熱單元、和熱媒輸送管道，所述至少一個(gè)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(gè)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(jìn)口和出口，所述至少一個(gè)換熱器的進(jìn)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(gè)相變儲熱單元中包括多個(gè)換熱器，同一相變儲熱單元中的多個(gè)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(gè)，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(jìn)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(gè)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(gè)，所述至少一個(gè)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(dǎo)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(gè)換熱器，所述至少兩個(gè)換熱器的螺旋盤管相互獨(dú)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(jìn)口和出口位于圓管形容器的同一端。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種通用的相變儲熱系統(tǒng)，包括至少一個(gè)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(shí)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