本發(fā)明涉及儲(chǔ)能設(shè)備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種相變儲(chǔ)能裝置。
背景技術(shù)：
相變材料是可將一定形式的能量在高于其溫度相變溫度時(shí)儲(chǔ)存起來(lái)，而在低于其相變溫度時(shí)釋放出來(lái)加以利用的儲(chǔ)能材料。相變材料的種類(lèi)很多，從蓄熱的溫度范圍看，可分為高溫、中溫和低溫三類(lèi)。高溫相變材料主要是一些熔融鹽、金屬合金；中溫相變材料主要是一些水合鹽、有機(jī)物和高分子材料；低溫相變材料主要是冰和水凝膠等。
目前相變儲(chǔ)能裝置一般是采用單一的高、中或低溫相變材料，并將單一相變材料儲(chǔ)存于不同的容器內(nèi)。然而，根據(jù)蓄熱的溫度范圍，將單一相變材料儲(chǔ)存在容器內(nèi)，通常容易產(chǎn)生以下問(wèn)題：
1)相變材料存在過(guò)冷現(xiàn)象和相分離問(wèn)題；
2)導(dǎo)熱系數(shù)小，單位體積的儲(chǔ)能能力較小，熔點(diǎn)較低，不適用于高溫場(chǎng)所；
3)混合相變材料，在長(zhǎng)期的相變過(guò)程中容易變性。
因此，仍需要對(duì)現(xiàn)有的相變儲(chǔ)能裝置進(jìn)行改進(jìn)，以便更高效地進(jìn)行蓄熱，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的主要目的在于提供一種相變儲(chǔ)能裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的相變儲(chǔ)能裝置蓄熱儲(chǔ)能性能差、能源利用率低的問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種相變儲(chǔ)能裝置，該相變儲(chǔ)能裝置包括：殼層以及由外向內(nèi)依次設(shè)置在殼層內(nèi)部的多層相變材料層，其中，多層相變材料層的相變溫度由外向內(nèi)依次變高，多層相變材料層內(nèi)均設(shè)置有換熱元件。
進(jìn)一步地，多層相變材料層包括由外向內(nèi)依次設(shè)置在殼層內(nèi)部的第一相變材料層和第二相變材料層，第一相變材料層的相變溫度低于第二相變材料層的相變溫度。
進(jìn)一步地，相變儲(chǔ)能裝置還包括第三相變材料層，第三相變材料層由外向內(nèi)設(shè)置在殼層的第二相變材料層的內(nèi)部，第三相變材料層的相變溫度高于第二相變材料層的相變溫度。
進(jìn)一步地，第一相變材料層的相變溫度≤90℃，第二相變材料層的相變溫度為100～180℃。
進(jìn)一步地，第三相變材料層的相變溫度為260～700℃，優(yōu)選為260～400℃。
進(jìn)一步地，相變儲(chǔ)能裝置還包括多層保溫層，多層保溫層分別一一對(duì)應(yīng)地設(shè)置在多層相變材料層之間。
進(jìn)一步地，多層相變材料層內(nèi)各自獨(dú)立地設(shè)置有換熱元件。
進(jìn)一步地，換熱元件包括水管道以及與水管道并行設(shè)置的熱源管道，水管道包括進(jìn)水口和出水口，熱源管道包括熱源進(jìn)口和熱源出口，進(jìn)水口、出水口、熱源進(jìn)口和熱源出口均穿透殼層設(shè)置，并延伸至殼層外；優(yōu)選熱源管道中的熱源為電熱源。
進(jìn)一步地，換熱元件為列管式換熱器或盤(pán)管式換熱器。
進(jìn)一步地，每層相變材料層中還設(shè)置有測(cè)溫元件。
應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)在殼層內(nèi)設(shè)置多層相變材料層，并按照多層相變材料層的相變溫度由外向內(nèi)依次升高的順序設(shè)置，使得該裝置不僅能夠利用各層相變材料層對(duì)換熱元件中的熱能高低進(jìn)行蓄熱或放熱，而且在換熱元件中的熱能過(guò)高時(shí)，還可以由高相變溫度的相變材料層由內(nèi)向外傳遞至低相變溫度的相變材料層中，從整體上提高了相變儲(chǔ)能裝置的蓄熱儲(chǔ)能性能。相應(yīng)地，在需要放熱時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)逐層有效放熱，從而實(shí)現(xiàn)了熱量的高效利用。
附圖說(shuō)明
構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施例中所提供的相變儲(chǔ)能裝置結(jié)構(gòu)示意圖；以及
其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：
10、殼層；20、第一相變材料層；30、第二相變材料層；40、第三相變材料層；50、保溫層；60、換熱元件；
61、進(jìn)水口；62、出水口；63、熱源進(jìn)口；64、熱源出口。
具體實(shí)施方式
需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
如背景技術(shù)所提到的，現(xiàn)有技術(shù)中的相變儲(chǔ)能裝置蓄熱儲(chǔ)能性能差、能源利用率低的問(wèn)題，為了實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，在本發(fā)明一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種相變儲(chǔ)能裝置，如圖1所示，該相變儲(chǔ)能裝置包括：殼層10以及由外向內(nèi)依次設(shè)置在殼層10內(nèi)部的多層相變材料層，其中，多層相變材料層的相變溫度由外向內(nèi)依次變高，多層相變材料層內(nèi)均設(shè)置有換熱元件60。
本發(fā)明的相變儲(chǔ)能裝置，通過(guò)在殼層內(nèi)設(shè)置多層相變材料層，并按照多層相變材料層的相變溫度由外向內(nèi)依次升高的順序設(shè)置，使得該裝置不僅能夠利用各層相變材料層對(duì)換熱元件中的熱能高低進(jìn)行蓄熱或放熱，而且在換熱元件中的熱能過(guò)高時(shí)，還可以由高相變溫度的相變材料層由內(nèi)向外傳遞至低相變溫度的相變材料層中，從整體上提高了相變儲(chǔ)能裝置的蓄熱儲(chǔ)能性能。相應(yīng)地，在需要放熱時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)逐層有效放熱，從而實(shí)現(xiàn)了熱量的高效利用。
上述相變儲(chǔ)能裝置中，殼層10可以是環(huán)形，也可以是矩形，其具體形狀可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。在殼層10內(nèi)設(shè)置多層相變材料層，相比現(xiàn)有技術(shù)中采用單一相變材料的相變儲(chǔ)能裝置，具有蓄熱儲(chǔ)能性能高、熱量利用效率高的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)用途需求的不同合理設(shè)置相變材料層的層數(shù)，比如可以是2～10層。具體地，可以是2層、3層、4層、5層、8層或10層。
在本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖1所示，上述多層相變材料層包括由外向內(nèi)依次設(shè)置在殼層10內(nèi)部的第一相變材料層20和第二相變材料層30，第一相變材料層20的相變溫度低于第二相變材料層30的相變溫度。設(shè)置兩層相變材料層同樣能夠提高蓄熱儲(chǔ)能性能，提高熱量的利用效率。
在另一種優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖1所示，上述相變儲(chǔ)能裝置還包括第三相變材料層40，第三相變材料層40由外向內(nèi)設(shè)置在殼層10的第二相變材料層30的內(nèi)部，第三相變材料層40的相變溫度高于第二相變材料層30的相變溫度。設(shè)置三層相變材料層，使得該相變儲(chǔ)能裝置所能儲(chǔ)蓄的熱量和能量更多，蓄熱儲(chǔ)能性能更高，從而能更有效地利用熱量。
上述相變儲(chǔ)能裝置中，每層相變材料層的相變溫度根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，所需要儲(chǔ)熱的溫度范圍而定。在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，第一相變材料層20的相變溫度≤90℃，第二相變材料層30的相變溫度為100～180℃。具體相變溫度的不同可以通過(guò)選擇所使用的相變材料種類(lèi)，按照一定的配比配制，具體配制方法采用現(xiàn)有方法進(jìn)行配制即可。比如，采用Na2SO4·10H2O、NaNO3、含有一定金屬基的穩(wěn)定劑等材料，按照合理的配比比例可使所形成的相變材料層的溫度在260～400℃范圍內(nèi)。而采用Na2SO4·10H2O、特定稀土元素組成的穩(wěn)定劑等材料，按照合理的配比比例可使所形成的相變材料層的溫度在100～180℃范圍內(nèi)。采用NaNO3、特定稀土元素組成的穩(wěn)定劑等材料，按照合理的配比比例可使所形成的相變材料層的溫度在90℃范圍內(nèi)。
類(lèi)似地，上述相變儲(chǔ)能裝置的第三相變材料層40的相變溫度也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置。在本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施例中上述第三相變材料層40的相變溫度為260～700℃，優(yōu)選為260～400℃。將第三相變材料層40的相變溫度控制在260～700℃這一較大的范圍內(nèi)，能夠大大提高相變材料的蓄熱儲(chǔ)能性能。而相變溫度控制在260～400℃范圍內(nèi)，既能滿足絕大多數(shù)情況下的蓄熱儲(chǔ)能要求，而且還能避免該相變材料層中的相比材料氣化而降低儲(chǔ)能能力。
上述任一種相變儲(chǔ)能裝置中，不同相變材料層之間可以根據(jù)需要設(shè)置各種間隔層，只要有利于熱量傳遞，且能減少熱量損耗即可。在本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖1所示，上述相變儲(chǔ)能裝置還包括多層保溫層50，多層保溫層50分別一一對(duì)應(yīng)地設(shè)置在多層相變材料層之間。在各相變材料層之間設(shè)置保溫層50有助于保存各層的熱量，減少熱量損失，提高熱量的利用效率。
上述相變儲(chǔ)能裝置中多層相變材料層內(nèi)設(shè)置的換熱元件60，可以跨越不同的相變材料層設(shè)置，也可以是各相變材料層內(nèi)各自獨(dú)立地設(shè)置有換熱元件60。本發(fā)明中，如圖1所示，優(yōu)選在各相變材料層內(nèi)各自獨(dú)立地設(shè)置換熱單元，這樣的相變儲(chǔ)能裝置能夠?qū)崿F(xiàn)不同熱量需求的蓄熱和放熱，而且設(shè)置也相對(duì)便利，不需要考慮不同相變溫度對(duì)該換熱單元的影響。
上述相變儲(chǔ)能裝置中的換熱元件60在各相變材料層內(nèi)的設(shè)置具體設(shè)置形式和設(shè)置位置并無(wú)特殊要求，只要能夠便于各相變材料層吸熱或放熱即可。在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖1所示，上述換熱單元包括水管道以及與水管道并行設(shè)置的熱源管道，水管道包括進(jìn)水口61和出水口62，熱源管道包括熱源進(jìn)口63和熱源出口64，進(jìn)水口61、出水口62、熱源進(jìn)口63和熱源出口64均穿透殼層10設(shè)置，并延伸至殼層10外。
上述優(yōu)選實(shí)施例中的水管道中的吸熱介質(zhì)也是水之外的其他介質(zhì)，但由于水的應(yīng)用范圍廣，優(yōu)選水的傳熱效果也較快。但熱源管道中的熱源物質(zhì)的熱量超出水管道的吸熱需求時(shí)，多余的熱量可以變各層的相變材料層吸收儲(chǔ)蓄，而當(dāng)水管道需要吸熱，或者水管道的吸熱需要超出熱源物質(zhì)供給的熱量時(shí)，各相變材料層中儲(chǔ)蓄的熱量便可以用來(lái)供熱，從而實(shí)現(xiàn)了熱量的高效利用，避免了熱量的損失。
上述優(yōu)選實(shí)施例中，熱源管道中的熱源可以為任意熱源，從環(huán)保角度考慮，優(yōu)選為電熱源。比如，可以采用電阻絲加熱。利用電熱源作為熱源物質(zhì)便于利用電網(wǎng)用電低谷時(shí)段電費(fèi)便宜的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行蓄熱，并在用電峰谷時(shí)段由相變儲(chǔ)能裝置作為熱源釋放熱量進(jìn)行供暖等各種生活、工業(yè)需求之用。
上述相變儲(chǔ)能裝置的換熱元件60的具體形式并無(wú)特殊要求，包括但不僅限于列管式換熱器或盤(pán)管式換熱器。根據(jù)殼層形狀的不同，換熱元件60在各相變材料層中的設(shè)置形式也可以有多種。比如，熱源管道和水管道均可沿各相變材料層上下回折呈蛇形設(shè)置，也可以沿軸向盤(pán)旋設(shè)置。
從上述描述中可以看出，本發(fā)明通過(guò)將相變溫度不同的高溫相變材料層、中溫相變材料層以及低溫相變材料層固封在一個(gè)殼體內(nèi)，通過(guò)各相變材料層之間的熱量傳遞，提高了不同相變材料的利用率。
在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，將三種相變溫度的相變材料分別設(shè)計(jì)成環(huán)形設(shè)置于一殼層10內(nèi)，并且在殼層10內(nèi)，由內(nèi)至外依次為高溫相變材料層、中溫相變材料層、低溫相變材料層，三種相變材料層之間利用保溫材料進(jìn)行隔離，即設(shè)置保溫層50。該相變儲(chǔ)能裝置通過(guò)利用溫差加熱，通過(guò)在各相變材料層內(nèi)設(shè)置溫度監(jiān)控設(shè)備(即測(cè)溫元件)，以避免相變材料氣化。在高溫、中溫、低溫相變材料層內(nèi)分別埋有管式換熱器及其進(jìn)、出水管，通過(guò)各相變材料層發(fā)生相變吸熱放熱的原理，給進(jìn)出水管加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)供暖。
從上述描述中可以看出，本發(fā)明通過(guò)將相變溫度不同的高溫相變材料層、中溫相變材料層以及低溫相變材料層固封在一個(gè)殼體內(nèi)，通過(guò)各相變材料層之間的熱量傳遞，提高了不同相變材料的利用率。
在本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施例中，提供了一種相變儲(chǔ)能裝置，如圖1所示，該相變儲(chǔ)能裝置包括殼層10、保溫層50、第一相變材料層20、第二相變材料層30、第三相變材料層40、列管式換熱器及其進(jìn)、出水回路。其中，殼層10內(nèi)設(shè)有保溫層50，在保溫層50的內(nèi)部由外向內(nèi)依次固封有第一相變材料層20、第二相變材料層30和第三相變材料層40；將列管式變熱器、進(jìn)出水回路分別安裝于上層相變材料層中。
利用相變材料作為熱源，通過(guò)高溫、中溫、低溫相變材料之間的溫差給熱管加熱，在低谷時(shí)段給相變儲(chǔ)能裝置提供熱能同時(shí)釋放熱量供暖；在峰谷時(shí)段由相變儲(chǔ)能裝置作為熱源釋放熱量供暖。該相變儲(chǔ)能裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)安全可靠，不易造成人體傷害；(2)儲(chǔ)熱密度大，體積小巧；(3)供水可靠，熱量釋放均勻；(4)即可儲(chǔ)能又可釋放熱量；(5)實(shí)現(xiàn)削峰填谷，平衡電網(wǎng)；(6)適用溫度范圍寬；(7)儲(chǔ)能效率高；(8)使用方便，且運(yùn)行過(guò)程中無(wú)噪音。
從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：本發(fā)明的相變儲(chǔ)能裝置，利用各種不同相變溫度的相變材料在相變過(guò)程中吸收、釋放熱量的特性，可以將用電低谷的電轉(zhuǎn)換成熱能儲(chǔ)存起來(lái)，而在用電峰谷時(shí)釋放熱量來(lái)轉(zhuǎn)移高峰電力，開(kāi)發(fā)低谷用電，優(yōu)化資源配置。而且，還可以將儲(chǔ)蓄的熱能直接用于供暖系統(tǒng)，不僅保護(hù)生態(tài)環(huán)境，利于進(jìn)一步減少霧霾，清潔空氣，實(shí)現(xiàn)人居環(huán)境的和諧美好；而且提高能源利用率。此外，還可以根據(jù)實(shí)際需要將儲(chǔ)存熱能應(yīng)用于各個(gè)所需領(lǐng)域中。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。