[发明专利]相变储能装置和三元单/双向相变储能方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变储能装置和三元单/双向相变储能方法和系统，属于新材料及新能源应用领域。

技术背景

随着经济的不断发展以及能源的大量消耗，节能已经成为全球关注的话题。国家“十二五”发展规划及《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定(国发[2010]32号)》都明确要求重点开发推广高效节能技术装备及产品，实现重点领域关键技术突破。所以，能量存储和传热技术的研究就显得尤为重要。相变传热对于化工、制冷、放电与动力、航天热控技术等领域具有重要的理论意义和广泛的应用背景，而如何强化相变传热往往是人们最关注的问题之一。因此，发展高效相变储能技术，强化相变热能器件的能量转换效率和存储密度，才能有效地缓解目前能源短缺等问题。

空调节能技术得到了蓬勃发展，但目前普遍存在几方面的问题：一是系统整体能效比低，能源利用效率低下，导致能耗居高不下。二是室内空气品质恶化，直接影响人体健康。三是没有充分利用自然冷源，不利于平衡电网峰谷。以日本东京电力工业中央研究院及日本宇都宫大学建筑系为代表的日本研究机构研究表明：相变温度在20-22℃间的PCM适宜用于相变蓄冷空调技术，且可使室内温度保持在25-26℃，可以达到很好的室内热舒适度。因此发展相变储能技术，充分利用自然冷源，节省能耗并利用储能系统缓解空调设备对电网的冲击；改善环境空气品质，提高舒适度，具体十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种相变储能装置和三元单/双向相变储能方法和系统，该相变储能装置和三元单/双向相变储能方法和系统传热高效、安全可靠、节能环保。

本发明的技术解决方案如下：

一种相变储能装置，包括外壳、相变储能体、制冷剂管道、水流通道和控制装置；

外壳上设有水流进口、水流出口、制冷剂进口和制冷剂出口；所述的相变储能体、制冷剂管道和水流通道都设置在壳体内；相变储能体包括相变材料和用于容纳相变材料的金属容器。

所述的相变储能体为多个，多个相变储能体呈犬牙交错方式设置在外壳的顶侧和底侧。

所述的制冷剂管道的总体形状为方波形，总体为方波形的制冷剂管道由多段方波形管道依次对接而成。

一种三元单/双向相变储能系统，包括制冷系统和前述的相变储能装置，所述的三元为水、制冷剂与相变材料体；制冷系统包括冷凝器、蒸发器、压缩机和节流阀；制冷系统通过并联或串联方式与相变储能装置的制冷剂通道连接；相变储能装置的水流通道进行封闭循环【封闭循环，即将相变储能装置的水流通道的水流进口和水流出口堵上，让水在相变储能装置中自循环】，或者将水流通道与室外的冷水相通。

采用串联方式时，冷凝器、蒸发器、压缩机、节流阀和相变储能装置串接。

采用并联方式时，节流阀、冷凝器、压缩机和蒸发器串接，相变储能装置通过两个三通阀与蒸发器并联。

相变储能装置的控制装置包括微处理器、温度传感器、流速传感器和报警器；温度传感器、流速传感器和报警器均与微处理器连接，制冷剂管道和水流通道中还装有流量调节阀；流量调节阀受控于微处理器。

一种相变储能装置和三元单/双向相变储能方法，采用前述的三元单/双向相变储能系统，包括单向相变储能模式和双向相变储能模式；该两种模式同时或单独存在；制冷剂流向与水流方向相反；

单向相变储能模式指制冷剂将冷量传递给水；

双向相变储能模式：指水将冷量传递给相变材料，或者，相变材料将冷量传递给水。

在蓄冷工况下制冷剂首先将冷量传递给水，此时为单向相变储能模式；水将冷量传递给相变材料，此时相变材料从液相变为固相；

放冷工况下相变材料将冷量传递给水，但水不能将冷量传递给制冷剂，此时相变材料从固相变为液相。

三元单/双向相变储能系统运行时，包括以下两种工况：

①相变体储能工况：

当水流温度低于预设温度下限时，制冷剂管道关闭，水流通道开启，当相变储能体温度高于水流温度时，由于传热温差作用，相变储能体与水流通道自动进行换热，吸收冷量进行储能并发生相变，液体变为固体；

当水流温度高于预设温度上限时，制冷剂管道与水流通道同时开启，制冷剂管道为水流降温，当相变储能体温度高于水流温度时，相变储能体通过水流通道自动吸收冷量进行储能并发生相变，液体变为固体；

②相变体释能工况：

当水流温度高于预设温度下限时，制冷剂管道关闭，水流通道开启，当相变储能体温度低于水流温度时，相变储能体与水流通道自动进行换热，释放冷量进行释能并发生相变，固体变为液体。