直接接触型相变高效储能装置及布置方法与流程

本发明涉及一种直接接触型相变高效储能装置及布置方法，属于空调设备技术领域。

背景技术：

近年来，随着国民经济的快速发展，空调作为建筑物耗能最大的设备，已成为重点节能对象。据统计，目前空调系统电力耗费占建筑总能耗的40%以上，巨大的电力耗费阻碍了经济的迅速发展。日用电负荷特点为白天需求高，电力供应紧张，且电价较高，夜间需求低，供大于求，且电价较低，昼夜存在明显的峰谷差。在常规空调中，空调负荷的峰谷与电力负荷的峰谷时段基本同步。然而，蓄冷空调原理即在夜间电量谷值时将冷量进行储存，在白天电量峰值时将冷量释放，从而达到移峰填谷的目的。所以在空调领域，蓄冷蓄热技术可以将电网高峰时段负荷转移至夜晚低谷时段，通过移峰填谷，提高电网负荷率，且节约经费，从而成为重要节能手段。

蓄冷空调系统根据能量储存方式可以分为显热蓄冷和潜热蓄冷。显热蓄冷利用材料自身温度变化进行蓄冷和释冷，但其蓄冷密度小、冷量贮存效果不好。

潜热蓄冷则利用蓄冷材料发生相变时吸收或放出的冷量来蓄冷和释冷，且可以分时段按需求进行冷量供给。通常而言，相变材料的储能密度是同体积显热储能物质的5~14倍，体积大大缩小。传统相变蓄能器结构为相变材料存储在特定容器中的间接蓄能，容器外的换热流体与容器内部的相变材料间接换热，目前应用较广的冰蓄冷就是间接蓄冷的典型，但由于冰的熔点低，导致蓄冷工况运行时制冷机组运行效率低，同时由于相变材料容器的存在使得换热流体必须通过容器壁面与相变材料换热，而材料容器壁热阻大，削弱了换热，导致蓄冷完成时间过长。并且间接蓄能换热面积小，进一步的限制了蓄能速率。现有技术中，虽然有较多关于蓄冷、蓄热双效相变储能装置的研究，但其采用的常规的蓄冷材料以及间接接触式的蓄冷器使得制冷机组效率低、蓄能器占用空间大，蓄能速率低，节能效果差。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有的相变储能装置蓄能时间长、蓄能密度低占用空间大，以及采用传统蓄冷相变材料导致的机组效率低的问题，提供一种采用换热流体与相变材料直接接触换热，换热效率高的直接接触型相变高效储能装置及其布置方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种直接接触型相变高效储能装置，其组成包括：蓄能器和介质槽，所述的蓄能器包括壳体，所述的壳体内设置有分布器，所述的壳体上侧与所述的介质槽上侧通过回液管连接，所述的布液器下部与所述的介质槽下部通过进液管连接，所述的分布器包括位于上部的布水器和位于下部的布液器，所述的布水器与所述的布液器之间固定有一组均匀布置的金属棒。

所述的直接接触型相变高效储能装置，所述的布水器下部和所述的布液器上部都均匀分布有一组喷头，所述的布水器上部固定有进水管，所述的布液器连接所述的介质槽的进液管。

所述的直接接触型相变高效储能装置，所述的壳体包括内壳体和外壳体，所述的内壳体与所述的外壳体之间填充有保温夹层。

所述的直接接触型相变高效储能装置，所述的壳体侧面从下至上依次布置有换热流体进口和换热流体出口，所述的换热流体进口和所述的换热流体出口上都固定有挡流板。

所述的直接接触型相变高效储能装置，所述的回液管上安装有阀门和水泵。

所述的直接接触型相变高效储能装置，所述的介质槽上部固定有上盖。

一种直接接触型相变高效储能装置的布置方法，该方法包括如下步骤：

（1）蓄冷过程：

制冷机组运行，打开阀门f1、f4、f5、f7、f8、f9，关闭阀门f2、f3、f6、f10、f11，载冷剂从蒸发器（232）由泵（235）经管路g1和g9、g10至换热流体进口进入直接接触式蓄冷器（241、242）内，介质槽（245）内的相变材料液体通过布液器上的喷头，形成小液滴形态进入直接接触式蓄冷器（241、242）与换热流体进行换热，换热流体再经过管路g6、g8、g4和g5经泵（236）回到蒸发器（232）内，蓄冷器（241、242）中的相变材料发生相变浮到蓄冷器（241、242）上部，从而实现蓄冷，关闭制冷机组（23）。

（2）释冷过程：

关闭阀门f1、f4、f5、f7，打开阀门f2、f3、f6、f10、f11，用户回水从用户终端（25）由管路g3、g4、g7进入直接接触式蓄冷器（241、242）内，通过布水器上的喷头喷出，与凝固漂浮在蓄能器上方的相变材料固体换热，同时中间的金属棒导热系数大，比热容小，温度上升快，会在释冷初始阶段温度高于周围的固态相变材料，从而金属棒周围的相变材料与其换热，融化快，会率先形成一个通道，用户回水可通过通道穿过固体相变材料，并与通道周围的相变材料换热，加快了释冷速率。释冷结束后，相变材料融化，开启回液管上的阀门（f10、f11）使其流入介质槽（245）内，准备进行下一次的蓄冷过程。直接接触式蓄冷器模块连接管路g9和g10，蓄冷器释放的冷量经g2供给用户终端（25）。

有益效果：

1.本发明采用换热流体与蓄能材料直接接触，增大了换热面积，避免两种工质之间因蓄冷介质容器壁面引起的热阻，提高了蓄冷的速率，节能效果明显，而且减少了换热盘管的材料成本。

在蓄冷器上采用新型蓄冷相变材料，相变温度高（6.2℃），使得制冷机组蒸发温度提高，从而提升了制冷或制热机组的cop，蓄能器供冷时时出口温度为7℃左右，符合常规空调工况，且有较大的热能储存密度（223kj/kg）。

本发明在直接接触式蓄冷器和直接接触式蓄热器内添加不锈钢柱，与上下喷嘴圆盘连成一个整体，可快速在凝固的相变材料中心形成一个通道，增强换热速率。

本发明将蓄冷释冷模块化，将多个储能装置并联在系统内，可根据房间符合，切换模式，开启相应个数的蓄能器，负荷低的时候可以调节适宜的模式，节约能源。

有三种工作模式，制冷机组单独供冷，蓄冷装置单独供冷，制冷机组与蓄能装置联合供冷。

本发明设置布液器，使得进入的相变材料液体都能够均匀形成小液滴，扩大了换热面积，换热流体进口和换热流体出口上都固定有挡流板可以保证相变材料不会流失。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明金属棒的布置图；

附图3是本发明具体应用原理图；

图中：1、内壳体；2、外壳体；3、保温夹层；4、布水器；5、相变材料固体；6、分布器；7、换热流体出口；8、壳体；9、换热流体进口；10、布液器；11、金属棒；12、喷头；13、介质槽；14、相变材料液体；15、上盖；16、挡流板；17、阀门；18、水泵；19、进液管；20、进水管；21、回液管；22、蓄能器。

具体实施方式一：

实施例1：

一种直接接触型相变高效储能装置，其组成包括：蓄能器22和介质槽13，所述的蓄能器包括壳体8，所述的壳体内设置有分布器6，所述的壳体上侧与所述的介质槽上侧通过回液管21连接，所述的布液器下部与所述的介质槽下部通过进液管19连接，所述的分布器包括位于上部的布水器4和位于下部的布液器10，所述的布水器与所述的布液器之间固定有一组均匀布置的金属棒11，布水器和布液器都为圆盘式结构，金属棒为实心结构，蓄能器为相变材料与换热流体直接接触式结构，布水器的圆心与圆周上相邻两个金属棒连线的夹角为60°。

实施例2：

根据实施例1所述的直接接触型相变高效储能装置，所述的布水器下部和所述的布液器上部都均匀分布有一组喷头12，喷头的数量为18个，所述的布水器上部固定有进水管20，所述的布液器连接所述的介质槽的进液管19。

实施例3：

根据实施例1或2所述的直接接触型相变高效储能装置，所述的壳体包括内壳体1和外壳体2，内壳体和外壳体都为不锈钢板，所述的内壳体与所述的外壳体之间填充有保温夹层3，保温夹层为玻璃聚氨酯泡沫保温材料。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的直接接触型相变高效储能装置，所述的壳体侧面从下至上依次布置有换热流体进口9和换热流体出口7，所述的换热流体进口和所述的换热流体出口上都固定有挡流板16。

实施例5：

根据实施例1或2或3或4所述的直接接触型相变高效储能装置，所述的回液管上安装有阀门17和水泵18。

实施例6：

根据实施例1或2或3或4或5所述的直接接触型相变高效储能装置，所述的介质槽上部固定有上盖15。

实施例7：

本实施公开了一种直接接触型相变高效储能装置的系统，由制冷机组（23）、蓄冷模块（24）及用户终端（25）组成，制冷机组（23）的组成包括：蒸发器（232）、压缩机（233）、冷凝器（234）及节流阀（231）。制冷机组（23）的出水口通过g11管路与水泵（235）相连，经管路g1，水泵（243），g2与用户（25）进口相连。用户出水口通过管路g3，水泵（244），管路g4，管路g5，水泵（236），管路g12与制冷机组（23）的另一个进口相连。管路g1通过管路g9，g10与蓄冷模块的换热流体进口相连，蓄冷器冷水出口通过管路g6，g8与管路g4相连。管路g4通过管路g7与蓄冷器的进水管相连。

如图3所示，为本发明具体应用原理图；

本发明的蓄冷相变材料为经过改性处理的烷烃，提高了其导热系数，其相变温度为6.2℃。

本发明用于实际应用中可有三种工作模式：

夏季夜间蓄冷时，首先，机组运行，打开阀门f1、f4、f5、f7、f8、f9，关闭阀门f2、f3、f6、f10、f11，载冷剂从制冷机组由泵进入到直接接触式蓄冷器内，蓄冷介质槽内的低温相变材料通过布液器形成小液滴进入直接接触式蓄冷器内，换热流体与低温相变材料在直接接触式蓄冷器内换热，相变材料凝固，漂浮在蓄冷器上部，完成蓄冷过程；

1.机组单独供冷，关闭阀门f5、f6、f7、f8、f9、f10、f11，打开阀门f1、f2、f3、f4。机组运行，低温载冷剂直接通过g11、g1、g2供给用户，再经g3、g4、g5返回制冷机组，完成供冷；

2.蓄冷器单独供冷，关闭阀门f1、f4、f5、f7，打开阀门f6、f8、f9、f10、f11。用户回水通过水管g3、g4、g6进入直接接触式蓄冷器内，送到布水器进行喷淋，相变材料融化释冷，直接接触式蓄冷器模块连接有水管g9、g10，蓄冷器释放的冷量经g1、g2供给用户。低温相变材料液体经蓄冷器的回液管回到蓄冷介质槽内，完成释冷供冷过程；

机组与蓄冷器联合供冷，关闭阀门f5、f7，打开阀门f1、f2、f3、f4、f6、f8、f9、f10、f11。低温载冷剂直接通过g11、g1、g2供给用户，一部分用户回水再经g3、g4、g5、g12返回制冷机组，另一部分用户回水通过水管g3、g4、g6进入直接接触式蓄冷器内，送到布水器进行喷淋，相变材料融化释冷，直接接触式蓄冷器模块连接有水管g9、g10，蓄冷器释放的冷量经g5供给用户。低温相变材料液体经蓄冷器的回液管回到蓄冷介质槽内，完成释冷供冷过程。