[發(fā)明專利]通過相變材料的制冷或熱能能量存儲(chǔ)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580056051.9
• 申請(qǐng)日: 2015-09-02
• 公開（公告）號(hào): CN107110614A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·德法爾科;A·扎卡尼尼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 升級(jí)服務(wù)股份公司;拉博爾股份有限公司
• 主分類號(hào): F28D20/02
• 分類號(hào): F28D20/02;F28C1/14;F28F25/02;F28F25/06;F28F19/02;F28F27/02
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司44205
• 代理人: 趙東明

本發(fā)明涉及一種利用相變材料(PCM)的制冷或熱能能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，特別是用于空氣調(diào)節(jié)或家庭、工作、商店等環(huán)境的加熱。

更特別地，本發(fā)明涉及一種在從儲(chǔ)罐系統(tǒng)存儲(chǔ)和釋放能量的階段允許在PCM型材料與制冷或加熱流體之間最大限度地傳遞制冷或熱能的系統(tǒng)，因此增加了冷卻或加熱存儲(chǔ)系統(tǒng)的潛在應(yīng)用，并優(yōu)化了從供應(yīng)主體抽取能量或使用自產(chǎn)能量的周期。

在工業(yè)應(yīng)用中，已知如何通過冰水罐完成冷藏，所述冰水罐利用水的凝固過程儲(chǔ)存冷氣和冰的液化過程釋放冷氣。這類系統(tǒng)與非標(biāo)準(zhǔn)冰箱集成，其中一個(gè)水和乙二醇溶液在低于0℃的溫度下循環(huán)的方案，為了冷卻制冷機(jī)的主回路的水，因而允許水在存儲(chǔ)罐內(nèi)凝固。但是，工作溫度低于0℃，限制了所述冰水系統(tǒng)在非工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的使用，特別是空調(diào)環(huán)境。此外，非標(biāo)準(zhǔn)冰箱的使用導(dǎo)致性能系數(shù)(COP)的降低和制冷機(jī)的成本增加。

同樣已知的是，為克服在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)可用的現(xiàn)有技術(shù)限制，使用諸如已知為相變材料(PCM)的特殊共晶合金材料，其具有高于0℃并且取決于合金的組成的恒定相變溫度。在文獻(xiàn)中，許多已知的PCM類型的材料的特征是具有一定程度的毒性，可燃性和由于自身的相變溫度和低的平均固相熱導(dǎo)率而過冷。

在常規(guī)的熱交換系統(tǒng)中，例如管束和殼交換器(殼和管)，其中PCM類型的流體被儲(chǔ)存在殼內(nèi)并且交換流體被送入管中，在儲(chǔ)存系統(tǒng)罐內(nèi)部，直接在交換表面上的PCM類型流體固相形成包括通過傳導(dǎo)而不是通過對(duì)流傳送制冷能量，結(jié)果減慢罐的充能時(shí)間。

目前，在能量存儲(chǔ)期間，可用于避免PCM類型材料的罐導(dǎo)熱性降低而提出的兩種解決方案是液體PCM類型材料的微膠囊化和相變漿料(PCS)的使用。

液體PCM材料的微囊化將PCM材料引入適當(dāng)形狀的囊內(nèi)，浸入在存儲(chǔ)罐內(nèi)的主體水的內(nèi)部，從而增加PCM材料和水之間的接觸表面，以允許改進(jìn)熱能交換。但是，這個(gè)方案存在幾個(gè)問題，例如由于存儲(chǔ)罐的能量體積密度減小、包裝問題和膠囊的存在而沒有充分的充能時(shí)間、高成本和過度龐大的系統(tǒng)。

相反，由于PCM類型材料的液滴或微膠囊在液體載體中的分散，PCS允許改善制冷PCM類型材料和液體載體之間的能量傳送動(dòng)力學(xué)，并確保附加存儲(chǔ)部件由連續(xù)相的顯熱構(gòu)成。但是，PCS由于待處理流體的高粘度和降低能量密度存儲(chǔ)而具有應(yīng)用問題。

因此，當(dāng)前可用的使用PCM類型材料的冷藏系統(tǒng)有兩個(gè)限制其潛在應(yīng)用的主要問題：系統(tǒng)的填充/釋放能量不充分和體積密度存儲(chǔ)不令人滿意。

甚至目前可用的使用石蠟的熱存儲(chǔ)系統(tǒng)也存在與使用上述PCM類型材料的冷藏系統(tǒng)的相同問題，即系統(tǒng)的填充/釋放熱能功率不足以及體積密度存儲(chǔ)不令人滿意。

鑒于上述情況，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種使用相變材料(PCM)制冷或熱能能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以克服上述缺陷。

根據(jù)本發(fā)明，這些結(jié)果通過使用PCM類型材料的制冷或熱能能量存儲(chǔ)系統(tǒng)獲得，使得制冷或熱能能量的傳送最大化，確保PCM類型流體和在次級(jí)閉合回路內(nèi)流動(dòng)的流體流之間的緊密接觸并由熱交換器冷卻或加熱。

US 2996894是申請(qǐng)人已知的關(guān)于本專利申請(qǐng)的解決方案主題最相關(guān)的現(xiàn)有在先技術(shù)文獻(xiàn)。

因此，本發(fā)明的具體對(duì)象的是一種用于存儲(chǔ)制冷或熱能，當(dāng)用戶需要時(shí)釋放能量的制冷或熱能能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，包括主體，封閉且絕緣，所述主體被配置為在其內(nèi)部容納兩類流體，分別為相變材料(PCM)類型流體和次級(jí)流體，所述兩類流體相互間不混溶并具有不同的密度，使得在所述主體內(nèi)分層；抽取裝置，被配置為從所述主體抽取所述次級(jí)流體，并在熱交換器內(nèi)傳送所述次級(jí)流體，所述熱交換器被配置為與所述次級(jí)流體交換冷氣或熱量(frigories,or calories)；和分配裝置，被配置為從所述熱交換器抽取所述次級(jí)流體，并在所述主體內(nèi)分配所述次級(jí)流體到所述PCM類型流體內(nèi)，使得所述次級(jí)流體與被吸收到所述熱交換器的所述PCM類型流體交換冷氣或熱量，所述次級(jí)流體具有的凝固溫度基本上低于所述PCM類型流體，所述熱交換器被包含在所述主體內(nèi)，并在所述次級(jí)流體和主流體間交換冷氣或熱量，所述熱交換器包括第一管道和第二管道，所述第一管道分別連接其端部到所述抽取裝置和所述分配裝置，以用于所述次級(jí)流體的循環(huán)，所述第二管道與所述第一管道同心，被配置為連接到所述主體外部的回路，以用于所述主流體的循環(huán)。

優(yōu)選地，所述抽出裝置被放置成至少部分在所述主體部分的上部或下部，取決于所述次級(jí)流體的密度值，且所述分配裝置以與所述抽取裝置相反的放置方式，至少部分地放置在所述主體部分的上部或下部。

仍然根據(jù)本發(fā)明，所述主體的所述內(nèi)部包括隔離裝置以避免所述PCM類型流體進(jìn)入到所述抽取裝置。