[發明專利]基于結冰的蓄熱裝置

在審

• 申請號: 201780074380.5
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN110073165A
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 帕特里克·烏弗里
• 申請（專利權）人: 博瑞爾斯能量公司
• 主分類號: F28F1/22
• 分類號: F28F1/22
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 董科

一種熱交換裝置，包括一第一導熱管(1)，所述第一導熱管在其長度上是中空的，一第二導熱管(2)，所述第二導熱管在其長度上是中空的，并且包括一導熱翅片(3)，其中所述翅片(3)沿所述第一管(1)縱向延伸，所述翅片(3)沿所述第二管(2)縱向延伸，同時所述翅片(3)在所述第一管(1)和所述第二管(2)之間橫向延伸。

本發明涉及熱交換器技術領域，尤其涉及蓄熱器，這種蓄熱器通過諸如金屬的導熱材料在制冷劑和外部相變或基于冰的材料(例如0℃的水和冰的混合物)之間傳遞熱量，其中所述導熱材料分離制冷劑和相變材料。這類交換器的成本的兩個重要參數是相對于儲存的能量所使用的導熱材料的量和制冷劑的量。

現有技術中已知有兩種主要的相變蓄熱器家族：

-管式蓄熱器：這些蓄能器由多個管組成，這些管在其長度上是中空的并且彼此平行，每個管填充有加壓制冷劑，加壓制冷劑與基于冰的介質外部接觸。這種管主要由導熱材料制成，導熱材料通常是金屬，特別是鋼、鋁，以及較少用的銅。

一些管式蓄熱器由塑料管制成。盡管塑料的熱阻比金屬的熱阻大，但是塑料成本比金屬低，因此可以通過增大交換表面來抵消塑性存在的這點不利因素。這些電池的一個變型由單個非常長的管組成，該非常長的管以螺旋形或線圈形式排列。

這些蓄熱器的一個變型包括在管中循環二次制冷劑而不是制冷劑，所述二次制冷劑通常是乙二醇水。

-扁平蓄熱器：這些蓄熱器由多個扁平交換器組成，所述多個扁平交換器彼此平行。這些交換器又由2個薄的扁平金屬板組成，這2個薄的扁平金屬板通過其邊緣密封連接并通過點焊焊接在一起，當從其最大的面上觀察這些板時，所述薄的扁平金屬板按規則間隔排列，呈矩陣分布(行和列)。在制造這些交換器的過程中，通過在高壓下注入氣態或液態流體產生內部空間，直到板永久變形，使板具有枕狀外形，因此將它們命名為“枕板”。

每個交換器的內部空間填充有加壓制冷劑，并且每個交換器的外表面與待冷卻的介質接觸，直到結冰。

這種枕板由導熱材料制成的片材制成，所述導熱材料通常是金屬，特別是鋼(通常是不銹鋼)和鋁。

一些扁平蓄熱器由塑料制成，同樣盡管塑料的熱阻比金屬的熱阻大，但是塑料成本比金屬低，因此可以通過增大交換表面來抵消塑性存在的這點不利因素。

這些蓄熱器的一個變型包括在交換器中循環二次制冷劑而不是制冷劑，所述二次制冷劑通常是乙二醇水。

管式或扁平相變蓄熱器的操作包括如下儲存冷凍：

-通過蒸發包含在每個交換器內部容積中的制冷劑來產生冷凍，

-一開始：將冷凍運送通過交換器的材料，與液相變材料接觸，

-然后：將冷凍運送通過交換器的材料和冰的厚度，與靜液相變材料接觸，

-通過將冰從冷凍中轉移到材料處來固化與冰接觸的靜液相變材料。

所有熱交換器共有的特征之一是制冷劑的蒸發溫度隨著冰厚度的增加而下降。實際上，隨著時間的推移，冰厚度的增加導致熱阻的增加，這阻止了制冷劑和靜液相變材料之間的冷凍的流動。為了抵抗這種阻力，在恒定的熱交換功率下，制冷劑隨時間自然地降低其蒸發溫度。

在現有技術中，相對于扁平或板式蓄熱器，觀察到管式蓄熱器存在非常不同的行為，這使得能量方面存在很大的不同：

-管式蓄熱器：通過制冷劑蒸發在交換器內產生的冷引起各向異性的冰形成，即，冰的生長與管同心或相對于管與其長度垂直或呈反射狀。這種傳導的各向異性特性導致制冷劑的蒸發溫度隨著時間的變化而下降，具有陡峭斜率，約每小時下降2℃。

-扁平電池：通過制冷劑蒸發在交換器內產生的冷導致冰形成，該冰與兩個外表面垂直。該特性導致制冷劑的蒸發溫度隨時間的變化而下降，具有非常平緩的斜率，約為每小時下降0.3℃，或比管式蓄熱器小約7倍。