[發明專利]一種利用水循環強化中低溫石蠟相變蓄熱的換熱的系統

有效

• 申請號: 201810521746.5
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108917445B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 陳奇良;周孝清;何石泉;高杲遠;武葵
• 申請（專利權）人: 廣州大學;北京斯德普科技發展有限公司
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02;F28F19/01;F24H7/00;F24H9/12
• 代理公司: 44202 廣州三環專利商標代理有限公司
• 代理人: 顏希文;宋靜娜

本發明公開了一種利用水循環強化中低溫石蠟相變蓄熱的換熱的系統，包括蓄熱容器及使水在蓄熱容器中循環的水循環系統，所述蓄熱容器上部裝有石蠟相變材料，所述蓄熱容器下部裝有水，所述蓄熱容器中間設有換熱器；所述蓄熱容器內部設有水分布器噴頭，所述水循環系統中設有水循環泵、與所述蓄熱容器下部連接的循環水入口及與所述蓄熱容器上部連接的循環水出口。本發明所述系統為了提高石蠟相變蓄熱系統換熱效率，解決由于液態石蠟相變材料導熱系數低和粘度大所帶來換熱效率低的問題，同時也可減少中低溫石蠟相變蓄熱系統中的換熱器的復雜程度，降低換熱器的制造成本。

技術領域

本發明涉及一種中低溫石蠟相變蓄熱的換熱的系統，尤其是一種利用水循環強化中低溫石蠟相變蓄熱的換熱的系統。

背景技術

能源是現代社會賴以生存和發展的基礎，能源互聯網作為推動我國能源革命的重要戰略支撐，對適應可再生能源規?；l展、提升能源開發利用效率、推動能源市場開放和產業升級、提升能源國際合作水平等具有重要意義。

發展以分布式和可再生能源互聯互通為本質的能源互聯網將是大勢所趨，而儲能技術正好為能源互聯網提供了一種行之有效的實施手段。儲能在需求響應、輔助服務、售電側等環節都將有廣闊的應用前景。能源互聯網在現有的配電網基礎上，通過先進的電力、電子和信息技術，融合了大量分布式可再生能源發電裝置和分布式儲能裝置，從而實現能量和信息流互聯互通，降低成本。儲能系統應用于傳統能源系統中可以改變能源的生產、輸送、使用同步完成的模式，將解決產能和用能在時間上和空間上不匹配的問題。在儲能技術商業化應用方面，有關相變蓄熱材料與系統的研發正在成為其中不可忽視的分支。

由于常用的石蠟相變材料低廉易得，密度約0.9g/cm³，相變焓約150～270KJ/Kg，位體積蓄能密度較高，被運用于中低溫(30～80℃)相變蓄熱領域中。但在無機械擾動情況下，由于液態石蠟相變材料的粘度較高，單純自然對流換熱效率比較低，嚴重影響了蓄熱的效率，使蓄熱時間過長；同時由于固態石蠟相變材料的導熱系數較低，石蠟相變材料在固態時，容易粘附在換熱器上，導致換熱熱阻大大提高，影響了釋熱效率，降低了用戶端熱的品位。

目前大量工作的思路是增大換熱面積，完善蓄熱容器換熱均勻性，如采用波紋管，增加翅片或肋板等。如專利CN204901909U公開的一種室內相變蓄熱供暖系統，相變蓄熱器采用的內環肋式翅片換熱管，強化蓄熱過程的熱量傳遞。但是單純增大換熱面積，提高蓄熱容器換熱均勻性勢必要增加蓄熱容器復雜性，提高制造成本，也減少相變蓄熱材料的裝填量。

有一部分思路是通過加入高導熱的材料，如石墨、金屬纖維、泡沫金屬等增加固體相變材料的導熱系數，以此降低換熱熱阻，提高換熱效率。專利CN1927985公開添加導電高分子材料和超細鋁粉來提高了石蠟基材的導熱系數，結合翅片管式管殼換熱器提高換熱效率；專利CN106284830A則石蠟復合泡沫鋁來增強集裝箱屋的相變材料儲熱與放熱功能，同時防止石蠟材料熔融后泄露。但是引入高導熱材料會因材料密度與相變材料密度的差異，而導致分相，特別是經過多次蓄釋熱循環，換熱效率將大大下降。

還有一部分思路是通過把石蠟基材進行微膠囊化，從而有效地解決石蠟相變材料的換熱效率低的問題。如專利CN101982231A公開了聚芳酰胺核殼石蠟相變微膠囊的制備方法，產物微膠囊之間無粘連，成單分散狀態；專利CN102127395A公開了一種石蠟相變儲能材料及其制備方法，以石蠟為芯村，高密度聚乙烯為支撐材料，采用熔融法制備微膠囊相變材料，然后采用薄膜包衣技術制備出毫米級膠囊相變材料。雖然以石蠟為基材微膠囊相變材料可以很好的解決蓄釋熱效率，但是其制備工藝比較復雜，不易控制，且生產成本較高，影響該類材料的大規模應用。

通過機械擾動強化傳熱比較常規的方法，但是固-液相變蓄熱材料的相變特點，使傳統的攪拌器攪拌強化傳熱方式難于實現，如專利CN103913087A公開的一種減少相分離的無機相變蓄熱裝置，采用攪拌器攪拌減少無機相變材料的相分離，同時提高傳熱效率，但是在材料固態需蓄熱時，攪拌器將無法運作。因此有必要對傳統石蠟相變蓄熱的強化換熱方式進行進一步改進。