相变蓄热装置

1.本公开涉及蓄热技术领域，尤其涉及一种相变蓄热装置。


背景技术：

2.储热技术是热能利用的重要技术。随着太阳能热利用、太阳能热发电、余热回收等技术的不断发展，储热技术作为一种有效改善间歇性热源能量可调度性的技术，日益受到学术与工业界的广泛重视。储热技术主要分为显热蓄热、相变(潜热)蓄热和化学能蓄热三大类。相变蓄热具有蓄热量大、蓄放热温度比较稳定等特点，已经成为蓄热技术发展的重要方向。然而，相变蓄热装置在进行蓄热和放热的过程中，主要通过相变材料本身根据环境温度的变化进行相变反应，因此导致相变蓄热装置进行蓄热与放热过程的时间比较长，即传热速率较慢，严重影响热能的及时存储与及时释放。
3.因此，如何提高相变蓄热装置的传热速率是目前急需解决的问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种相变蓄热装置。
5.本公开提供了一种相变蓄热装置，包括壳体、热源换热器、冷源换热器、抽送机构、相变材料层以及与所述相变材料层互不相溶的易挥发介质层；
6.所述冷源换热器、所述易挥发介质层、所述相变材料层和所述热源换热器沿所述壳体的顶部至所述壳体的底部的方向依次设置在所述壳体内，所述壳体上设置有抽送入口以及抽送出口，所述抽送机构分别与所述抽送入口和所述抽送出口连通，以将所述易挥发介质层抽送至所述热源换热器处以与所述热源换热器接触换热，以使所述易挥发介质层气化并向上流动时与所述相变材料层接触换热，以使所述相变材料层蓄热并融化为液相；所述冷源换热器用于与所述易挥发介质层换热，以使所述易挥发介质层冷却并与所述相变材料层换热，以使所述相变材料层释热并冷凝为固相。
7.在一些实施例中，所述壳体内还设置有导气管，所述导气管的一端位于所述相变材料层的底部，所述导气管的另一端位于所述易挥发介质层内，以使经所述热源换热器气化后的所述易挥发介质层可沿所述导气管向上流动。
8.在一些实施例中，所述导气管包括多个，多个所述导气管沿所述壳体的长度方向间隔设置。
9.在一些实施例中，所述导气管沿竖直方向延伸。
10.在一些实施例中，所述相变蓄热装置还包括振动机构，所述振动机构位于所述相变材料层与所述易挥发介质层的交界处。
11.在一些实施例中，所述振动机构包括超声波发生器。
12.在一些实施例中，所述抽送机构包括抽送泵以及分设在所述抽送泵两端的两个连接管，两个所述连接管中的一者的一端与所述抽送泵连通，另一端伸入至所述易挥发介质
层内；两个所述连接管中的另一者的一端与所述抽送泵连通，另一端伸入至所述相变材料层的底部。
13.在一些实施例中，所述壳体的外周设设置有保温层。
14.在一些实施例中，所述相变蓄热装置还包括泡沫金属层，所述泡沫金属层位于所述相变材料层与所述热源换热器之间。
15.在一些实施例中，所述易挥发介质层为乙醇层；和/或，所述相变材料层为石蜡层。
16.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
17.本公开提供一种相变蓄热装置，包括壳体、热源换热器、冷源换热器、抽送机构、相变材料层以及与相变材料层互不相溶的易挥发介质层；冷源换热器、易挥发介质层、相变材料层和热源换热器沿壳体的顶部至壳体的底部的方向依次设置在壳体内，抽送机构用于在相变蓄热装置进行蓄热时将易挥发介质层抽送至热源换热器处以与热源换热器换热，以使易挥发介质层气化并向上流动时与相变材料层换热，以使相变材料层蓄热并融化为液相；冷源换热器用于在相变蓄热装置进行释热时与易挥发介质层换热，以使易挥发介质层冷却并与相变材料层换热，以使相变材料层释热并冷凝为固相。也就是说，本公开提供的相变蓄热材料，当需要进行蓄热时，通过热源换热器进行供热，使得易挥发介质层快速升温并发生气化后再与相变材料层接触换热，使得相变材料层迅速融化为液相实现蓄能，从而可以有效提升易挥发介质层与相变材料层之间的传热速率，提升相变材料层的蓄热效率；当需要进行释热时，通过冷源换热器进行制冷，使得易挥发介质层快速冷却后再与相变材料层接触换热，使得相变材料层迅速冷凝为固相实现释热，从而可以有效提升易挥发介质层与相变材料之间的传热效率，提升相变材料层的释热效率。
附图说明
18.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
19.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本公开实施例所述相变蓄热装置的结构示意图；
21.图2为本公开实施例所述相变蓄热装置的相变材料层蓄热过程的结构示意图；
22.图3为本公开实施例所述相变蓄热装置的相变材料层释热过程的结构示意图。
23.其中，1、壳体；11、保温层；2、热源换热器；3、冷源换热器；4、抽送机构；41、抽送泵；42、连接管；5、相变材料层；51、固相相变材料层；52、液相相变材料层；6、易挥发介质层；61、易挥发介质气泡；62、易挥发介质凝结液；7、导气管；8、振动机构；9、泡沫金属层。
具体实施方式
24.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
25.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采
用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
26.参照图1至图3所示，本实施例提供一种相变蓄热装置，包括壳体1、热源换热器2、冷源换热器3、泡沫金属层9、抽送机构4、相变材料层5以及与相变材料层5互不相溶的易挥发介质层6。
27.具体实现时，相变材料层5可以为石蜡层或结晶水合盐类，易挥发介质层6可以为乙醇或水。石蜡层和乙醇之间具有互不相溶的特性，因此可以很好进行换热。
28.具体的，参照图1所示，冷源换热器3、易挥发介质层6、相变材料层5和热源换热器2沿壳体1的顶部至壳体1的底部的方向依次设置在壳体1内。具体的，冷源换热器3可以位于壳体1内顶壁处，热源换热器2可以位于壳体1的内底壁处。另外，冷源换热器3和热源换热器2可以通过紧固件可拆卸地固定在壳体1内或者卡接在壳体1内，从而易于拆卸进行更换或者维修。
29.具体实现时，壳体1上设置有抽送入口以及抽送出口，抽送机构4分别与抽送入口和抽送出口连通。当需要进行蓄热操作时，此时抽送机构4将易挥发介质层6抽送至热源换热器2处以与热源换热器2换热，此时易挥发介质层6受热后发生气化反应后形成的气态地易挥发介质层6则向上流动从而与相变材料层5之间接触换热，使得相变材料层5受热后发生融化反应并逐渐全部融化成为液相，实现蓄热或者储能操作。
30.具体参照图2所示，整个蓄热循环操作的过程为：抽送机构4将部分液相的易挥发介质层6抽送至热源换热器2处换热并气化形成易挥发介质气泡61后经过相变材料层5进行换热并流动至冷源换热器3处冷凝为易挥发介质冷凝液62，此时由于易挥发介质冷凝液62的液体密度小于相变材料层5的密度，所以此时换热后的易挥发介质冷凝液62则会漂浮再相变材料层5的上面堆积形成液态的易挥发介质层6，然后抽送机构4则再次将冷凝的液相的易挥发介质层6抽送至热源换热器2处进行换热并气化后与相变材料层5换热实现蓄热，以此循环，直至所有的固相相变材料层51全部融化为液相相变材料层52，完成充分的蓄热或储能过程。
31.当需要进行释热操作时，此时易挥发介质层6与冷源换热器3接触换热，使得易挥发介质层6冷却后与相变材料层5发生换热，此时相变材料层5冷凝为固相实现释热。
32.具体参照图3所示，整个释热循环操作的过程为：此时冷源换热器3提供冷量，使得易挥发介质层6温度降低后与相变材料层5接触，从而使得蓄热操作后形成的液相相变材料层52在相变材料层5与易挥发介质层6的交界面处冷凝形成固相相变材料层51，此时由于固相相变材料层51的密度大于液相相变材料层52的密度，此时固相相变材料层51则下沉到底部并逐渐堆积，直至所有的液相相变材料层52全部冷凝形成固相相变材料层51后完成整个释热过程。
33.具体在释热时，密度较小的易挥发介质层6会在壳体1顶部的冷源换热器3处放热从而温度降低，再与液相的相变材料层5进行换热，使液相的相变材料层5在交界面处凝固，由于固相的相变材料层5的密度大于液相的相变材料层5的密度，凝固后的固相的相变材料层5会下沉到壳体1的底部产生固相堆积，并在底部吸热，减小热分层的影响，强化传热过程。因此，该装置的传热速率较高。
34.综上，本实施例提供的相变蓄热材料，当需要进行蓄热时，通过热源换热器2进行
供热，使得易挥发介质层6快速升温并发生气化后再与相变材料层5接触换热，使得相变材料层5迅速融化为液相实现蓄能，从而可以有效提升易挥发介质层6与相变材料层5之间的传热速率，提升相变材料层5的蓄热效率；当需要进行释热时，通过冷源换热器3进行制冷，使得易挥发介质层6快速冷却后再与相变材料层5接触换热，使得相变材料层5迅速冷凝为固相实现释热，从而可以有效提升易挥发介质层6与相变材料之间的传热效率，提升相变材料层5的释热效率。
35.参照图1至图3所示，在一些实施例中，壳体1内还设置有导气管7，导气管7的一端位于相变材料层5的底部，导气管7的另一端位于易挥发介质层6内，以使经热源换热器2气化后的易挥发介质层6可沿导气管7向上流动，从而可以进一步确保气化后的易挥发介质层6可以沿着导气管7顺利上升到相变材料层5的上方以便于经冷源换热器3进行冷却。
36.参照图1至图3所示，在一些实施例中，导气管7包括多个，多个导气管7沿壳体1的长度方向间隔设置，从而可以通过多个导气管7供易挥发介质层6流通，提高易挥发介质层6的上升效率。
37.参照图1至图3所示，在一些实施例中，导气管7沿竖直方向延伸，有利于易挥发介质层6进行流动。
38.参照图1至图3所示，在一些实施例中，相变蓄热装置还包括振动机构8，振动机构8位于相变材料层5与易挥发介质层6的交界处，从而在进行释热操作时，当冷源换热器3提供冷量，使得易挥发介质层6温度降低后与相变材料层5接触，从而使得蓄热操作后形成的液相相变材料层52在相变材料层5与易挥发介质层6的交界面处进行冷凝的过程中，可以在振动机构8的振动作用下快速冷凝形成固相相变材料层51。
39.示例性的，振动机构8可以为超声波发生器，或者也可以为振动电机等可以产生振动的结构。具体实现时，振动机构8可以通过螺钉等紧固件固定在壳体1的内壁上或者也可以焊接在壳体1的内壁上。
40.参照图1至图3所示，在一些实施例中，抽送机构4包括抽送泵41以及分设在抽送泵41两端的两个连接管42，两个连接管42中的一者的一端与抽送泵41连通，另一端伸入至易挥发介质层6内；两个连接管42中的另一者的一端与抽送泵41连通，另一端伸入至相变材料层5的底部。示例性的，抽送泵41可以为磁力泵，用于可以蓄热时通过磁力泵将液相的易挥发介质层6经连接管42抽送至热源换热器2处进行换热气化。
41.参照图1至图3所示，相变蓄热装置还包括泡沫金属层9，泡沫金属层9位于相变材料层5与热源换热器2之间，用于起到对易挥发介质层6的导热强化作用，提高传热效率。
42.参照图1至图3所示，在一些实施例中，壳体1的外周设设置有保温层11，从而可以避免热量扩散对整个蓄热或者释热操作造成影响。示例性的，保温层11比如可以为保温泡沫或者保温海绵等。
43.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除
在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
44.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。