本實用新型涉及相變蓄能/釋能領(lǐng)域，更具體地，涉及一種噴淋式相變蓄能裝置。

背景技術(shù)：

經(jīng)濟飛速發(fā)展的同時所帶來的資源短缺、能源分配不合理等問題逐漸引起廣泛關(guān)注。增大可再生能源的應(yīng)用比例，提高可再生能源的利用效率成為建筑、軍事、航空航天等各領(lǐng)域亟待解決的問題。目前，我國部分地區(qū)采用了可再生能源，如地源、水源熱泵技術(shù)，以及空氣源熱泵技術(shù)，還有太陽能熱水，并取得了可觀的減排的效果。但地源、水源熱泵技術(shù)的投資較大、整體穩(wěn)定性和運行安全性還有待長期觀察，特別是對地下水的自然生態(tài)環(huán)境的影響還有待于進一步評價，對城市道路交通等網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃的影響也需進一步的論證?？諝庠礋岜眉夹g(shù)可以不受地面環(huán)境和地質(zhì)條件的限制，但由于空氣能是分散能源，所以使得空氣源熱泵制熱速度慢，熱效率不是很高。

蓄能技術(shù)憑借其蓄能密度大，蓄熱量高且無毒無害等優(yōu)點而得到科研人員的廣泛關(guān)注。蓄能技術(shù)是幫助解決我國能源供給和能源消耗匹配矛盾的重要方法，也是合理利用能源及減輕環(huán)境污染的有效途徑。綜合比較能量儲存方式，相變蓄能具有結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效果高，蓄能釋能溫度恒定等優(yōu)點。相變材料的使用是相變蓄能的核心要點。相變材料在其物相變化過程中，可以從環(huán)境吸收熱(冷)量或向環(huán)境放出熱(冷)量，從而達到能量儲存和釋放及調(diào)節(jié)能量需求和供給失配的目的。將復(fù)合相變材料應(yīng)用于蓄能領(lǐng)域，可實現(xiàn)熱能的存儲與有效利用。但直接接觸式換熱效率低，熱能利用率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了提高熱能的存儲效率，本實施新型提供一種噴淋式相變蓄能裝置。所述噴淋式相變蓄能裝置包括蓄能箱體、相變蓄能系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)；其中，所述相變蓄能系統(tǒng)設(shè)在所述蓄能箱體中；所述蓄能箱體的上部設(shè)有換熱流體入口，下部設(shè)有換熱流體出口；所述噴淋系統(tǒng)設(shè)在所述蓄能箱體的上部，與所述換熱流體入口連通，其噴淋方向正對于所述相變蓄能系統(tǒng)。

優(yōu)選地，噴淋系統(tǒng)包含霧化噴嘴。

優(yōu)選地，所述相變蓄能系統(tǒng)還包括換熱系統(tǒng)和流體輸送系統(tǒng)，其中，所述換熱系統(tǒng)通過所述流體輸送系統(tǒng)分別與所述換熱流體入口和所述換熱流體出口相連通。

優(yōu)選地，在所述換熱系統(tǒng)中，所述換熱流體的流動方向與所述外網(wǎng)流體的流動方向相反。

優(yōu)選地，所述噴淋式相變蓄能裝置還包括外網(wǎng)流體輸送系統(tǒng)，所述外網(wǎng)流體輸送系統(tǒng)與所述換熱系統(tǒng)進行熱交換。

優(yōu)選地，所述相變蓄能系統(tǒng)包括一個或多個填充有相變材料的蓄熱單元。

優(yōu)選地，所述蓄熱單元以管狀或板狀分布在所述蓄能箱體中，更優(yōu)選地，所述蓄熱單元以管狀分布在所述蓄能箱體中。

優(yōu)選地，所述蓄熱單元為多個，平行且等間距的分布在所述箱體中。

所述相變蓄能系統(tǒng)中包括N層蓄熱單元，N為≥3的正整數(shù)，所述噴淋系統(tǒng)為多個噴淋系統(tǒng)；在所述蓄能箱體頂部設(shè)有噴淋系統(tǒng)，在至多3層蓄熱單元之間設(shè)有噴淋系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述蓄熱單元的制作材料為金屬，優(yōu)選為銅，更優(yōu)選為紫銅。

本申請的相變蓄能裝置的有益效果如下：

1)本申請的噴淋式相變蓄能裝置中含有噴淋系統(tǒng)，采用噴淋方式換熱，將蓄熱流體經(jīng)過噴淋系統(tǒng)噴射到相變蓄能系統(tǒng)表面，增大蓄熱流體與相變蓄能系統(tǒng)的有效接觸面積，強化流體的傳熱過程，提高蓄能效率；

2)本申請的噴淋式相變蓄能裝置中設(shè)有換熱器和外網(wǎng)流體輸送系統(tǒng)，通過設(shè)定換熱流體與外網(wǎng)流體的流動方向，在換熱過程中可減弱外網(wǎng)流體溫度波動范圍，維持穩(wěn)定的供熱溫度；

3)本申請的噴淋式相變蓄能系統(tǒng)由填充有相變材料的蓄熱單元組成，可根據(jù)實際蓄能或釋能的需求填充具有不同相變溫度的相變材料，滿足不同場合的用熱需求；

4)本申請中填充有相變材料的蓄熱單元采用等間距分層的方式布置，可根據(jù)實際需要增加或減少蓄熱單元的數(shù)量，滿足不同場合的用熱需求。

附圖說明

圖1為根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施例中噴淋式相變蓄能裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施例中蓄熱單元的奇數(shù)層與偶數(shù)層的布設(shè)方式的俯視示意圖；

圖3為根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施例中單個蓄熱單元為金屬的示意圖；

圖4為根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施例中蓄熱單元布置剖面圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。

本實用新型的一個實施例中提供了一種噴淋式相變蓄能裝置，包括蓄能箱體、相變蓄能系統(tǒng)，噴淋系統(tǒng)；其中，相變蓄能系統(tǒng)設(shè)在蓄能箱體中，蓄能箱體的上部設(shè)有換熱流體入口，下部設(shè)有換熱流體出口，噴淋系統(tǒng)設(shè)在蓄能箱體的上部，與換熱流體入口連通，其噴淋方向正對于相變蓄能系統(tǒng)。在該實施例中，流體通過與換熱流體入口連通的噴淋系統(tǒng)噴射在相變蓄能系統(tǒng)表面，增大了換熱流體與相變蓄能系統(tǒng)的有效接觸面積，實現(xiàn)熱能的高效利用。

在本實用新型的實施例中，換熱流體可以為水或相變流體，其中，相變流體為納米級相變材料分散于相應(yīng)的溶劑中所形成的具有蓄熱特性的相變流體。

在該實施例中，換熱流體從換熱流體入口被噴淋到相變蓄能系統(tǒng)表面，與相變蓄能系統(tǒng)接觸，當換熱流體溫度較高，相變蓄能系統(tǒng)進行蓄能過程吸收熱量，流體溫度降低，釋熱后的換熱流體從蓄能箱體的下部換熱流體出口流出；當換熱流體溫度較低，相變蓄能系統(tǒng)進行釋能過程釋放熱量，換熱流體溫度升高，吸熱后的換熱流體從蓄能箱體的下部換熱流體出口流出。

在另一個優(yōu)選的實施例中，噴淋系統(tǒng)包含霧化噴嘴，將流體經(jīng)過霧化噴嘴使其霧化，進一步提高換熱流體與相變蓄能系統(tǒng)的接觸面積，提高熱能的利用效率。

為了提高整個噴淋式相變儲能裝置的利用率，所述裝置還可以包括外網(wǎng)流體輸送系統(tǒng)，該外網(wǎng)流體輸送系統(tǒng)與換熱系統(tǒng)進行熱交換。外網(wǎng)流體與換熱流體在換熱系統(tǒng)中進行熱量交換。

其中，在實施例中，換熱流體與外網(wǎng)流體在換熱系統(tǒng)中的流動方向相反，即兩者為逆向換熱。

在具體的實施例中，換熱流體輸送系統(tǒng)和外網(wǎng)流體輸送系統(tǒng)上均包括有動力裝置，如水泵，通過動力裝置驅(qū)動流體流動。

通常為了更好地監(jiān)控外網(wǎng)流體與換熱流體各自的溫度，可以在換熱系統(tǒng)上分別設(shè)置外網(wǎng)流體溫度器和換熱流體溫度器，外網(wǎng)流體溫度器用于測定流經(jīng)換熱系統(tǒng)時的外網(wǎng)流體的溫度，換熱流體溫度器用于測定流經(jīng)換熱系統(tǒng)時的換熱流體的溫度。上述溫度器也可以分別設(shè)置在外網(wǎng)流體輸送系統(tǒng)接近換熱系統(tǒng)處和換熱流體輸送系統(tǒng)接近換熱系統(tǒng)處。

在本實用新型的實施例中，換熱系統(tǒng)可以為本領(lǐng)域中常用的換熱器，兩種流體在該換熱器中進行熱交換，該換熱器中至少包括換熱流體的輸入口和輸出口，其中，所述換熱流體的輸出口通過換熱流體的輸送系統(tǒng)與蓄能箱體的換熱流體的輸入口相連，換熱器中換熱流體的輸入口通過換熱流體的輸送系統(tǒng)與蓄能箱體的換熱流體的輸出口相連。當本實用新型的蓄能裝置中含有外網(wǎng)流體輸送系統(tǒng)時，該換熱器還包括外網(wǎng)流體的輸入口和輸出口。

如圖1所示，該優(yōu)選實施例中的噴淋式相變蓄能裝置包括蓄能箱體1，相變蓄能系統(tǒng)2，換熱流體7與外網(wǎng)流體8進行熱量交換的換熱系統(tǒng)3，換熱流體7通過換熱流體入口5進入蓄能裝置時經(jīng)噴淋系統(tǒng)4噴射到相變蓄能系統(tǒng)2表面，與相變蓄能系統(tǒng)2進行換熱后經(jīng)由蓄能箱體1的下部換熱流體出口6排出，在換熱系統(tǒng)3中與外網(wǎng)流體換熱后經(jīng)由蓄能箱體上部換熱流體入口5進入噴淋式相變蓄能裝置中進行換熱，在此循環(huán)過程中，換熱流體的流動方向為逆時針方向。外網(wǎng)流體8與換熱流體7在換熱系統(tǒng)3中進行熱量交換，外網(wǎng)流體8與換熱流體7流動方向相反。

當外網(wǎng)流體8溫度高于蓄能箱體1內(nèi)換熱流體溫度時，外網(wǎng)流體8與換熱流體7在換熱系統(tǒng)3內(nèi)進行熱量交換，外網(wǎng)流體8放熱后溫度降低，換熱流體7吸熱后溫度升高。此時高溫換熱流體7逆時針流動，通過蓄能箱體1中上部噴淋系統(tǒng)4噴射到相變蓄能系統(tǒng)2表面，相變蓄能系統(tǒng)進行蓄能過程吸收熱量，釋能后的低溫換熱流體7從蓄能箱體1的下部換熱流體出口流出，進入換熱器繼續(xù)進行蓄能過程。

當外網(wǎng)流體8溫度低于蓄能箱體1內(nèi)換熱流體7溫度時，外網(wǎng)流體8與換熱流體7在換熱系統(tǒng)3內(nèi)進行熱量交換，換熱流體7放熱后溫度降低，外網(wǎng)流體8吸熱后溫度升高。低溫換熱流體7逆時針流動，通過上部噴淋系統(tǒng)4噴射到相變蓄能系統(tǒng)2表面，相變蓄能系統(tǒng)2進行釋能過程釋放熱量，吸熱后的高溫換熱流體7從蓄能箱體1的下部換熱流體出口流出，進入換熱系統(tǒng)3繼續(xù)進行釋能過程。

在蓄能箱體中的相變蓄能系統(tǒng)可以包括一個或多個填充有相變材料的蓄熱單元。蓄熱單元的制作材料可選擇金屬，優(yōu)選為紫銅，紫銅的導(dǎo)熱性能良好，且材質(zhì)較硬，能夠起到很好的封裝作用。

在本實用新型中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

本實用新型的相變材料為本領(lǐng)域中常用的蓄能相變材料，可以根據(jù)蓄能釋能所要求的相變溫度，選擇填充具有不同相變溫度的復(fù)合相變材料，相變材料可為無機物、有機物或無機-有機復(fù)合材料。如可選自液體石蠟、固體石蠟、硬脂酸、三硬脂、硫酸鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉、磷酸氫鈉等其水合物，液態(tài)金屬等。

在本實用新型的實施例中，可以選用膨脹石墨等具有高導(dǎo)熱性能的支撐材料對相變材料進行性能優(yōu)化，在保證相變溫度基本不變的同時強化傳熱過程，蓄能密度大，蓄熱效率高。有機相變材料石蠟相變潛熱高，相變溫度適宜，且無過冷、無毒等特性，得到較為廣泛的應(yīng)用。但是石蠟相變材料的導(dǎo)熱性能不好，換熱過程換熱效率較低，若選擇具有高孔隙率、高導(dǎo)熱性的膨脹石墨，與石蠟混合制備復(fù)合相變材料，可以提高相變材料的導(dǎo)熱性能，結(jié)合本實用新型的噴淋系統(tǒng)，換熱效率得到很大的提升?？梢酝ㄟ^蓄能/釋能性能試驗得到石蠟與膨脹石墨的配置比例。

在另一個實施例中，蓄熱單元可以以管狀或板狀分布在蓄能箱體1中，為了提高蓄熱單元與流體的接觸面積，提高蓄能效果，更優(yōu)選以管狀分布在蓄能箱體中。

其中，蓄熱單元可以為一個，設(shè)在蓄能箱體中，在蓄熱單元與蓄能箱體之間有供流體流動的空隙。蓄熱單元可以為多個，平行且等間距分布在蓄能箱體1中，能更好地利用蓄能箱體的內(nèi)部空間，蓄熱單元的個數(shù)可以根據(jù)實際蓄能和/或釋能的需要來確定，在蓄熱單元與蓄能箱體之間也有供流體流動的空隙。優(yōu)選地是，蓄熱單元以蓄熱單元層的方式設(shè)在蓄能箱體中。

其中，蓄熱單元的布設(shè)方式可以為奇數(shù)層和偶數(shù)層堆疊布設(shè)，如圖2所示。其中每層中蓄熱單元的個數(shù)由箱體的寬度以及換熱的效果來設(shè)定。蓄熱單元布置剖面圖可以為如圖4所示。蓄熱單元分層布置，上層蓄熱單元與下層蓄熱單元錯位布置，即下層蓄熱單元恰好處于上層蓄熱單元間的空隙處，這樣各層蓄熱單元之間不會相互阻擋，經(jīng)過霧化噴嘴噴淋后的換熱流體可直接噴射到蓄熱單元表面，使得換熱效果更佳。

噴淋系統(tǒng)的布設(shè)可以根據(jù)蓄熱單元來定，可為多級噴淋。所述相變蓄能系統(tǒng)中包括N層蓄熱單元，N為≥3的正整數(shù)，所述噴淋系統(tǒng)為多個噴淋系統(tǒng)；在所述蓄能箱體頂部設(shè)有噴淋系統(tǒng)，在至多3層蓄熱單元之間設(shè)有噴淋系統(tǒng)。

即，當蓄熱單元為1～3層時，噴淋系統(tǒng)為單級噴淋，當噴淋系統(tǒng)為3～6層時，噴淋系統(tǒng)為二級噴淋，即在蓄能箱體頂部設(shè)置一級噴淋系統(tǒng)，在第4層與第3層蓄熱單元之間設(shè)置二級噴淋系統(tǒng)，一級噴淋裝置與二級噴淋裝置相同，多級噴淋可擴大換熱流體與蓄熱單元的接觸面積，多級噴淋可避免一級噴淋換熱時，換熱流體溫度降低速度過快，當換熱流體到達下層蓄熱單元時，溫度過低而不能與蓄熱單元有效換熱。

在一個優(yōu)選的實施例中，蓄熱單元為填充有復(fù)合相變材料的紫銅管，如圖3所示。其中，為了使換熱更充分且封裝效果更好，紫銅管的直徑優(yōu)選為6-10cm，壁厚5-10mm。

本實用新型所提供的噴淋式相變蓄能裝置，通過噴淋式換熱方式可以顯著的增大換熱流體與蓄能單元的接觸面積，實現(xiàn)了熱能的高效存儲和利用，與其它蓄能方式相比，其能耗更低，大幅度降低運行費用，具有供熱、供冷、蓄冷、蓄熱和供生活熱水功能。

最后，本申請的方法僅為較佳的實施方案，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。