一种相变储能器及其模拟测试系统的制作方法

本发明涉及相变储能技术领域，更具体的，涉及一种相变储能器及其模拟测试系统。

背景技术：

能源紧缺是世界各地普遍面临的困境，节约能源是各国重要的发展方向之一，充分利用余热和谷电是个不错的方向。利用相变材料的潜热储能系统是最受欢迎的，因为潜热储能系统在传热过程中温度变化很小。

世界各地普遍大力发展太阳能，太阳能在应用上展现了极大应用前景。但由于太阳能在利用的过程中因为昼夜交替及季节性和天气性的影响，太阳能应用上的间断性以及不稳定性就限制了其应用。而且在特定的场景也与实际用户的需求之间存在一定的时间差，比如工业物料干燥中，夜晚无法使用太阳能。针对太阳能的缺点限制，基于相变材料的潜热储能系统可有效的提高太阳能的工业和生活应用，解决太阳能在空间和时间上的缺陷。工业上各种工厂和生活中的锅炉在实际使用和生产的过程中往往都会产生大量的工业废气余热、烟气余热等能源浪费。余热的回收利用技术不仅能节能减排，还能提高工厂和生活中的能源结构。但是同样的，与太阳能类似，余热的回收与实际用户的需求之间存在着一定的时间和空间差，利用基于相变材料的潜热储能系统来扩展余热回收利用的应用背景。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的技术不能充分回收工业废气余热、烟气余热的问题，提供了一种相变储能器，其能充分回收工业废气余热、烟气余热，同时提供一种相变储能器的模拟测试系统，其能模拟不同情况的相变工况，能够满足工业及研究上对于风速风温的控制要求。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种相变储能器，包括箱体、相变储能单元；所述箱体上设有进风通孔、出风通孔；所述相变储能单元设置在箱体内部；所述相变储能单元包括若干个环形结构的储能体、若干个连通管；所述储能体的内部设置中空结构，并在中空结构中填充相变材料；所述若干个储能体之间相互套设，且设置有间隙结构，若干个储能体通过连通管相互连接并接通；所述相变储能单元设有灌料口、出料口；所述箱体的外部设有保温层，防止内部热量通过箱体与外部空气交换热量，从而导致能量的损失。

本发明将储能体设置成环形结构，能增大接触面，极大提高换热面积，且多个储能体相互套设，并设有间隙结构，风可以从间隙结构中通过，实现与储能体中的相变材料中的热量进行充分交换。通过在环形结构的储能体中填充相变材料，使其具有储能密度高的特点。

本发明设置连通管，有利于填充相变材料；所述的相变材料为相变温度在40至70℃的固液相变材料。通过一个灌料口或出料口便可实现多个储能体填充或更换相变材料。

优先地，所述储能体设置成圆环形结构，所述若干个圆环形结构的储能体的半径等值差设置；若干个圆环形结构的储能体构成同心圆环柱体结构。为了保证各个间隙的风均匀分布，本发明将若干个圆环形结构的储能体的半径等值差设置，实现等间距设置各个储能体，能保证不同的储能体之间风速相同，从而实现热量均衡交换。

进一步地，本发明为了能在各个储能体中均匀的填充相变材料，使相变储能单元最大化存储能量。所述连通管设置成十字结构，且设置连通管与圆环形结构的储能体的径向相互平行；设置有3个连通管，分别与储能体的两端、中部连接并接通。

在进一步地，所述灌料口、出料口均设置最外环的储能体，且设置灌料口、储能体的圆心、出料口在一条线上，有利于将相变材料的填充和更换。

优选地，还包括布风板；所述布风板设置成圆形结构，且其半径大于进风通孔的半径；所述布风板上均匀设置若干个通孔；所述通孔的半径小于进风通孔的半径，所述布风板设置在进风通孔与相变储能单元之间设置所述的进风通孔、布风板、相变储能单元、出风通孔在同一条线上，且设置圆环形结构的储能体的轴向与进风通孔、出风通孔两点连成一线的方向相同。

本发明所述的布风板的作用是使风从进风通孔进去相变储能器的箱体后，能可保证风场均匀性，使得整个相变储能单元各处的风场均匀分布，实现均衡交换热量。

优选地，还包括采集系统，所述采集系统包括感温探头、采集系统控制器；所述感温探头与采集系统控制器电性连接，所述在所述进风通孔的周边、出风通孔的周边各设置测温探头孔，将所述的感温探头设置在测温探头孔中对风进行测温。

本发明通过在进风通孔的周边、出风通孔的周边设置感温探头，能准确测量风输入或输出的温度。

本发明还提供了一种相变储能器的模拟测试系统，包括以上所述的相变储能器、无级调速风机、可调压热源；所述无级调速风机与可调压热源的输出端连接，所述可调压热源产生热量，并将无级调速风机传送过来的自然风通过对流换热和辐射换热获得热量，并通过可调压热源的输出端经过相变储能器的进风通孔进入相变储能器。

本发明通过无级调速风机精准控制风速，并通过可调压热源产生热量，即通过调节无级调速风机和可调压热源，可精确控制风速风温，模拟不同情况的相变工况，可测试所需相变储能系统的储能性能。

优选地，所述的无级调速风机包括离心风机、无级调速开关；所述的无级调速开关与离心风机串联。

优选地，所述可调压热源包括热源箱体、多个发热管、自偶调压器；所述热源箱体的一侧面设有进风口、与进风口相对的一侧面设有出风口；所述多个发热管设置在热源箱体的内部；所述多个发热管并联在自偶调压器上，避免多个发热管相互影响，且保证每个发热管的发热功率相同。

进一步地，所述发热管包括连接主体、若干个成板状结构的连接片；所述连接片的一侧与连接主体连接；所述若干个连接片以连接主体为中心呈发射状结构设置，所述圆柱形的连接主体的轴向方向与进风口、出风口两点形成的方向相同。这样设置的作用主要是增加与空气的接触面积，使无级调速风机传送进来的风，能快速、均匀的加热并传送到相变储能器中。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所述的相变储能器及其模拟测试系统，相变储能器的储能体内部填充相变材料，风道和储能体呈同心圆环柱体结构，极大提高换热面积，三根连通管可提高其中相变材料融化时的流通性，提高对流换热系数；布风板可保证风场均匀性，能够均匀地布置热风场，提高换热面积以及换热效率，本发明所述的相变储能器具有拆装简易清洁，不易泄露，储能密度高的优点；所述的模拟测试系统可根据实际需求精确提供所需进风的风速以及风温，在科研领域及工业测试领域有较好前景。

附图说明

图1是本实施例所述的相变储能器的结构示意图。

图2是图1中的相变储能单元的局部解刨图。

图3是图1中的布风板的结构示意图。

图4是本实施例所述的模拟测试系统的结构示意图。

图5是本实施例所述可调压热源的结构示意图。

图中，1-箱体、2-出风通孔、3-进风通孔、4-相变储能单元、5-连通管、6-储能体、7-灌料口、8-出料口、9-布风板、10-热源箱体、11-进风口、12-连接片、13-连接主体、14-感温探头、15-自偶调压器、16-离心风机、17-无级调速开关、18-采集系统控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。

实施例1

如图1、图2所示，一种相变储能器，包括箱体1、相变储能单元4；所述箱体1上设有进风通孔3、出风通孔2；所述的进风通孔3设在箱体1的底部，所述出风通孔2设置在箱体1的顶部，实现风向从下往上吹；所述相变储能单元4设置在箱体1内部，箱体1内部设有若干个支撑架，用以支撑固定相变储能单元4；所述相变储能单元4包括若干个环形结构的储能体6、若干个连通管5；所述储能体6的内部设置中空结构，并在中空结构中填充相变材料；所述若干个储能体6之间相互套设，且设置有间隙结构，用作通风的风道，若干个储能体6通过连通管5相互连接并接通；所述相变储能单元4设有灌料口7、出料口8；所述箱体1的外部设有保温层，本实施例所示的保温层的材质采用玻璃棉，防止内部热量通过箱体1与外部空气交换热量，从而导致能量的损失。

本实施例将储能体6设置成环形结构，能增大接触面，极大提高换热面积，且多个储能体6相互套设，并设有间隙结构，风可以从间隙结构中通过，实现与储能体6中的相变材料中的热量进行充分交换。通过在环形结构的储能体6中填充相变材料，使其具有储能密度高的特点。

本实施例设置有连通管5，其有利于填充相变材料；所述的相变材料为相变温度在40至70℃的固液相变材料。通过一个灌料口7或出料口8便可实现多个储能体填充或更换相变材料。

如图2所示，本实施例所述储能体6设置成圆环形结构，所述若干个圆环形结构的储能体6的半径等值差设置；若干个圆环形结构的储能体6构成同心圆环柱体结构。为了保证各个间隙的风均匀分布，本实施例将若干个圆环形结构的储能体6的半径等值差设置，实现等间距设置各个储能体6，能保证不同的储能体之间风速相同，从而实现热量均衡交换。

本实施例为了能在各个储能体6中均匀的填充相变材料，使相变储能单元4最大化的存储相变材料。所述连通管5设置成十字结构，且设置连通管5与圆环形结构的储能体6的径向相互平行；设置有3个连通管5，分别与储能体6的两端、中部连接并接通。在灌相变材料时，相变材料通过连通管5灌入内层的其他储能体6中，实现填充并填满。

本实施例所述灌料口7、出料口8均设置最外环的储能体6，且设置灌料口7、储能体6的圆心、出料口8在一条线上，有利于将相变材料的填充和更换。

如图3所示，本实施例还包括布风板9；所述的布风板设置成圆形结构，设置布风板的半径大于进风通孔的半径；所述布风板9上均匀设置若干个通孔；所述通孔的半径小于进风通孔3的半径，本实施例在布风板9上设置12个通孔；所述布风板9设置在进风通孔3与相变储能单元4之间，设置所述的进风通孔3、布风板9、相变储能单元4、出风通孔2在同一条线上，且设置圆环形结构的储能体6的轴向与进风通孔3、出风通孔2两点连成一线的方向相同；本实施例所述的布风板9通过设置4根支撑脚固定在箱体底部。

当风从进风通孔进入到布风板时，其中部分风从布风板上的通孔穿过，另一部分从布风板的四周散开，从而使得风通过布风板后形成均匀的、稳定的风场；即所述的布风板9的作用是使风从进风通孔3进去相变储能器的箱体1后，能可保证风场均匀性，使得整个相变储能单元4各处的风场均匀分布，实现均衡交换热量。

本实施例还包括采集系统18，所述采集系统包括感温探头14、采集系统控制器18；所述感温探头14与采集系统控制器18电性连接，在所述进风通孔3的周边、出风通孔2的周边各设置测温探头孔，将所述的感温探头14设置在测温探头孔中对风进行测温；由于进风通孔3、出风通孔2处的温度最接近此时风的温度，因此通过在进风通孔3的周边、出风通孔2的周边设置感温探头14，能准确测量风输入或输出的温度。

基于以上的相变储能器，本实施例还提供了一种相变储能器的模拟测试系统，包括所述的相变储能器、无级调速风机、可调压热源；所述无级调速风机与可调压热源的输出端连接，所述可调压热源产生热量，并将无级调速风机传送过来的自然风通过对流换热和辐射换热获得热量，并通过可调压热源的输出端经过相变储能器的进风通孔进入相变储能器。

本实施例通过无级调速风机精准控制风速，并通过可调压热源产生热量，即通过调节无级调速风机和可调压热源，可精确控制风速风温，模拟不同情况的相变工况，可测试所需相变储能系统的储能性能。

本实施例所述的无级调速风机包括离心风机16、无级调速开关17；所述的无级调速开关17与离心风机16串联。

如图5所示，本实施例所述可调压热源包括热源箱体10、多个发热管、自偶调压器15；所述热源箱体10的一侧面设有进风口11、与进风口11相对的一侧面设有出风口；所述多个发热管设置在热源箱体10的内部；所述多个发热管并联在自偶调压器15上，避免多个发热管相互影响，且保证每个发热管的发热功率相同。

如图5所示，所述发热管包括连接主体13、若干个成板状结构的连接片12；所述连接片12的一侧与连接主体13连接；所述若干个连接片12以连接主体13为中心呈发射状结构设置，所述圆柱形的连接主体13的轴向方向与进风口11、出风口两点形成的方向相同。这样设置的作用主要是增加与空气的接触面积，使无级调速风机传送进来的风，能快速、均匀的加热并传送到相变储能器中。

本实施例通过所述的模拟测试系统中实现相变蓄热和相变放热两个相变过程：

如图4所示，所述的模拟测试系统，包括无级调速风机、可调压热源、相变储能器，系统整体呈现串联的连接方式，所述的无级调速风机可根据实际测试及科研需要，调整风机速率，精确产生所需的风速，并通过热源箱体10的进风口11导入到可调压热源中，所述的可调压热源设有自耦调压器15，若干个发热管，发热管固设置在热源箱体10中间，通过调整自耦调压器15可控制发热管的发热量，从无级调速风机产生的稳定风进入热源箱体10的内部，经对流换热和辐射换热获得热量，热源箱体10的出口端与相变储能器的箱体1的进风通孔3相连，经无级调速风机、可调压热源后出来的稳定风速风温的空气进入相变储能器；热风进入相变储能器后，经过相变储能单元下端的进风通孔设置的布风板，箱体内整体风场呈现布风均匀，然后热风通过相变储能单元中的间隙结构，风道与相变材料所在的圆环形结构的储能体呈同心圆环，极大提高换热面积；换热后的空气经箱体顶部的出风通孔排出。

本实施例在相变储能器的进风通孔、出风通孔均设有感温探头，当进风通孔、出风通孔处的感温探头所测得到的数据显示一致时，可视为相变储能测试过程完毕，此时关闭可调压热源，调整无级调速风机通冷风，经风道通入环境温度的自然冷风进入相变储能器中，进行相变放热测试过程，直至相变储能器出风通孔处的感温探头所测温度与进风通孔处的感温探头所测温度一致时，可视为相变放热测试过程完毕。

所述无级调速风机和可调压热源与串联使用，能够满足工业及研究上对于风速风温的控制要求，串联连接在所需的工业模拟测试系统上，通过无级调速开关、自偶调压器，可模拟不同的实际工况，提供所需的稳定风速和风温，在需要环境温度的冷风时可关闭可调压热源，调整无级调速风机，为工业或科学研究提供所需特定风速的环境温度冷风进行自然冷却或其他用途；

本实施例所述的相变储能器可串联连接在太阳能集热器、电厂锅炉系统等实际的应用中，储能材料选用相变材料，利用相变材料发生固液变化的潜热进行储热和放热，相变储能单元整体呈现同心圆环体，相变材料灌注在圆环形结构的储能体内，风道与其呈同心圆环体，在箱体的进风通孔处设置布风板提高进风均匀性，在太阳能丰富的白天储能热能，在夜晚可用所述无级调速风机通入自然温度冷风，用于工业干燥产业中，或者在工业锅炉及电厂的余热回收中收集余热，用于夜晚所需用水用气上；所述的相变储能器能够回收工业及生活中的中低温余热，或者在谷电时将多余的电热储存起来，起到节约能源和减少能耗的作用，具有结构简单、寿命长、换热效率高、易清洁等特点。有需要时可根据实际工业需要添加相变储能单元个数，满足实际所需的工业储能需求；所述相变储能器可根据实际需要，采用水或者其他材料为供热介质。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。