一种相变储能换热装置

1.本实用新型涉及相变储能换热设备技术领域，具体涉及一种相变储能换热装置。


背景技术：

2.随着现代化社会进程的加快，能源消耗持续高速增长，2014 年我国成为世界上第一大能源消费国。随着我国工业化持续推进，城镇化率不断提高，使得生产和生活用电不断增加，并且由于人们昼夜规律性的作息时间，使得电网电力供应出现
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峰谷负荷”现象，昼夜用电的巨大差异，导致电网供电效率低下，电力资源浪费严重。同时在城市的用电结构中，空调系统的电力负荷比例很大。现有一种冰蓄冷空调，能够在夜晚电网用电波谷时将水制成冰，利用冰的相变潜热进行冷量储存，在白天电网用电高峰时再将冰的冷量释放用于空调降温。这样冰蓄冷空调技术可解决能量供给和需求之间不匹配的问题，采用蓄冷空调技术实现电网负荷移峰填谷，不仅能充分利用电力资源，还可以降低制冷设备的容量和配电容量，提高能源利用率。
3.冰蓄冷空调通常采用蓄冷槽装置实现储冰蓄冷，故蓄冷槽又称为蓄冰槽，其结构通常包括一个容置体，容置体内腔中盛装有水作为蓄冷工质，容置体内还设置有换热结构实现换热。例如传统的内融冰冰盘管式蓄冰装置中，采用的内融冰式蓄冷槽，即为一密封保温箱体，箱体内设置盘管作为换热结构，盘管内流动设置有载冷剂，载冷剂通常为乙二醇溶液，管外为水。该换热结构的盘管同时作为给蓄冷槽内水供冷使其结冰的换热部件，也作为将冰的冷量向外输送至室内负荷端供冷的换热部件。在蓄冷时通过盘管外部管道上的切换开关控制，将盘管接入到电力端制冷系统中，被电力端制冷系统降温后的低温乙二醇溶液进入盘管 ,盘管外开始结冰蓄冷。在放冷时，将盘管接入到室内负荷端供能系统中，来自室内负荷端的高温乙二醇溶液流过盘管换热,盘管外的冰融解供冷。
4.冰蓄冷空调中，以水作为相变材料在相变蓄冷时常常会出现过冷现象，在产生过冷现象时水实际结晶温度低于理论结晶温度，这样会使得制冷系统的蒸发温度要求降低，提高制冷难度，降低制冷效率。为了解决该问题，部分现有技术中，采用了在水中添加成核剂的方式，依靠成核剂提供的固体颗粒介质弥散在水中形成晶核，使得在水在结晶温度时能够围绕晶核更快结冰，提高其结冰效率。同时成核剂自身导热系数通常高于冰及水，故还可以依靠成核剂提高传热效率，进而提高空调整体效率。
5.但现有技术中，水中添加成核剂后并无任何控制措施，其提高传热效率的效果有限，冰蓄冷空调仍然存在换热效率较低的问题。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够更好地提高换热结构和相变介质之间换热效率的相变储能换热装置。
7.为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：
8.一种相变储能换热装置，包括壳体，壳体内部具有蓄冷腔，蓄冷腔内装有蓄冷工
质，蓄冷工质为带有晶核的液态相变储能材料，晶核导热性大于液态相变储能材料，还包括用于和蓄冷工质交换热量的换热结构，换热结构设置于蓄冷腔内部或外部，其特征在于，晶核为具有磁性的长条形，还包括有电磁装置，蓄冷腔位于电磁装置磁场作用范围内且蓄冷腔内的磁场方向和所述换热结构相对设置。
9.这样，在本装置使用时，在换热结构和蓄冷工质交换热量，蓄冷工质冷却结晶过程中，可以先启动电磁装置，由于晶核为具有磁性的长条形，故在电磁装置作用下在液态相变储能材料中会形成长度方向指向磁场方向的排布。因为磁场方向和换热结构一致，故晶核形成指向换热结构方向排布，能够极大地提高蓄冷工质和换热结构之间的热量传递效率，实现了可控地提高装置换热效率的效果。
10.进一步地，所述液态相变储能材料为水。
11.这样，本装置应用于冰蓄冷空调，可以极大地提高冰蓄冷空调的换热效率。当然实施时，液态相变储能材料也可以为其他相变材料，本装置也可以应用于其他相变材料储热换热设备。
12.进一步地，所述晶核为负载有四氧化三铁的碳纳米管。
13.负载有四氧化三铁的碳纳米管是一种现有的磁性复合粉体材料，通常更多是作为具有还原效果的吸附剂用于污水处理或者医疗领域。本技术中将其用于液态相变储能材料的晶核，因为碳纳米管径向尺寸为纳米量级而轴向尺寸为微米量级，故微观角度下整体呈类似丝状的长条形，在电磁场作用下其轴线方向呈沿磁场方向定向排布后，能够更好地沿该方向传递热量。同时碳纳米管自身质量较轻，负载四氧化三铁后能够更好地以悬浮状态均匀地弥散在液态相变储能材料中，在液体相变储能材料结晶时起到晶核的作用效果。另外，碳纳米管作为晶核自身传热效率也非常高，能够更好地提高液态相变储能材料和换热结构之间的传热效率。
14.作为一种选择，壳体为外融冰式蓄冷槽，换热结构为连接到制冷系统的蒸发器盘管，蒸发器换热盘管位于外融冰式蓄冷槽内部。
15.外融冰式蓄冷槽为现有的外融冰式冰蓄冷空调构件，该空调系统也称为直接蒸发式蓄冷系统，其制冷系统的蒸发器盘管直接放入蓄冷槽内，冰冻结在蒸发器盘管上。同时蓄冷槽内的水通过供回水管道直接连接到供冷系统形成负荷端供冷循环管路。融冰过程中，冰由外向内融化，温度较高的冷冻水回水与冰直接接触，可以在较短的时间内制出大量的低温冷冻水，出水温度与要求的融冰时间长短有关。这种系统特别适合于短时间内要求冷量大、温度低的场所。
16.进一步地，蒸发器换热盘管位于外融冰式蓄冷槽内部下方位置，电磁装置设置于外融冰式蓄冷槽外部下方。
17.这样，换热结构位于蓄冷腔下方位置，可以避免蓄冷腔中水结冰融冰过程中体积胀大缩小对换热结构的影响，延长其使用寿命。电磁装置设置于外融冰式蓄冷槽外部下方可以提供更好地磁场指向效果。
18.作为另一种选择，壳体为内融冰式蓄冷槽，换热结构为能够切换连接到制冷系统或供冷系统的双功能换热盘管，双功能换热盘管内具有载冷剂，双功能换热盘管位于内融冰式蓄冷槽内部。
19.内融冰式蓄冷槽为现有内融冰式冰蓄冷空调构件。该内融冰式蓄冷槽中的换热盘
管同时作为制冷系统中给蓄冷槽内水供冷使其结冰的换热部件，也作为供冷系统中将冰的冷量向外输送至室内负荷端供冷的换热部件，依靠连接管道上的开关实现切换控制。这种结构方式换热结构比较简单，易于实施。
20.进一步地，载冷剂为乙二醇溶液。能够提供更好的换热效果。
21.进一步地，双功能换热盘管位于内融冰式蓄冷槽内部下方位置，电磁装置设置于内融冰式蓄冷槽外部下方。
22.这样，换热结构位于蓄冷腔下方位置，可以避免蓄冷腔中水结冰融冰过程中体积胀大缩小对换热结构的影响，延长其使用寿命。电磁装置设置于内融冰式蓄冷槽外部下方可以提供更好地磁场指向效果。
23.作为再一种选择，换热结构包括外接制冷系统的制冷换热盘管，以及外接供冷系统的供冷换热盘管，制冷换热盘管和供冷换热盘管分别设置于蓄冷腔内部上下两端，壳体上下两端各设置有一个电磁装置。
24.这样，为蓄冷腔结冰提供冷量的制冷系统以及为负荷端提供冷量的供冷系统各自采用一个换热盘管，互不干涉，能够更好地满足各自系统要求。壳体上下两端各自设置一个电磁装置，能够更好地保证蓄冷腔内部磁场的均匀性，提高晶核导热的均匀性。
25.作为再一种选择，壳体整体呈圆柱形，换热结构位于蓄冷腔内部上端或者下端，电磁装置包括围绕壳体缠绕设置的电磁线圈。
26.这样，能够方便在蓄冷腔中产生均匀稳定的内部磁场，能够更好地提高晶核导热的均匀性。
27.综上所述，本实用新型具有更好地提高换热结构和相变介质之间换热效率的效果。
附图说明
28.图1为本实用新型第一种具体实施结构。
29.图2为本实用新型第二种具体实施结构。
30.图3为本实用新型第三种具体实施结构。
31.图4为本实用新型第四种具体实施结构。
具体实施方式
32.下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
33.具体实施方式：本装置实施时基础结构如下（参见图1），包括壳体1，壳体1内部具有蓄冷腔2，蓄冷腔2内装有蓄冷工质，蓄冷工质为带有晶核的液态相变储能材料，晶核导热性大于液态相变储能材料，还包括用于和蓄冷工质交换热量的换热结构，换热结构设置于蓄冷腔内部或外部，其中，晶核为具有磁性的长条形，还包括有电磁装置3，蓄冷腔位于电磁装置3磁场作用范围内且蓄冷腔内的磁场方向和所述换热结构相对设置。
34.这样，在本装置使用时，在换热结构和蓄冷工质交换热量，蓄冷工质冷却结晶过程中，可以先启动电磁装置，由于晶核为具有磁性的长条形，故在电磁装置作用下在液态相变储能材料中会形成长度方向指向磁场方向的排布。因为磁场方向和换热结构一致，故晶核形成指向换热结构方向排布，能够极大地提高蓄冷工质和换热结构之间的热量传递效率，
实现了可控地提高装置换热效率的效果。
35.其中，所述液态相变储能材料为水。
36.这样，本装置应用于冰蓄冷空调，可以极大地提高冰蓄冷空调的换热效率。当然实施时，液态相变储能材料也可以为其他相变材料，本装置也可以应用于其他相变材料储热换热设备。
37.其中，所述晶核为负载有四氧化三铁的碳纳米管。
38.负载有四氧化三铁的碳纳米管是一种现有的磁性复合粉体材料，通常更多是作为具有还原效果的吸附剂用于污水处理或者医疗领域。本技术中将其用于液态相变储能材料的晶核，因为碳纳米管径向尺寸为纳米量级而轴向尺寸为微米量级，故微观角度下整体呈类似丝状的长条形，在电磁场作用下其轴线方向呈沿磁场方向定向排布后，能够更好地沿该方向传递热量。同时碳纳米管自身质量较轻，负载四氧化三铁后能够更好地以悬浮状态均匀地弥散在液态相变储能材料中，在液体相变储能材料结晶时起到晶核的作用效果。另外，碳纳米管作为晶核自身传热效率也非常高，能够更好地提高液态相变储能材料和换热结构之间的传热效率。
39.如图1所示，作为一种具体实施选择，壳体1为外融冰式蓄冷槽，换热结构为连接到制冷系统的蒸发器盘管4，蒸发器换热盘管4位于外融冰式蓄冷槽内部。
40.外融冰式蓄冷槽为现有的外融冰式冰蓄冷空调构件，该空调系统也称为直接蒸发式蓄冷系统，其制冷系统的蒸发器盘管直接放入蓄冷槽内，冰冻结在蒸发器盘管上。同时蓄冷槽内的水通过供回水管道直接连接到供冷系统形成负荷端供冷循环管路。融冰过程中，冰由外向内融化，温度较高的冷冻水回水与冰直接接触，可以在较短的时间内制出大量的低温冷冻水，出水温度与要求的融冰时间长短有关。这种系统特别适合于短时间内要求冷量大、温度低的场所。
41.其中，蒸发器换热盘管4位于外融冰式蓄冷槽内部下方位置，电磁装置3设置于外融冰式蓄冷槽外部下方。
42.这样，换热结构位于蓄冷腔下方位置，可以避免蓄冷腔中水结冰融冰过程中体积胀大缩小对换热结构的影响，延长其使用寿命。电磁装置设置于外融冰式蓄冷槽外部下方可以提供更好地磁场指向效果。
43.如图2所示，作为另一种实施选择，壳体1为内融冰式蓄冷槽，换热结构为能够切换连接到制冷系统或供冷系统的双功能换热盘管5，双功能换热盘管5内具有载冷剂，双功能换热盘管位于内融冰式蓄冷槽内部。
44.内融冰式蓄冷槽为现有内融冰式冰蓄冷空调构件。该内融冰式蓄冷槽中的换热盘管同时作为制冷系统中给蓄冷槽内水供冷使其结冰的换热部件，也作为供冷系统中将冰的冷量向外输送至室内负荷端供冷的换热部件，依靠连接管道上的开关实现切换控制。这种结构方式换热结构比较简单，易于实施。
45.其中，载冷剂为乙二醇溶液。能够提供更好的换热效果。
46.其中，双功能换热盘管5位于内融冰式蓄冷槽内部下方位置，电磁装置3设置于内融冰式蓄冷槽外部下方。
47.这样，换热结构位于蓄冷腔下方位置，可以避免蓄冷腔中水结冰融冰过程中体积胀大缩小对换热结构的影响，延长其使用寿命。电磁装置设置于内融冰式蓄冷槽外部下方
可以提供更好地磁场指向效果。
48.如图3，作为再一种实施选择，换热结构包括外接制冷系统的制冷换热盘管6，以及外接供冷系统的供冷换热盘管7，制冷换热盘管6和供冷换热盘管7分别设置于蓄冷腔内部上下两端，壳体1上下两端各设置有一个电磁装置3。
49.这样，为蓄冷腔结冰提供冷量的制冷系统以及为负荷端提供冷量的供冷系统各自采用一个换热盘管，互不干涉，能够更好地满足各自系统要求。壳体上下两端各自设置一个电磁装置，能够更好地保证蓄冷腔内部磁场的均匀性，提高晶核导热的均匀性。
50.如图4，作为再一种实施选择，壳体1整体呈圆柱形，换热结构位于蓄冷腔内部上端或者下端，电磁装置3包括围绕壳体缠绕设置的电磁线圈。
51.这样，能够方便在蓄冷腔中产生均匀稳定的内部磁场，能够更好地提高晶核导热的均匀性。