[发明专利]潜热储存单元

说明书

技术领域

本发明涉及用于以较短的吸收和释放时间回收潜热的潜热储存单元。能量存储基本上通过从液态到固态的相变和从固态到液态的相变实现。

背景技术

潜热存储单元(冰存储单元)通常由先被液体例如水充满的容器组成。由管道或平板制成的换热系统位于容器中。能量经过换热器从变化成固态(冰)的流体(水)中吸收。固态(冰)形成于换热器表面。潜热存储单元的效率的性质，首先，取决于存储和释放时间，第二，取决于变化为固态(形成冰)所需要的作用温度。热传输面积与能量的储存量之比越大，能量被传输以及从一个相态到另一个相态的转变过程就越快。这是由于热量(Q)等于热阻(k)、传热面积(A)和温差之积的物理关系。

在释放过程中形成于换热器表面的固态的层厚构成热阻(k)的数量级的基准。

在换热器和储存流体之间的温差要被限制以优化相变过程。在制冷侧的温度过低会增加冷却过程的能量消耗。

作为潜热存储单元的冰存储单元可根据使用情况被分为两组。第一组，用作长期储存单元其储存和释放时间被执行为较长时间。第二组，短期储存单元其吸收和释放循环在24小时之内。

在第二组中，对于热转移通常使用两种方式。管束换热器或平板制成的换热器被使用。

由管束构成的换热器通常由具有16-25mm尺寸的塑料管制成。管被单独的连接到分配和收集系统并以有序的或松散的状态被引入存储壳体。由管束构成的换热器具有下述优点即它们可被便宜的材料制成。这种设计的缺点在于管的存储密度。根据第二组生产短期存储单元需要高的传热面积，在管束的换热器中仅能通过管的高堆积密度的实现。高密度堆积会导致高的材料消耗。随着材料使用的增加，换热器的体积相对于冰存储空间增大，这样相对于壳体的容积来说减少了可能的冰的容积。

由平板构成的换热器由多种材料制成。对于冰存储单元，金属平板常被使用。平板被分别连接到分配和收集系统并被引入存储壳体在其中互相之间具有较小间隔。由平板构成的换热器具有下述优点即通过它们可形成较大的传热面积。该结构的缺点在于，首先，材料成本，第二，换热平板的厚度。

发明内容

市场上可行的冰存储系统具有如前所述的缺点：高材料消耗和/或换热器的原理不适合短期存储和释放和/或具有较低的可用体积与冰存储体积比。在以上缺点的基础上，本发明的目的在于提供一种潜热存储单元，其不需要使用昂贵的材料，避免了较低的可用体积与存储体积之比，且实现了较短的存储和释放时间。

这个目的通过本发明的权利要求的高性能的潜热储存单元的形成而满足。

在本发明的发明目的下，卤水流体经过换热管，所述换热管彼此之间密集间隔，形成集管器，且因此具有使得卤水流体的热传输阻力表现为减小的值的间隔和/或在表面方面的设计。

本发明进一步提供集管器的换热管相对于临近的集管器偏移换热管之间距离的一半。

根据本发明的另一个方案是通过使换热管具有≤6mm的直径使得换热管内的卤水流体为层流模式，借此流动阻力表现为减小的值。

使换热器由若干集管器构成已被证明是有利的，其中集管器被设置为形成平坦的表面以浸入潜热介质，且其中集管器由塑料制成，例如聚丙烯。

根据本发明进一步解决的，换热器的集管器包括两个集合管且具有柔性的换热管相对集合管垂直延伸，且换热管在集合管处被布置为通过粘结结合，且集管器的换热管的布置仅在一个方向，垂直或者水平，或布置方向交替进行或布置方向成组的交替。集管器的换热管在外轮廓和/或内轮廓不是圆形已被证明是有利的，其中外轮廓为了高效的传热的目的可具有相对于圆形更大的表面。

根据本发明的一个方案是换热管具有内轮廓和/或外轮廓，其分别为四边形或成形为使得两个或多个换热管形成公用段且换热管与邻近的换热管具有共同的隔断壁，其中在两个公用段之间设置缝隙且集合管被设置为圆形，四边形或根据安装条件具有被需求的形状。且下述是进一步有利的，即在具有垂直布置的换热管的集管器的集合管的中部区域设置断流器且卤水流体的流入在进入集管器的集合管的一侧的左侧和右侧交替的发生。

本发明的方案为，当实现需求的冷却能力时，换热管的长度和有效横截面以及换热管与换热管之间的空间和集管器的集合管的有效横截面具有使得当卤水流体经过截面时流体阻力不超过25kPa的值的尺寸。

本发明进一步解决的是冰存储单元的外部尺寸对应于已知的卡车和海运的运输容器的宽度(约2.129m)和高度(约2.057m)，且长度的尺寸根据容量无级地或逐级的实现。

附图说明