[发明专利]一种高效相变储能封装体

说明书

本发明公开了一种高效相变储能封装体，封装体整体外观为红细胞形态，并由外层的壳体及填充于内部的相变材料两部分组成。封装体为两面中间凹陷的圆饼状，中间凹陷，边缘为圆环状，厚度大于中间凹陷的厚度，封装体内填充相变储能材料。相比传统的球状或柱状封装体，其特殊的仿生学构造使得其比表面积较大，且内部传热热阻较小，从而使换热效率大幅提升；同时该构造也大幅度降低了其外表面传热流体的流动阻力。利用本发明提供的一种高效相变储能封装体制作的储能单元，能够进行高效的热能存储，并且结构简单，易于推广及使用。

技术领域

本发明涉及相变储能技术领域，尤其涉及一种高效相变储能封装体。

背景技术

在当今，清洁能源的开发与利用已成为全球关注的重点。然而，可再生能源，如风能，太阳能，潮汐能等新能源往往存在着间歇性与周期性的问题，这使得能源的需求与供应不能适时的匹配。储能系统能够在能量供应充足的情况下储存多余的能量，然后在能量供应不足的情况下释放出来，是一种有效解决上述能量供需不匹配问题的技术方案。目前常见的储能系统包括显热储能系统及潜热储能系统。其中，潜热储能系统主要利用相变材料的相变潜热进行能量存储，相比于显热蓄能系统，潜热(相变)储能系统具有蓄能密度高，蓄能与释能过程近似等温的优点。因而，该技术在太阳能热利用、工业余热回收、采暖及空调等节能领域中有着广泛的应用前景。

在相变储能系统中，堆积床式相变储能换热器是一种最为常见的储能装置。相变储能封装体是该装置的基本储能单元，它主要由外部的包覆壳体及填充于内部的相变材料组成。其中壳体主要起到传热及对相变材料进行隔绝的作用，而相变材料主要起到储能的作用。实际应用中，大量相变储能封装体单元(常见的有球形及柱形封装)堆积在保温性能良好的床体中便组成了一个堆积床式相变储能系统。在该系统中，传热流体流经各个单元及床体组成的孔隙中，并与封装体内部的相变材料进行换热。该装置的主要优点在于结构简单、储能密度高、经济性好。然而，由于球形或柱形封装体比表面积较小，因而单位体积的相变材料的换热面积往往较小，不利于换热的进行。为此，常见的解决方法是减小封装体的等效直径，从而使换热加强，但相应地，流动阻力会增加且储能密度也会下降。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种高效相变储能封装体。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种高效相变储能封装体。

研究发现人体血液中的红细胞是一种高效的氧气输运单元，同时红细胞结构本身就是一种封装结构：血红蛋白包覆于细胞膜中，其中细胞膜起到氧气传质的作用，而血红蛋白起到氧气存储的作用。红细胞的高效氧气输运能力主要得益于其特殊的结构形式：两面中间凹陷的圆饼状，中间凹陷较薄,边缘较厚的结构。经历了漫长的生物进化过程，这种结构一方面大幅度地提高了红细胞的比表面积，从而有效地提高氧气的存储与释放效率；另一方面，它的特殊结构也能尽量减小在血浆中的流动阻力，从而使得氧气输运的效率大幅提高。

本发明基于仿生学的原理，提出了一种红细胞形态的相变储能封装体，以用于堆积床式相变储能系统。同时，由于传热传质在原理上的相似性，这样的一种红细胞形态结构的封装形式也可以延伸应用于包含流动及传热/传质的应用中，如化学催化反应釜及一些污染物吸附器中。

为实现上述目的，本发明提供了一种高效相变储能封装体，经过大量的试验测试与模拟分析，确定了该封装体的最佳结构参数，使得该封装体相比于传统的球形或柱形封装体的比表面积大幅增加，而其流动阻力却被有效地降低。

在本发明的较佳实施方式中，一种高效相变储能封装体，封装体整体外观为红细胞形态，封装体主要由外层的壳体及填充于内部的相变材料两部分组成。

优选地，红细胞形态的封装体为两面中间凹的圆饼状，中心对称且轴对称，中间凹陷，边缘为圆环状，厚度大于中间凹陷的厚度。

优选地，封装体壳体的外表面光滑无棱角，以降低对外部流体的摩擦阻力。