[发明专利]一种利用水循环强化中低温石蜡相变蓄热的换热的系统

说明书

本发明公开了一种利用水循环强化中低温石蜡相变蓄热的换热的系统，包括蓄热容器及使水在蓄热容器中循环的水循环系统，所述蓄热容器上部装有石蜡相变材料，所述蓄热容器下部装有水，所述蓄热容器中间设有换热器；所述蓄热容器内部设有水分布器喷头，所述水循环系统中设有水循环泵、与所述蓄热容器下部连接的循环水入口及与所述蓄热容器上部连接的循环水出口。本发明所述系统为了提高石蜡相变蓄热系统换热效率，解决由于液态石蜡相变材料导热系数低和粘度大所带来换热效率低的问题，同时也可减少中低温石蜡相变蓄热系统中的换热器的复杂程度，降低换热器的制造成本。

技术领域

本发明涉及一种中低温石蜡相变蓄热的换热的系统，尤其是一种利用水循环强化中低温石蜡相变蓄热的换热的系统。

背景技术

能源是现代社会赖以生存和发展的基础，能源互联网作为推动我国能源革命的重要战略支撑，对适应可再生能源规模化发展、提升能源开发利用效率、推动能源市场开放和产业升级、提升能源国际合作水平等具有重要意义。

发展以分布式和可再生能源互联互通为本质的能源互联网将是大势所趋，而储能技术正好为能源互联网提供了一种行之有效的实施手段。储能在需求响应、辅助服务、售电侧等环节都将有广阔的应用前景。能源互联网在现有的配电网基础上，通过先进的电力、电子和信息技术，融合了大量分布式可再生能源发电装置和分布式储能装置，从而实现能量和信息流互联互通，降低成本。储能系统应用于传统能源系统中可以改变能源的生产、输送、使用同步完成的模式，将解决产能和用能在时间上和空间上不匹配的问题。在储能技术商业化应用方面，有关相变蓄热材料与系统的研发正在成为其中不可忽视的分支。

由于常用的石蜡相变材料低廉易得，密度约0.9g/cm³，相变焓约150～270KJ/Kg，位体积蓄能密度较高，被运用于中低温(30～80℃)相变蓄热领域中。但在无机械扰动情况下，由于液态石蜡相变材料的粘度较高，单纯自然对流换热效率比较低，严重影响了蓄热的效率，使蓄热时间过长；同时由于固态石蜡相变材料的导热系数较低，石蜡相变材料在固态时，容易粘附在换热器上，导致换热热阻大大提高，影响了释热效率，降低了用户端热的品位。

目前大量工作的思路是增大换热面积，完善蓄热容器换热均匀性，如采用波纹管，增加翅片或肋板等。如专利CN204901909U公开的一种室内相变蓄热供暖系统，相变蓄热器采用的内环肋式翅片换热管，强化蓄热过程的热量传递。但是单纯增大换热面积，提高蓄热容器换热均匀性势必要增加蓄热容器复杂性，提高制造成本，也减少相变蓄热材料的装填量。

有一部分思路是通过加入高导热的材料，如石墨、金属纤维、泡沫金属等增加固体相变材料的导热系数，以此降低换热热阻，提高换热效率。专利CN1927985公开添加导电高分子材料和超细铝粉来提高了石蜡基材的导热系数，结合翅片管式管壳换热器提高换热效率；专利CN106284830A则石蜡复合泡沫铝来增强集装箱屋的相变材料储热与放热功能，同时防止石蜡材料熔融后泄露。但是引入高导热材料会因材料密度与相变材料密度的差异，而导致分相，特别是经过多次蓄释热循环，换热效率将大大下降。

还有一部分思路是通过把石蜡基材进行微胶囊化，从而有效地解决石蜡相变材料的换热效率低的问题。如专利CN101982231A公开了聚芳酰胺核壳石蜡相变微胶囊的制备方法，产物微胶囊之间无粘连，成单分散状态；专利CN102127395A公开了一种石蜡相变储能材料及其制备方法，以石蜡为芯村，高密度聚乙烯为支撑材料，采用熔融法制备微胶囊相变材料，然后采用薄膜包衣技术制备出毫米级胶囊相变材料。虽然以石蜡为基材微胶囊相变材料可以很好的解决蓄释热效率，但是其制备工艺比较复杂，不易控制，且生产成本较高，影响该类材料的大规模应用。

通过机械扰动强化传热比较常规的方法，但是固-液相变蓄热材料的相变特点，使传统的搅拌器搅拌强化传热方式难于实现，如专利CN103913087A公开的一种减少相分离的无机相变蓄热装置，采用搅拌器搅拌减少无机相变材料的相分离，同时提高传热效率，但是在材料固态需蓄热时，搅拌器将无法运作。因此有必要对传统石蜡相变蓄热的强化换热方式进行进一步改进。