多融點相變材料梯級蓄能方法
【專利摘要】本發(fā)明提出多融點相變材料組合蓄能用于熱量或冷量的存儲利用過程中，通過能量蓄積時進出口方位與釋放利用時進出口方位的互換實現(xiàn)多融點相變組合與載熱或載冷流體流向配合，達到能量梯級存儲的高效作用；其中，不同融點相變材料組合排列可有效實現(xiàn)其在不同溫度下融化和凝固過程中的熱量和冷量的充分存儲，以及在相反相變過程中的熱量和冷量的充分釋放利用，特別對于蓄能裝置中不斷傳熱而溫度變化的載流體具有良好的溫度蓄能利用適應性，達到提升蓄能利用效率。
【專利說明】多融點相變材料梯級蓄能方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于能源利用與蓄能、熱能工程及其余熱利用等相關領域，特別涉及多融點相變材料能量存儲及其梯級利用與效能提升方法。
【背景技術】
[0002]相變蓄能是利用相變材料PCM(Phase Change Material)融化和凝固過程來實現(xiàn)能量存儲與釋放的熱蓄能技術。近年來，PCM蓄能技術已在峰谷電熱利用、余熱回收、汽車動力系統(tǒng)熱量再利用等領域得到應用。但是，相關蓄能方式多圍繞單一融點相變材料蓄能，制約逐步變化不同溫位能量充分存儲利用。因此，采用多融點相變材料組合，達到不同溫位能量充分存儲將成為相變蓄能高效利用的重要途徑。
[0003]本發(fā)明提出多融點相變材料組合排列，利用載熱或載冷流體流向控制，實現(xiàn)熱量或冷量的高效梯級蓄能利用。其中，不同融點相變材料組合排列可有效實現(xiàn)其在不同溫度下融化和凝固過程中的熱量和冷量的充分存儲，以及在相反相變過程中的熱量和冷量的充分釋放利用，特別對于蓄能裝置中不斷傳熱而溫度變化的載流體具有良好的溫度蓄能利用適應性，達到提升蓄能利用效率。
[0004]在相變材料PCM熱蓄能中通常有熱量存儲利用和冷量存儲利用，不論熱量還是冷量的存儲利用中都分別包括兩個傳熱過程，即能量蓄積和能量釋放利用。在熱量存儲利用中，其能量蓄積由相變材料融化過程完成，能量釋放利用由相變材料凝固過程完成；在冷量存儲利用中，其過程恰恰相反，即能量蓄積由相變材料凝固過程完成，能量釋放利用由相變材料融化過程完成。為了進一步提高熱量或冷量高效存儲利用，采取多融點相變材料復合利用，并通過各融點PCM梯級組合實現(xiàn)蓄能利用高效化。
[0005]在國內(nèi)，相變蓄能技術在不斷進步中，且已有一些相關專利，如中國專利“帶有蓄熱裝置的內(nèi)燃機(01122812.1)”提到將相變蓄熱裝置利用于內(nèi)燃機冷卻系統(tǒng)余熱回收中，并作為冷啟動預熱熱源；“相變蓄能化霜式空調(diào)系統(tǒng)(200610043367.7)”專利中利用相變材料儲存空調(diào)系統(tǒng)余熱用于輔助化霜；“一種相變蓄能制熱裝置(201210003221.5)”專利中提到利用相變材料恒溫特性蓄熱實現(xiàn)供暖。
[0006]在國際上，相變材料蓄能相關工作，諸如國際專利“Heat Storage SystemUtilizing Phase Change Materials(W0007/79203A1)”、“Heat Storage By Phase ChangeMaterial (W02011/025487A1) ”；美國專利 “Two Material Phase Change Energy StorageSystem(US20090199998) '“Thermal energy storage apparatus using encapsulatedphase change material (US4807696)”中，均只涉及單一融點相變材料的平板式封裝、球形封裝和管束間隙充填的相變蓄能形式。
[0007]因此，尋求多融點相變材料的復合利用，實現(xiàn)融化和凝固過程中的熱量和冷量的充分存儲及利用已經(jīng)成為相變蓄能領域需要突破的關鍵技術。
[0008]本發(fā)明提出多融點相變材料組合排列，利用載熱或載冷流體流向控制，實現(xiàn)熱量或冷量的高效梯級蓄能利用。其中，不同融點相變材料組合排列可有效實現(xiàn)其在不同溫度下融化和凝固過程中的熱量和冷量的充分存儲，以及在相反相變過程中的熱量和冷量的充分釋放利用，特別對于蓄能裝置中不斷傳熱而溫度變化的載流體具有良好的溫度蓄能利用適應性，達到提升蓄能利用效率。以蓄熱利用為例，在蓄熱過程中利用相變材料融點逐級降低組合吸收溫度不斷降低的載熱流體熱量，達到充分相變蓄能的作用；在放熱過程中利用相變材料融點逐級升高組合適應不斷升高的被加熱流體溫度，達到提高被加熱流體溫度的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提出多融點相變材料組合蓄能用于熱量或冷量的存儲利用過程中，通過能量蓄積時進出口方位與釋放利用時進出口方位的互換實現(xiàn)多融點相變組合與載熱或載冷流體流向配合，達到能量梯級存儲的高效作用。其中，不同融點相變材料組合排列可有效實現(xiàn)其在不同溫度下融化和凝固過程中的熱量和冷量的充分存儲，以及在相反相變過程中的熱量和冷量的充分釋放利用，特別對于蓄能裝置中不斷傳熱而溫度變化的載流體具有良好的溫度蓄能利用適應性，達到提升蓄能利用效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1多融點相變材料梯級排列示意圖。其中實心箭頭表示流體流向經(jīng)過相變材料單元融點低-中-高方向(正向)，空心箭頭表示流體流向經(jīng)過相變材料單元融點高-中-低方向(反向)。
[0011]圖中各部件的編號和對應名稱如下:
[0012]圖1中:1-低融點相變材料單元、2-中融點相變材料單元、3-高融點相變材料單元、4-正向流向、5-反向流向。
【具體實施方式】
[0013]如附圖所示，在本實施例中，熱量存儲利用或冷量存儲利用中，采用流體正向流向4和反向流向5倒換方式，實現(xiàn)多融點相變材料復合蓄能利用流向倒置，并通過各融點PCM梯級排列組合實現(xiàn)蓄能利用高效化。
[0014]其中，在多融點相變材料梯級排列熱量存儲利用中，能量蓄積過程載熱流體沿反向流向5實現(xiàn)按3、2、1順序PCM組合融點降序方向流動,依次達到逐步降溫載熱流體充分融化不同融點PCM相變材料，實現(xiàn)不同溫位熱量的梯級充分存儲；能量釋放利用過程載熱流體沿正向流向4實現(xiàn)按1、2、3順序PCM組合融點升序方向流動，依次達到逐步升溫載熱流體充分凝固不同融點PCM相變材料,實現(xiàn)逐步高融點PCM凝固，達到相變材料充分凝固放熱和提高載熱流體出口溫位。
[0015]同時，在多融點相變材料梯級排列冷量存儲利用中，能量蓄積過程載冷流體沿正向流向4實現(xiàn)流體按1、2、3順序PCM組合融點升序方向流動，依次達到逐步升溫載冷流體充分凝固不同融點PCM相變材料，實現(xiàn)不同溫位冷量的梯級充分存儲；能量釋放利用過程載冷流體沿反向流向5實現(xiàn)流體按3、2、1順序PCM組合融點降序方向流動，依次達到逐步降溫載冷流體充分融化不同融點PCM相變材料，實現(xiàn)逐步低融點PCM融化，達到相變材料充分融化放冷和降低載冷流體出口溫位。
【權利要求】
1.多融點相變材料梯級蓄能方法，其特征在于采取多融點相變材料復合利用，并通過各融點PCM單元梯級順序排列組合實現(xiàn)蓄能利用高效化。
2.多融點相變材料梯級蓄能方法，其特征在于熱量存儲利用(或冷量存儲利用)中，采用流程方向倒換方式，即能量蓄積時進出口方位與能量釋放利用時進出口方位互換，實現(xiàn)多融點相變材料復合蓄能利用流向倒置。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的在熱量存儲利用中多融點相變材料梯級排列和流向倒換方式，其特征在于，能量蓄積過程載熱流體進出口方位實現(xiàn)流體按(3)、(2)、(1)順序PCM組合融點降序方向流動，依次達到逐步降溫載熱流體充分融化不同融點PCM相變材料，實現(xiàn)不同溫位熱量的梯級充分存儲；能量釋放利用過程載熱流體進出口方位實現(xiàn)流體按(I)、(2)、(3)順序PCM組合融點升序方向流動，依次達到逐步升溫載熱流體充分凝固不同融點PCM相變材料，實現(xiàn)逐步高融點PCM凝固，達到相變材料充分凝固放熱和提高載熱流體出口溫位。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的在冷量存儲利用中多融點相變材料梯級排列和流向倒換方式，其特征在于，能量蓄積過程載冷流體進出口方位實現(xiàn)流體按(1)、(2)、(3)順序PCM組合融點升序方向流動，依次達到逐步升溫載冷流體充分凝固不同融點PCM相變材料，實現(xiàn)不同溫位冷量的梯級充分存儲；能量釋放利用過程載冷流體進出口方位實現(xiàn)流體按(3)、(2)、( I)順序PCM組合融點降序方向流動，依次達到逐步降溫載冷流體充分融化不同融點PCM相變材料，實現(xiàn)逐步低融點PCM融化，達到相變材料充分融化放冷和降低載冷流體出口溫位。
【文檔編號】F28D20/02GK103868390SQ201410095866
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權日:2014年3月14日
【發(fā)明者】張?zhí)鞎r, 高青, 高淳, 王國華 申請人:吉林大學