[发明专利]一种具有高相变容积比的快速相变储能装置

说明书

技术领域

本发明涉及节能技术中冷能或者热能储存的技术领域。更具体地，涉 及一种具有高相变容积比的快速相变储能装置。

背景技术

随着全球人类能耗水平持续增加，对在一定条件下存储冷能或者热能以 提高能源利用水平的需求也不断增加。而现在有的储能装置采用球形体封装 相变物质的结构，由于球形体是具有最小表面积的几何形体，以致相变物质 存在换热面积小、球体的有效相变体容积占比偏低的情况，以致总体参与相 变物质的容积占比不偏少，储能容积密度偏低，而表面积小也导致实现完全 相变储能的换热面不足，储能时间长，而致使储能装置效率低、储能装置性 价比偏高的缺陷，抵消了实际的储能效率。为了提高储能效率，美国杜邦公 司采用在球形相变体中加入诱发晶核的方法，以诱发相变物质加快相变。国 内某大学提出在球形体内增加导热棒以促进热量从球体表面到内部的传导。 但以上改进均未能改变封装相变材料的几何外形，从而未能根本解决增加换 热表面积和提高相变体容积占比的问题。

因此，需要提供一种具有高相变容积比的快速相变储能装置。

发明内容

本发明的目的在于是提供一种具有高相变容积比的快速相变储能装 置。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种具有高相变体容积比的快速相变储能装置，包括外箱体和三棱柱体 组；

外箱体的两端开口，且内部中空；三棱柱体组设置于外箱体的内部空腔 内；三棱柱体组与外箱体之间的间隙内填充有传导交换媒介；

三棱柱体组包括通过紧固件连接的呈蜂窝状排列的多个正三棱柱；

任意相邻的两个正三棱柱之间设有间隙；

每一个正三棱柱由Ⅰ型相变四面体和Ⅱ型相变四面体交替串接而成；

Ⅰ型相变四面体和Ⅱ型相变四面体的内部均中空，其内部空腔充装有可 相变材料。

优选地，在每一个所述正三棱柱内，任意相邻的所述Ⅰ型相变四面体与 所述Ⅱ型相变四面体之间设有间隙。

优选地，所述Ⅰ型相变四面体由一个等腰三角形面、两个直角三角形面 和一个等边三角形面围成。

优选地，所述Ⅱ型相变四面体由两个直角三角形面和两个等腰三角形面 围成。

优选地，所述等腰三角形面的腰长等于所述直角三角形面的斜边长；所 述直角三角形面的第二直角边的边长等于其斜边长的一半；所述直角三角形 面的第一直角边的边长和所述等边三角形面的边长均等于所述等腰三角形面 的底边长。

优选地，所述Ⅰ型相变四面体和/或所述Ⅱ型相变四面体的任意两个相邻 的三角形面通过冲压或焊接的方式固定连接。

优选地，所述传导交换媒介为流体。

优选地，当所述快速相变储能装置用于储存冷能时，所述Ⅰ型相变四面 体或所述Ⅱ型相变四面体的材质为耐低温的不锈钢、高分子材料或聚氟类材 料；当所述快速相变储能装置用于储存热能时，所述Ⅰ型相变四面体或所述 Ⅱ型相变四面体的材质为耐高温耐腐蚀的不锈钢、钛或钛合金。

优选地，当所述快速相变储能装置用于储存冷能时，所述Ⅰ型相变四面 体或所述Ⅱ型相变四面体的内部空腔充装的可相变材料为水、盐水、或者浓 度与其相变温度相匹配的乙二醇；当所述快速相变储能装置用于储存热能时， 所述Ⅰ型相变四面体或所述Ⅱ型相变四面体的内部空腔充装的可相变材料为 与其相变温度相匹配的熔盐材料。

优选地，所述外箱体的形状为圆柱形，其两端分别设置有入口和出口。

本发明的有益效果如下：

(1)与现有技术相比，在同等储能装置的容积内，所述快速相变储能装 置的相变四面体可充装更多的可相变材料，与球形体相比，相当于球形体的 1.31倍，即在外箱体容积相同、相变四面体的材质相同及其工作温度相同的 条件下，可多储存37.4％的冷能或热能；

(2)与现有技术相比，在等量相变物质材料情况下，所述快速相变储能 装置的相变四面体的表面积是同体积球形体表面积的1.96倍，即在同等相变 物质材料的体积下，可供冷(或热)量交换的面积增加96％；在材料相同、 体积容量相同和工作温度相同的条件下，实现相变储能的速率快一倍；

(3)与现有技术相比，所述快速相变储能装置的Ⅰ型相变四面体和Ⅱ型 相变四面体的形状简单、规整，便于加工。

附图说明