[发明专利]基于结冰的蓄热装置

说明书

一种热交换装置，包括一第一导热管(1)，所述第一导热管在其长度上是中空的，一第二导热管(2)，所述第二导热管在其长度上是中空的，并且包括一导热翅片(3)，其中所述翅片(3)沿所述第一管(1)纵向延伸，所述翅片(3)沿所述第二管(2)纵向延伸，同时所述翅片(3)在所述第一管(1)和所述第二管(2)之间横向延伸。

本发明涉及热交换器技术领域，尤其涉及蓄热器，这种蓄热器通过诸如金属的导热材料在制冷剂和外部相变或基于冰的材料(例如0℃的水和冰的混合物)之间传递热量，其中所述导热材料分离制冷剂和相变材料。这类交换器的成本的两个重要参数是相对于储存的能量所使用的导热材料的量和制冷剂的量。

现有技术中已知有两种主要的相变蓄热器家族：

-管式蓄热器：这些蓄能器由多个管组成，这些管在其长度上是中空的并且彼此平行，每个管填充有加压制冷剂，加压制冷剂与基于冰的介质外部接触。这种管主要由导热材料制成，导热材料通常是金属，特别是钢、铝，以及较少用的铜。

一些管式蓄热器由塑料管制成。尽管塑料的热阻比金属的热阻大，但是塑料成本比金属低，因此可以通过增大交换表面来抵消塑性存在的这点不利因素。这些电池的一个变型由单个非常长的管组成，该非常长的管以螺旋形或线圈形式排列。

这些蓄热器的一个变型包括在管中循环二次制冷剂而不是制冷剂，所述二次制冷剂通常是乙二醇水。

-扁平蓄热器：这些蓄热器由多个扁平交换器组成，所述多个扁平交换器彼此平行。这些交换器又由2个薄的扁平金属板组成，这2个薄的扁平金属板通过其边缘密封连接并通过点焊焊接在一起，当从其最大的面上观察这些板时，所述薄的扁平金属板按规则间隔排列，呈矩阵分布(行和列)。在制造这些交换器的过程中，通过在高压下注入气态或液态流体产生内部空间，直到板永久变形，使板具有枕状外形，因此将它们命名为“枕板”。

每个交换器的内部空间填充有加压制冷剂，并且每个交换器的外表面与待冷却的介质接触，直到结冰。

这种枕板由导热材料制成的片材制成，所述导热材料通常是金属，特别是钢(通常是不锈钢)和铝。

一些扁平蓄热器由塑料制成，同样尽管塑料的热阻比金属的热阻大，但是塑料成本比金属低，因此可以通过增大交换表面来抵消塑性存在的这点不利因素。

这些蓄热器的一个变型包括在交换器中循环二次制冷剂而不是制冷剂，所述二次制冷剂通常是乙二醇水。

管式或扁平相变蓄热器的操作包括如下储存冷冻：

-通过蒸发包含在每个交换器内部容积中的制冷剂来产生冷冻，

-一开始：将冷冻运送通过交换器的材料，与液相变材料接触，

-然后：将冷冻运送通过交换器的材料和冰的厚度，与静液相变材料接触，

-通过将冰从冷冻中转移到材料处来固化与冰接触的静液相变材料。

所有热交换器共有的特征之一是制冷剂的蒸发温度随着冰厚度的增加而下降。实际上，随着时间的推移，冰厚度的增加导致热阻的增加，这阻止了制冷剂和静液相变材料之间的冷冻的流动。为了抵抗这种阻力，在恒定的热交换功率下，制冷剂随时间自然地降低其蒸发温度。

在现有技术中，相对于扁平或板式蓄热器，观察到管式蓄热器存在非常不同的行为，这使得能量方面存在很大的不同：

-管式蓄热器：通过制冷剂蒸发在交换器内产生的冷引起各向异性的冰形成，即，冰的生长与管同心或相对于管与其长度垂直或呈反射状。这种传导的各向异性特性导致制冷剂的蒸发温度随着时间的变化而下降，具有陡峭斜率，约每小时下降2℃。

-扁平电池：通过制冷剂蒸发在交换器内产生的冷导致冰形成，该冰与两个外表面垂直。该特性导致制冷剂的蒸发温度随时间的变化而下降，具有非常平缓的斜率，约为每小时下降0.3℃，或比管式蓄热器小约7倍。