潛熱儲存單元的制作方法
本發明涉及用于以較短的吸收和釋放時間回收潛熱的潛熱儲存單元。能量存儲基本上通過從液態到固態的相變和從固態到液態的相變實現。
背景技術：
潛熱存儲單元(冰存儲單元)通常由先被液體例如水充滿的容器組成。由管道或平板制成的換熱系統位于容器中。能量經過換熱器從變化成固態(冰)的流體(水)中吸收。固態(冰)形成于換熱器表面。潛熱存儲單元的效率的性質，首先，取決于存儲和釋放時間，第二，取決于變化為固態(形成冰)所需要的作用溫度。熱傳輸面積與能量的儲存量之比越大，能量被傳輸以及從一個相態到另一個相態的轉變過程就越快。這是由于熱量(q)等于熱阻(k)、傳熱面積(a)和溫差
在釋放過程中形成于換熱器表面的固態的層厚構成熱阻(k)的數量級的基準。
在換熱器和儲存流體之間的溫差
作為潛熱存儲單元的冰存儲單元可根據使用情況被分為兩組。第一組，用作長期儲存單元其儲存和釋放時間被執行為較長時間。第二組，短期儲存單元其吸收和釋放循環在24小時之內。
在第二組中，對于熱轉移通常使用兩種方式。管束換熱器或平板制成的換熱器被使用。
由管束構成的換熱器通常由具有16-25mm尺寸的塑料管制成。管被單獨的連接到分配和收集系統并以有序的或松散的狀態被引入存儲殼體。由管束構成的換熱器具有下述優點即它們可被便宜的材料制成。這種設計的缺點在于管的存儲密度。根據第二組生產短期存儲單元需要高的傳熱面積，在管束的換熱器中僅能通過管的高堆積密度的實現。高密度堆積會導致高的材料消耗。隨著材料使用的增加，換熱器的體積相對于冰存儲空間增大，這樣相對于殼體的容積來說減少了可能的冰的容積。
由平板構成的換熱器由多種材料制成。對于冰存儲單元，金屬平板常被使用。平板被分別連接到分配和收集系統并被引入存儲殼體在其中互相之間具有較小間隔。由平板構成的換熱器具有下述優點即通過它們可形成較大的傳熱面積。該結構的缺點在于，首先，材料成本，第二，換熱平板的厚度。
技術實現要素：
市場上可行的冰存儲系統具有如前所述的缺點：高材料消耗和/或換熱器的原理不適合短期存儲和釋放和/或具有較低的可用體積與冰存儲體積比。在以上缺點的基礎上，本發明的目的在于提供一種潛熱存儲單元，其不需要使用昂貴的材料，避免了較低的可用體積與存儲體積之比，且實現了較短的存儲和釋放時間。
這個目的通過本發明的權利要求的高性能的潛熱儲存單元的形成而滿足。
在本發明的發明目的下，鹵水流體經過換熱管，所述換熱管彼此之間密集間隔，形成集管器，且因此具有使得鹵水流體的熱傳輸阻力表現為減小的值的間隔和/或在表面方面的設計。
本發明進一步提供集管器的換熱管相對于臨近的集管器偏移換熱管之間距離的一半。
根據本發明的另一個方案是通過使換熱管具有≤6mm的直徑使得換熱管內的鹵水流體為層流模式，借此流動阻力表現為減小的值。
使換熱器由若干集管器構成已被證明是有利的，其中集管器被設置為形成平坦的表面以浸入潛熱介質，且其中集管器由塑料制成，例如聚丙烯。
根據本發明進一步解決的，換熱器的集管器包括兩個集合管且具有柔性的換熱管相對集合管垂直延伸，且換熱管在集合管處被布置為通過粘結結合，且集管器的換熱管的布置僅在一個方向，垂直或者水平，或布置方向交替進行或布置方向成組的交替。集管器的換熱管在外輪廓和/或內輪廓不是圓形已被證明是有利的，其中外輪廓為了高效的傳熱的目的可具有相對于圓形更大的表面。
根據本發明的一個方案是換熱管具有內輪廓和/或外輪廓，其分別為四邊形或成形為使得兩個或多個換熱管形成公用段且換熱管與鄰近的換熱管具有共同的隔斷壁，其中在兩個公用段之間設置縫隙且集合管被設置為圓形，四邊形或根據安裝條件具有被需求的形狀。且下述是進一步有利的，即在具有垂直布置的換熱管的集管器的集合管的中部區域設置斷流器且鹵水流體的流入在進入集管器的集合管的一側的左側和右側交替的發生。
本發明的方案為，當實現需求的冷卻能力時，換熱管的長度和有效橫截面以及換熱管與換熱管之間的空間和集管器的集合管的有效橫截面具有使得當鹵水流體經過截面時流體阻力不超過25kpa的值的尺寸。
本發明進一步解決的是冰存儲單元的外部尺寸對應于已知的卡車和海運的運輸容器的寬度(約2.129m)和高度(約2.057m)，且長度的尺寸根據容量無級地或逐級的實現。
附圖說明
本發明通過下述不同的實施例進行進一步的解釋，其中
圖1示出潛熱存儲單元和集管器9的橫截面，
圖2示出集管器9其中斷流器11被置于集合管5中，
圖3示出了集管器9其中多個換熱管4形成公用段14，
圖4示出圖3的aa截面。
具體實施方式
圖1示出具有功能元件的潛熱存儲單元的截面視圖。它們是實現固定功能的殼體1，減少存儲損失的絕緣層2，密封面3，適于潛熱存儲的介質填料6，和由一個或多個集管器9構成的換熱器。換熱器處于與潛熱介質6接觸的位置。換熱器被設置為使得潛熱介質6的固態的“橋”在能量回收的早期階段形成于彼此具有較小的間距的換熱管4。這個“橋”使得集管器9具有封閉的換熱板的性質。
集管器9具有與兩個集合管5流通的平行于彼此的薄換熱管4。在集合管5中具有針對每個換熱管4的流體開口。換熱管4在集合管5處被布置為通過粘結結合封住流體開口。端蓋7被附接于集合管5用于限制鹵水流體通過集管器9的流動。
若潛熱存儲單元被制造為可運輸的實施例，則如圖1所示的結構被使用。其使用卡車和海運中已知的運輸容器的寬度和高度是有利的。已知的運輸系統可被使用。長度的延長可根據容量無級地選擇或逐級的選擇。
若殼體1的安裝處為混凝土(現場)結構，則不同的潛熱存儲單元結構被使用。絕緣層2作為挨著殼體1的外層被使用，然后密封面3被布置。在已有的空間內，由集管器9形成的換熱器處于與潛熱介質6接觸的位置。
為了得到高的存儲效率，使用相對大的傳熱面積是有利的，這通過集管器9獲得。換熱管4應被布置為彼此具有較小的間隙。在潛熱存儲單元的吸收過程中冷卻的鹵水流體流過換熱管4且成冰過程發生于它們的外輪廓12(內輪廓13和/或外輪廓12示出于圖4)。冰存儲效率隨著冰厚度在外輪廓12的增加而減小。為了冰厚度的均勻，當相對于彼此定位集管器9時以換熱管4之間距離的一半進行偏移。在潛熱介質6中的集管器9的布置也影響冰的形成。根據潛熱存儲單元的設計，集管器9的換熱管4僅位于一個方向，垂直或水平。然而，布置的方向也可交替或成組的交替。
圖2示出集管器9，其中斷流器11已被設置于一個集合管5且兩個端蓋7設置于另一個集合管5。根據這個設計，鹵水流體以u型方式流過集合管。當僅一個具有集成的斷流器11的集合管5被使用時這樣的流動方式也會發生。換熱管4在這個集管器9內被布置為u型。
集管器9也可被設置為兩個集合管5平行布置在一個側邊且換熱管4以環形方式從一個集合管5返回到另一個達到集管器的長度。為了獲得高存儲效率，冰在換熱管4表面均勻的形成是重要的。在換熱管4，靠近鹵水流體的輸入管處相比靠近返回管處有更多的冰形成。對于具有垂直布置的換熱管4的集管器9且當在集合管5的中部區域設置斷流器11時，鹵水流體的流入會因此在進入集管器9的集合管5一側的左側和右側交替的發生。鹵水流體的這些流入的改變也可與具有不同配置的集管器9和水平位置的換熱管4一起使用。
集管器9的進一步的實施例示出于圖1。鹵水流體在一個方向從一個集合管5流到另一個。
在集管器9，換熱管4可被設置為具有矩形或其它形狀的內輪廓13和/或外輪廓12。
集管器9示出于圖3和圖4，其中換熱管4形成公用段14且縫隙8被配置于兩個臨近的公用段14之間。在截面圖中示出了兩個換熱管4如何形成了公用段14。換熱管4與其相鄰的換熱管4具有共同的隔斷壁10。公用段14可通過兩個或更多的換熱管4形成。由于物料消耗的原因和為了在能量回收時形成“橋”，縫隙8被提供于兩個公用段14之間。集合管5可以是圓形、四邊形的或根據安裝條件被設置為需求的形狀。
使得換熱管在它們的外輪廓12具有下述形狀即它們的表面具有較大的值是有利的。在這個較大的表面積的情況下能夠實現向潛熱介質6的較大的熱傳輸。
將內輪廓13和/或外輪廓12成形為例如四邊形，帶來理想的彎矩，借此換熱管4可被設置為互相平行且幾乎沒有或沒有其它輔助手段例如墊片。因此這需要較低的制造成本。
為了獲得好的能量效率使用直徑≤6mm的換熱管4。鹵水流體在換熱管4獲得的層流模式導致了具有較低值的流動阻力。此外，為了實現需求的冷卻能力和好的能量效率，換熱管4的有效斷面以及換熱管4之間的間隔和集管器9的集合管5的有效斷面必須采取使得當鹵水流體流經斷面時流體阻力不超過25kpa的尺寸。若由于層流和單獨的元件的尺寸獲得了較低的流體阻力，低流量的泵可被使用且其使用帶來了低的能量消耗。
附圖標記列表
1-殼體
2-絕緣層
3-密封面
4-換熱管
5-集合管
6-潛熱介質
7-端蓋
8-縫隙
9-集管器
10-隔斷壁
11-斷流器
12-外輪廓
13-內輪廓
14-公用段
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