PL234838B1

PL234838B1 - Accumulator with phase-change bed

Info

Publication number: PL234838B1
Application number: PL422127A
Authority: PL
Inventors: Sławomir Pietrowicz; Przemysław Błasiak; Cezary Czajkowski; Andrzej Nowak; Józef Rak; Agnieszka Żuraw; Szymon Barylak
Original assignee: Globimix Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia; Politechnika Wroclawska
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2020-04-30
Also published as: PL422127A1

Abstract

Akumulator ze złożem zmiennofazowym znajdujący zastosowanie w akumulatorach ciepła pracujących dla instalacji o różnych zakresach temperaturowych od kriogenicznych po elektrownie solarne, utworzony z wyposażonej we wbudowany w nią dopływ i odpływ czynnika roboczego obudowy zabudowanej we wnętrzu lamelami (2), w których umiejscowione są komory wypełnione materiałem zmiennofazowym charakteryzuje się tym, że komory materiału zmiennofazowego znajdują się w pojemnikach, rozłącznie osadzonych w utworzonych dla nich w lamelach (2) gniazdach (3).A phase-change accumulator used in heat accumulators operating in installations with various temperature ranges, from cryogenic to solar power plants, made of a housing with a built-in inflow and outflow of the working medium, built inside with lamellas (2), in which chambers filled with material are located phase-change device is characterized by the fact that the phase-change material chambers are located in containers, detachably mounted in slots (3) created for them in the lamellas (2).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest akumulator ze złożem zmiennofazowym znajdujący zastosowanie w akumulatorach ciepła pracujących dla instalacji o różnych zakresach temperaturowych od kriogenicznych po elektrownie solarne.The subject of the invention is a phase change-over bed battery that is used in heat accumulators operating in installations with various temperature ranges, from cryogenic to solar power plants.

Z amerykańskiego patentu US4504402 znany jest materiał zmiennofazowy umieszczany w kapsułkach. Dzięki rozdrobnieniu PCM na mniejsze elementy uzyskano większe współczynniki wymiany ciepła pomiędzy czynnikiem zewnętrznym a PCM.From the US patent US4504402 a phase change material placed in capsules is known. Due to the fragmentation of PCM into smaller elements, higher heat transfer coefficients between the external factor and PCM were obtained.

Z kolejnego amerykańskiego patentu US8333903 znane jest zastosowanie różnych mieszanin PCM w systemach magazynowania energii.Another US patent US8333903 discloses the use of various PCM mixtures in energy storage systems.

Z jeszcze innego amerykańskiego patentu US4544028 znana jest konstrukcja akumulatora, która pozwala na jednoczesne ładowanie oraz rozładowywanie zbiornika podczas jego pracy.Yet another US patent US4544028 is known to design a battery that allows simultaneous charging and discharging of the tank during its operation.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO2016032024 znane są specjalne opakowania na materiały zmiennofazowe, dzięki którym skraca się czas krzepnięcia PCM w porównaniu ze standardowymi opakowaniami. Dodatkowo, opisywane rozwiązanie wydłuża użyteczność stosowanych materiałów.From the international patent application WO2016032024, special packages for phase change materials are known, thanks to which the solidification time of PCM is shortened compared to standard packages. Additionally, the described solution extends the usefulness of the materials used.

Z kolejnego międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO2012161718 znana jest chłodnia wyposażona w materiały PCM. W zależności od położenia materiałów PCM możliwe jest uzyskanie różnych temperatur wewnątrz chłodni.From the subsequent international patent application WO2012161718 a cold store equipped with PCM materials is known. Depending on the location of the PCM materials, it is possible to obtain different temperatures inside the cold room.

Z międzynarodowego opisu patentowego WO8900670 znane jest zastosowanie ściany sitowej w kształcie elipsoidalnych rur połączonych ze sobą i wypełnionych materiałami zmiennofazowym i.It is known from the international patent description WO8900670 to use a tube sheet in the shape of ellipsoidal tubes connected to each other and filled with phase change materials.

Z amerykańskiego opisu patentowego US5237832 znana jest instalacja chłodzenia oraz klimatyzacji wykorzystującej akumulatory PCM. W patencie przedstawiono rozwiązanie konstrukcyjne całego systemu. Instalacja wykorzystuje wszystkie dostępne technologie stosowane na statkach pływających na długie dystanse.From the US patent description US5237832 there is known a cooling and air conditioning system using PCM batteries. The patent presents a design solution for the entire system. The installation uses all available technologies used on long-distance vessels.

Z amerykańskiego opisu patentowego US5445213 znany jest system akumulatorów ze złożem PCM. System składa się z kilku akumulatorów połączonych ze sobą równolegle lub szeregowo. Dzięki modułowości możliwe jest zastosowanie złóż PCM o różnej temperaturze topnienia.From the US patent US5445213 a battery system with a PCM bed is known. The system consists of several batteries connected to each other in parallel or in series. Thanks to modularity, it is possible to use PCM beds with different melting points.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego EP2942591 znany jest układ do magazynowania i odzyskiwania energii cieplnej, przy użyciu materiału zmiennofazowego oraz materiału stałego. Wynalazek przedstawia różne propozycje konstrukcji takiego akumulatora. Zastosowanie różnych materiałów pozwala na zaprojektowanie stref temperaturowych.From the European patent application EP2942591 there is known a system for storing and recovering thermal energy, using a phase change material and a solid material. The invention presents various proposals for the construction of such an accumulator. The use of various materials allows the design of temperature zones.

W amerykańskim patencie US20060225863 ujawniono projekt wielostopniowego akumulatora PCM składającego się z wielu cienkich warstw znajdujących się w płaskich sztywnych i otwartych od góry pojemnikach.US patent US20060225863 discloses the design of a multi-stage PCM accumulator consisting of multiple thin layers contained in flat rigid and top-open containers.

Co do. zasady w większości znanych rozwiązaniach akumulator, którego złoże zmiennofazowe ulegnie wyczerpaniu, jest z instalacji w której pracuje wypinany, a w jego miejsce wstawiany jest akumulator nowy. Wymiana akumulatora wymusza przerwę ciągłości pracy instalacji, w którą akumulator jest wbudowany. Celem wynalazku jest rozwiązanie pozwalające na wyeliminowanie przerw w pracy związanych z wyczerpaniem się właściwości złoża akumulatora.About. the rules in most known solutions, the battery whose phase change-phase bed is depleted is disconnected from the installation in which it works, and a new battery is inserted in its place. Replacing the battery causes a break in the continuity of operation of the installation in which the battery is built-in. The object of the invention is a solution that allows to eliminate work interruptions related to the depletion of the properties of the accumulator bed.

Akumulator ze złożem zmiennofazowym utworzony z wyposażonej we wbudowany w nią dopływ i odpływ czynnika roboczego obudowy, zabudowanej w środku lametami, w których umiejscowione są komory wypełnione materiałem zmiennofazowym według wynalazku charakteryzuje się tym, iż komory materiału zmiennofazowego znajdują się w pojemnikach rozłącznie osadzonych w utworzonych dla nich w lamelach gniazdach.A battery with a phase change bed, made up of a housing with a built-in inflow and outflow of the working medium, built inside with lametes, in which chambers filled with the phase change material according to the invention are located, is characterized by the fact that the chambers of the phase change material are located in containers detachably embedded in the them in lamella sockets.

Korzystnie pojemniki mają postać zamkniętych od góry pokrywą tub.Preferably the containers are in the form of tubes closed at the top with a lid.

Korzystnie w lamelach wokół gniazd utworzone są wybrania.Preferably, recesses are formed around the seats in the lamellae.

Umiejscowienie w rozwiązaniu według wynalazku materiału zmiennofazowego w wymiennych pojemnikach pozwala na wymianę złoża zmiennofazowego podczas pracy akumulatora. Rozwiązanie według wynalazku: eliminuje występowanie przerw w czasie pracy układu potrzebnych na wymianę akumulatora .oraz pozwala na zastosowanie w jednym akumulatorze materiałów zmiennofazowych o różnych temperaturach zmiany- fazy, co powoduje podwyższenie sprawności działania akumulatora.The location of the phase change material in the replaceable containers in the solution according to the invention allows the phase change bed to be replaced during battery operation. Solution according to the invention: it eliminates the occurrence of interruptions in the operation of the system necessary for battery replacement and allows the use of phase change materials with different phase change temperatures in one battery, which increases the efficiency of the battery.

Przedmiot rozwiązania według wynalazku został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wnętrze akumulatora w widoku aksonometrycznym, fig. 2 akumulator w widoku aksonometrycznym, fig. 3 pojemnik częściowo w przekroju wzdłużnym w widoku aksonometrycznym a fig. 4 pojemnik w przekroju poprzecznym.The object of the solution according to the invention has been shown in the drawing, in which Fig. 1 shows the inside of the accumulator in an axonometric view, Fig. 2 shows the accumulator in an axonometric view, Fig. 3 shows the container partially in a longitudinal section in an axonometric view and in Fig. 4 the container in a cross-section.

PL 234 838 B1PL 234 838 B1

Akumulator w przykładzie wykonana według wynalazku zbudowany jest z prostopadłościennej obudowy 1, w której środku umiejscowione są, wypełniające w całości jej wnętrze, usytuowane równolegle do dna obudowy 1, jeden nad drugim, lamele 2. W lamele 2 wbudowane są gniazda 3, w postaci przechodzących przez .utworzone w lamelach 2 otwory, rurowych profili, o osi wzdłużnej prostopadłej do płaszczyzny lameli 2. W gniazda 3 wsunięte są wyjmowane z nich pojemniki 4 z materiałem zmiennofazowym. Pojemniki 4 mają postać tub w. przekroju poprzecznym co do zasady o dowolnym kształcie, na przykład kołowym, prostokątnym, eliptycznym czy różnoramiennej gwiazdy. Gniazda 3 w przekroju poprzecznym mają kształt tożsamy pojemnikom 4. We wnętrzu pojemników 4 umiejscowione są, rozciągnięte na całej ich wysokości żebra 5, służące do intensyfikacji wymiany ciepła między złożem a ściankami pojemnika 4. W jednej bocznej ściance obudowy 1, w dolnym narożu umiejscowiony jest dopływ 6 czynnika roboczego a w ściance jej naprzeciwległej, w narożu po przekątnej, umiejscowiony jest odpływ 7 czynnika roboczego. Odpływ 7 i dopływ 6 czynnika roboczego ma postać króćca przyłączeniowego. Pojemniki 4 wykonane są z materiału o wysokim współczynniku przewodzenia ciepła. Każdy z pojemników 4 od góry zamknięty jest wyposażoną w uchwyt pokrywą 4a. Lamele 2 mogą być w postaci płytek płaskich, łamanych albo falowanych. W lamelach 2 wokół gniazd 3 utworzone są wybrania 8, których celem jest poprawa zachodzących w akumulatorze procesów cieplno- przepływowych.The battery in the example made according to the invention consists of a rectangular casing 1, in the middle of which there are located lamellas 2, which fill the entire interior of the casing, one above the other, parallel to the bottom of the casing. through 2 holes created in the lamellas, of tubular profiles, with a longitudinal axis perpendicular to the plane of lamellas 2. In the nests 3 there are containers 4 with phase change material inserted from them. The containers 4 are in the form of tubes of generally any shape in cross-section, for example circular, rectangular, elliptical or star-shaped differently. Sockets 3, in cross-section, have the same shape as the containers 4. Inside the containers 4 there are ribs 5, extended along their entire height, to intensify the heat exchange between the bed and the walls of the container 4. In one side wall of the housing 1, in the lower corner there is inlet 6 of the working medium, and in its opposite wall, in the diagonal corner, there is an outflow 7 of the working medium. The outflow 7 and the inlet 6 of the working medium are in the form of a connection stub. The containers 4 are made of a material with a high thermal conductivity coefficient. Each of the containers 4 is closed at the top with a lid 4a fitted with a handle. The lamellas 2 may be in the form of flat, broken or wavy plates. In the lamellas 2 around the seats 3, recesses 8 are formed, the purpose of which is to improve the thermal and flow processes taking place in the accumulator.

Zastosowanie różnych kształtów pojemników ma na celu zapewnienie optymalnych parametrów wymiany ciepła. Możliwość wymiany pojemników akumulatora pozwala na uzyskiwanie większych mocy przy mniejszych wymiarach, a także przechowywanie naładowanych lub rozładowanych pojemników w miejscu oddalonym od instalacji, czy też stosowanie akumulatora tam, gdzie potrzebny jest tylko chłód lub ciepło oraz dostarczanie naładowanych pojemników od dostawcy zewnętrznego. Możliwość wymiany pojemników pozwala na ciągłą pracę akumulatora, a w konsekwencji pracę urządzeń współpracujących z akumulatorem bez niepotrzebnych przerw.The use of various shapes of containers is aimed at ensuring optimal heat transfer parameters. The possibility of replacing the battery containers allows you to obtain more power with smaller dimensions, as well as to store charged or discharged containers in a place away from the installation, or to use the battery where only cool or heat is needed and the delivery of charged containers from an external supplier. The possibility of replacing the containers allows for the continuous operation of the battery, and consequently the operation of devices cooperating with the battery without unnecessary interruptions.

Claims

Patent claims

1. Accumulator with a phase change bed consisting of a housing equipped with a built-in inflow and outflow of the working medium, with lamellas inside which are located chambers filled with the phase change material, characterized in that the chambers of the phase change material are located in containers (4) formed for them in the lamellas (2) slots (3).

The battery according to claim A method as claimed in claim 1, characterized in that the containers (4) are tubes closed at the top with a lid.

3. The battery according to claim A method according to claim 1, characterized in that recesses (8) are formed around the seats (3) in the lamellas (2).