相变材料热存储系统中的主动结晶控制技术方案

本发明专利技术涉及通过经历熔化/结晶循环来存储和释放热能的相变材料(PCM)。更具体地，描述了其中经由受控的热区域使过冷的相变材料(PCM)成核的热存储系统。

Active crystallization control in PCM thermal storage system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相变材料热存储系统中的主动结晶控制
本专利技术涉及通过经历熔化/结晶循环来存储和释放热能的相变材料(PCM)。
技术介绍
相变材料(PCM)通过经历熔化/结晶循环来存储和释放热能。关于PCM的一个问题是不一致的成核温度。成核——结晶过程的第一步——可能由于PCM过冷(保持在PCM的熔点以下但是没有结晶)而不发生，或者可能在不同的温度或在不同的时间或在不同的冷却速率等情况下自发发生。该问题已经解决并且通过在PCM容纳部内创建受控热区域来利用，这引起对引起一致、可预测和可选择的结晶的成核的控制。也可以通过添加籽晶来引发成核。例如，这可以通过经由机械装置即晶体滴管或类似的装置添加籽晶(即类似于将籽晶滴入过冷的溶液或液体中以引发本体中的结晶)；或者在一些材料结晶时具有一定区域来完成。可以使结晶材料与本体过冷的溶液/液体接触，并且然后不接触；或者从其中存在籽晶但是未与本体过冷的溶液或液体充分地直接接触的受限定的几何结构释放籽晶以直到释放的时刻才引起本体的结晶，即带有裂纹的材料，例如冲压的金属板/盘可能具有的。例如，这些裂纹可以是微观裂纹，其中籽晶可以处于在它们的正常熔点以上，并且当它们被激活例如被弯曲时，然后裂纹打开并且释放籽晶从而引起本体溶液/液体的结晶。利用籽晶以引发结晶的方法主要可以应用在两种方法中：主动和被动。在主动方法中，(例如，通过电子信号、水流的存在、机械按钮、外部压力差)激活以下机构，在该机构中将籽晶释放或添加至本体溶液/液体中从而引起本体结晶。在物理实施方式中，该机构可以是例如晶体滴入机构，通过机械方式变形/弯曲或者当电/电场穿过其或施加电/电场时改变几何结构/形状的金属板/盘，或者可以打开以使结晶材料的样品与本体过冷的溶液/液体之间接触的阀，或者与阀相反的装置，可以将结晶材料的样品“浸入”过冷的溶液/液体中并且然后“不浸入”。例如，这可以在针/细杆等的端部上。在被动实施方式中，籽晶是在没有外部机构的情况下生成的，而是由本体材料的温度引发的，即当过冷溶液/液体下降至设定温度以下时，然后引发释放籽晶的过程。例如，这可以是浸没的金属板/盘例如双金属，并且根据需要在设定温度下弯曲并且然后释放引发本体结晶的籽晶。其效果是具有不能明显观察到过冷的效果的材料。相关的问题是被动地用于防止过冷的成核添加剂在整个热驱动“失活处理”中可能失去其成核特性。这样的一个示例是如果要求成核剂是特定的水合物，则该水合物可以熔化/脱水。因此，PCM容纳部内的主动受控的热区域也可以用于保持成核器的功能。在单个系统内使用多个相同或不同的方法可能会具有明显的益处例如由于从多个位置开始成核而提高的结晶速率。本专利技术的至少一个实施方式的目的是提供改进的相变材料，其中，经由受控的热区域使过冷的相变材料(PCM)成核。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种热存储系统，其中，经由受控的热区域使过冷的相变材料(PCM)成核。根据本专利技术的另一方面，提供了一种通过冷冲击的生成使过冷的PCM成核的系统。冷冲击可以被描述为过冷的PCM内的一个小区域，该小区域被充分地冷却以引发成核。根据本专利技术的另一方面，提供了一种使用PCM的方法，其中，PCM容置在容纳容器中并且在内部具有热交换器以允许热或冷(热能)传入/传出PCM。可以经由热电装置或者压缩蒸气循环装置或者热管或热交换管或者利用冷材料即干冰、液氮使与PCM热接触的区域冷却或者非常吸热蒸发的材料的快速膨胀来生成冷冲击。还描述了一种PCM系统，该PCM系统由于存在以热电方式或者通过压缩蒸气循环或者通过热管或通过热交换管维持的、始终主动地保持一些PCM结晶的冷点而因此在放电时不表现出过冷。还描述了一种PCM系统，该PCM系统在PCM接近其熔点时由于存在以热电方式或者通过压缩蒸气循环或者通过热管或通过热交换管维持的、主动地保持一些PCM结晶的冷点而因此在放电时不表现出过冷。还描述了一种系统，其中，PCM系统在PCM高于/接近成核剂的失活温度时由于存在以热电方式或者通过压缩蒸气循环或者通过热管或通过热交换管维持的、主动地使一些成核剂保持在其失活温度以下的冷点而因此在放电时不表现出过冷。还描述了一种系统，其中，热电装置由堆叠的一个或更多个热电装置组成，可选地在热电界面之间具有散热器，最终的冷面与散热器以及热隔离器形成冷集中器。还描述了一种系统，其中，热电装置的冷侧与PCM接触并且热电装置的热侧与周围环境、PCM热交换器或另一PCM存储系统热接触。还描述了一种系统，其中，热电装置的冷面具有冷集中器。还描述了一种系统，其中，热电装置或者压缩蒸汽循环装置或者热管或热交换管的热侧与周围环境、PCM热交换器或另一PCM存储器热接触。还描述了一种系统，其中，电存储器通过热电装置进行充电，然后相同的热电装置利用相同的电存储器生成冷以在稍后的时间起作用。还描述了一种系统，其中，热电装置或者压缩蒸气循环装置由电存储器供电，其中，所述电存储器由本地电源(例如网络电力，12v/24v/48v车辆系统)进行充电。还描述了一种系统，其中，经由PWM或优选直接驱动来控制热电装置。还描述了一种系统，其中，在热电装置或者压缩蒸汽循环装置或者热管或热交换管中或者在热电装置或者压缩蒸汽循环装置或者热管或热交换管本地的温度传感器向例如电力电子设备提供信息反馈。附图说明现在将参照以下附图描述本专利技术，在附图中：图1是示出冷冲击设置的包括容纳容器内的PCM中的热交换器的热存储系统的表示，其中，散热部是PCM容纳系统的热交换器；图2是示出冷点设置的包括容纳容器内的PCM中的热交换器的热存储系统的表示，其中，散热部是容纳容器外部的通过周围环境的散热部；图3是示出使用冷点实现的效果的表示。可以看出，具有冷指的系统的冷却曲线(实线)在冷却期间经历了结晶，而不具有冷点的系统(虚线)则没有经历结晶，如由结晶平台的缺乏所表示的。这样的效果是具有冷点的系统具有非常优越的能量存储能力；图4是可以提供冷冲击的堆叠式热电装置设置的表示，其中，热电装置(TEG，A)、散热器(B)和隔离器(C)用作冷集中器；图5是利用冷冲击激活器使用过冷的PCM存储器的表示。PCM已经在没有结晶的情况下冷却至周围环境；PCM在该温度下保持一段时间；然后冷冲击被激活；结晶开始并且PCM升温；以及图6是其中单个热电装置(TEG，A)、散热器(B)和隔离器(C)用作冷集中器的冷点的表示。具体实施方式a.PCM热存储系统使用PCM的方法是将PCM容置在容纳容器中并且使得在内部具有热交换器以允许热或冷(热能)能够传入/传出PCM。图1是包括位于容纳容器12内的热交换器18的热存储系统10的表示。热交换器18浸入包含在容纳容器12内的PCM11中。热交换器18具有输入端14和输出端16。热交换器18用于将热传入和/或传出热存储系统。可以使用任意数目和类型的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热存储系统，其中，经由受控的热区域使过冷的相变材料(PCM)成核。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170601 GB 1708724.81.一种热存储系统，其中，经由受控的热区域使过冷的相变材料(PCM)成核。


2.根据权利要求1所述的热存储系统，其中，所述受控的热区域是冷冲击并且所述冷冲击引发所述PCM的成核。


3.根据权利要求2所述的热存储系统，其中，经由蒸气压缩装置生成冷冲击并且所述冷冲击引发所述PCM的成核。


4.根据权利要求2所述的热存储系统，其中，经由热电装置生成冷冲击并且所述冷冲击引发所述PCM的成核。


5.根据权利要求2所述的热存储系统，其中，经由热交换管生成冷冲击并且所述冷冲击引发所述PCM的成核。


6.根据权利要求1所述的热存储系统，其中，所述受控的热区域是冷点并且所述冷点提供用于晶体生长的区域。


7.根据权利要求6所述的热存储系统，其中，所述受控的热区域是始终主动地保持一些PCM结晶的冷点。


8.根据权利要求7所述的热存储系统，其中，所述受控的热区域是始终主动地保持一些PCM结晶并且通过热电装置维持的冷点。


9.根据权利要求7所述的热存储系统，其中，所述受控的热区域是始终主动地保持一些PCM结晶并且通过蒸气压缩装置维持的冷点。


10.根据权利要求7所述的热存储系统，其中，所述受控的热区域是始终主动地保持一些PCM结晶并且通过热管维持的冷点。


11.根据权利要求7所述的热存储系统，其中，所述受控的热区域是始终主动地保持一些PCM结晶并且通过到比所述PCM低的温度的区域的热传导路径维持的冷点。


12.根据任一前述权利要求所述的热存储系统，其中，当所述PCM接近其熔点时，由于存在主动地保持一些PCM结晶的所维持的冷点，因此PCM系统在放电时不表现出过冷。


13.根据任一前述权利要求所述的热存储系统，其中，当所述PCM高于/接近成一些核剂的失活温度时，由于存在主动地使所述一些成核剂保持在其失活温度以下的所维持的冷点，因此PCM系统在放电时不表现出过冷。


14.根据任一前述权利要求所述的热存储系统，其中，所述热电装置由堆叠的一个或更多个热电装置组成，可选地在热电界面之间具有散热器，最终的冷面与散热器以及热隔离器形成冷集中器。


15.根据权利要求14所述的热存储系统，其中，所述冷面与所述PCM接触并且热面与以下中的任一个热接触：周围环境、PCM热交换器或另一PCM存储系统。


16.根据权利要求14和15中任一项所述的热存储系统，其中，冷面具有冷集中器。


17.根据权利要求14至16中任一项所述的热存储系统，其中，所述热电装置或蒸汽压缩装置的热侧与以下中的任一个热接触：周围环境、PCM热交换器或另一PCM存储器。


18.根据任一前述权利要求所述的热存储系统，其中，电存储器通过所述热电装置进行充电；然后，相同的热电装置利用相同的电存储器生成冷以在稍后的时间如在前述权利要求中那样起作用。

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·约翰·比塞尔，毛里齐奥·萨利奥，大卫·奥利弗，桑托克·辛格·加塔奥拉，
申请(专利权)人：松耐普有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB