用于冻结相变材料的换热系统及其方法

摘要

一种换热系统，包括：储罐，装在储罐中的相变材料(PCM)，装在储罐中的不混溶性液体层，位于不混溶性液体层内的换热器，以及位于换热器上方的分配器。不混溶性液体层的密度低于PCM的密度，并且不混溶性液体层位于PCM上方。分配器被配置为将多个PCM液滴引入到不混溶性液体层中以及换热器上方。

说明书

技术领域

本文公开的一个或多个实施例涉及用于在相变材料和冷却流体之间进行高效换热的系统和方法，以及用于储能系统的系统和方法。

背景技术

能量存储可在需求高峰时段缓解电网压力(例如，减少空调负荷)。热能存储系统是可商购的，但是它们由于静态特性而具有较差的传热速率。在冻结期间，阻热的冻结层会粘附到换热器表面，而在熔化期间，静态液体包围换热器。为了弥补低传热速率，使用大面积的换热器，这增加了系统的成本。市售的基于冰的储热系统通过使传热流体通过浸没在水浴中的一大堆管子来运行。通过这种设计，获得了简易性，却损失了效率、成本和能量密度。关于效率，直接在冷却盘管上冻结非流动水会增加传热热阻——使得需要较大的表面积用于传热。大量的管道(特别是铜制的管道)增加了系统的成本。在存储罐内部，管道所占据的体积不能被冰占据，进一步降低了整体热能存储密度。实际上，冻结非流动的相变材料(PCM)在整个热能存储领域中是很普遍的，该技术已用于石蜡质PCM和水合盐PCM。

除了静态冻结外，工业中还有许多其他常用的制冰技术，例如通过使水连续流过外表面以在该表面上冷冻成冰。一旦冻结了令人满意数量的材料，就将表面加热，从表面除去冰。但是通过重新加热材料以对其进行去除，不必要地浪费了能量。美国专利第8,720,211号公开了这种系统。

在其他常规系统中，将冰冻结在管状表面的内侧，并且使用机械刮刀连续地从表面刮下材料。但是刮取所需的能量非常大，并且机械除冰会导致系统磨损。

在其他常规系统中，将水放入开放的刚性容器中，并从顶部开始冷却。由于水从顶部向下冻结时产生压缩力，冰会从表面脱落。然后将容器倒置，冰掉出来，过程重新开始。其中的挑战包括传热限制以及不一致的自释放。

在其他常规系统中，通过使盐溶液与冷的轻质溶剂气泡直接接触来生产冰浆。这样的系统可能不会产生一致的冰浆，因为一定量的轻质溶剂可能会溶解在盐溶液中，从而改变水的冻结温度。美国专利申请公开第2016/0273819号公开了这样的系统。

发明内容

本文公开的一个或多个实施例涉及一种换热系统，该换热系统包括：储罐，装在该储罐中的相变材料(PCM)，装在该储罐中的不混溶性液体层，位于该不混溶性液体层内的换热器，以及位于该换热器上方的分配器。所述不混溶性液体层的密度低于所述PCM的密度，并且所述不混溶性液体层位于所述PCM上方。所述分配器被配置为将多个PCM液滴引入到所述不混溶性液体层中以及所述换热器上方。

本文公开的其他实施例涉及一种储能系统，该储能系统包括：储罐，装在该储罐中的相变材料(PCM)，装在该储罐中的不混溶性液体层，位于该不混溶性液体层内的换热器，以及位于该换热器上方的分配器。所述储能系统还包括换热器入口和换热器出口，其中所述换热器入口和所述换热器出口在蓄放期间在所述储能系统与一个或多个处理单元之间提供热连通。

本文公开的其他实施例涉及一种储能方法，该储能方法包括通过冻结液态PCM来使储能系统蓄积以及通过熔化冻结的PCM来使储能系统排放。所述储能方法防止冻结的PCM在蓄积期间在所述换热器上累积。

根据以下描述和所附权利要求，其他方面和优点将显而易见。

附图说明

图1是根据本文公开实施例的热能存储系统的图示。

图2A是根据本文公开实施例的翅片管式换热组件的图示。

图2B是根据本文公开实施例的盘管式换热组件的图示。

图2C是根据本文公开实施例的盘管式换热组件的图示。

图3是根据本文公开实施例的用于冻结PCM的换热方法的图示。

图4A是根据本文公开实施例的能量存储蓄积方法的图示。

图4B是根据本文公开实施例的能量存储排放方法的图示。

图5是根据本文公开实施例的能量存储排放方法的图示。

具体实施方式

本文公开了一种低成本并且可以提高大规模热能存储的传热效率和能量密度的换热系统及其方法。液态PCM可以在换热器表面上移动，而不是将非流动PCM直接冻结在冷却表面上。由于冻结的材料与换热器表面的粘附力弱，冻结的PCM可以在其形成时通过重力被连续地移除。通过选择换热器表面材料以及润滑的不混溶性流体，可以将换热表面设计为“疏冰性”的，从而限制PCM与换热器表面之间的粘附力。通过维持用于冻结的原始传热表面，换热器可以比传统的冷冻换热器小十倍。

在本文公开的一个或多个实施例中，换热器的表面可以涂覆有疏水性或疏冰性的聚合物材料。应用光滑的聚合物表面是提高基底材料的疏冰性的最简单选择。由于这样的涂层，表面处的疏水薄液层不能承受剪切应力，冻结的材料可以通过流动或诸如重力的其它力来移除。

本文中的一个或多个实施例公开了一种用于传热的系统。该系统可以包括储罐、换热器、传热流体、不混溶性流体、相变材料(PCM)以及液滴分配系统。该系统可以允许存储非高峰热能以用于高能量需求时段。在一个或多个实施例中，PCM可以是水或盐水。PCM还可以包括一种或多种冰成核剂，例如但不限于碘化银或丁香假单胞菌(或从中提取的灭活蛋白)。冰成核剂可以限制或防止PCM的过冷、滞后，从而产生可预测的PCM凝固点。PCM还可以包括一种或多种抗生物成分，以抵抗系统中生物的生长。在一个或多个实施例中，PCM可以是超过50％的水(例如超过75％、80％、85％、90％、95％、98％或99％的水)，其余为盐、酸或碱、蛋白质以及成核剂中的一种或多种。进一步，传热流体可以是基于乙二醇的流体、诸如R134a的蒸发制冷剂或其他制冷剂中的一种或多种。

在一个或多个实施例中，系统可以通过将PCM引到换热器上而以蓄积模式运行。可以使冷的传热流体穿过换热器，其将分布在换热器上的液态PCM液滴的热量传导出去，导致液滴在与换热器表面失去接触之前部分冻结。在排放模式下，换热器使热量从热的传热流体向冻结的PCM传导。在一个或多个实施例中，排放模式可以通过从储罐中泵送液态PCM至处理单元换热器并将加热后的液态PCM送回储罐(加热后的液态PCM与固态PCM接触的地方)，使用液态PCM来传导来自一个或多个处理单元的热量。

换热器的内表面与传热流体接触，该传热流体流动并与换热系统和储热系统外部的设备相互作用。换热器的外表面可以涂有疏水性或疏冰性材料，并且可以与不混溶性流体以及PCM液滴接触。不混溶性流体包围换热器，并且可以占据PCM未占据的体积。

在一个或多个实施例中，不混溶性流体的密度可以小于液态PCM和固态PCM的密度，并且固态PCM的密度可以小于液态PCM的密度。因此，当液态PCM、固态PCM和不混溶性流体在储罐中，它们可以形成分离且不同的层，其中液态PCM在底部，固态PCM在中间，不混溶性流体在顶部。这种分层可以允许液态PCM以液滴或材料包的形式穿过不混溶性流体。PCM液滴可以与换热器进行热接触，以使液态PCM和换热器中冷的传热流体之间交换热能。在蓄积期间，可以使用液滴分配系统使液态PCM在进入不混溶层之前分配为小液滴。

换热器可以完全位于不混溶性流体层内，而液滴分配系统可以位于换热器上方且位于不混溶性流体内，或者位于不混溶性流体上方。这样的位置可以允许液态PCM穿过不混溶性流体、与换热器接触、冻结并继续向液态PCM层行进。由于固态或冻结的PCM的密度大于不混溶性流体的密度且小于液态PCM的密度，固态PCM可以在液态PCM和不混溶性流体之间的界面处累积。

换热方法可以包括两种运行模式：蓄积和排放。在蓄积期间，从储罐的底部泵送液态PCM到液滴分配系统，大体积的材料在该液滴分配系统被分配成多个液滴，这些液滴分散并进入可以部分或完全浸没换热器的不混溶层。由于浮力和重力，液态PCM液滴下落并且可以接触换热器表面，该表面可由冷的传热流体进行冷却。液滴可以在与换热器表面接触时冻结，形成固态或冻结的材料(固态/冻结的PCM)并继续下落。部分或完全冻结的液滴从换热器落到液态PCM和不混溶性流体之间的界面处，并在该界面附近累积。通过从储罐底部泵送液态PCM，可以主动控制此界面的高度。在一个或多个实施例中，从储罐的底部泵取的液态PCM可以送到液滴分配，可以泵送至位于储罐外部的次级存储容器，或者两者皆可，或者可以直接泵送至处理单元或送至HVAC用于冷却。在一个或多个实施例中，在将液态PCM泵送到次级存储容器的情况下，可以从次级存储容器向液滴分配系统进料。

在排放期间，可以通过将次级存储容器的液态PCM泵送到储罐的底部使冻结的PCM与不混溶性流体之间的界面上升，从而使很大一部分冻结的PCM与换热器表面接触。同时，可以将不混溶性流体从储罐泵送到次级存储容器。可以停止冷的传热流体在换热器中的流动，并且可以送入热的传热流体穿过换热器。穿过换热器的热的传热流体可以熔化PCM，从而从热的传热流体中吸收热量。

此外，在一个或多个实施例中，在蓄积期间，液态PCM与不混溶性流体之间的界面可以在换热器下方，从而为冻结的PCM累积提供足够的间隙。在排放期间，该界面可允许显著数量的冻结PCM与换热器接触。

在一个或多个实施例中，在排放期间，不是通过将液态PCM泵入储罐的底部使冻结的PCM与换热器的表面接触，而是液态PCM和不混溶性流体之间的界面高度可能会波动，但保持相对稳定。在这样的实施例中，液态PCM可以继续送至分配系统，并且越过换热器的表面并与固态PCM接触。由于储罐中的液态PCM是冷的(在凝固点处或接近凝固点)，可能足以冷却热的传热流体，从而对PCM进行加热。随着加热后的PCM继续落入储罐中，该PCM可以接触冻结的PCM，并使冻结的PCM熔化。在任一种方法中，很大一部分冷能存储可以包含在冻结的PCM内。

在一个或多个实施例中，在排放期间，可以将液态PCM直接送至外部换热器或处理单元，例如但不限于贯穿建筑物的冷却水管。由于液态PCM冷却处理单元，该液体变热并返回到液滴分配系统，越过换热器的表面并与固态PCM接触。在这种排放模式期间，换热器可以包含也可以不包含在内部循环的传热流体。随着加热后的PCM继续落入储罐中，该PCM可以接触冻结的PCM，并使冻结的PCM至少部分熔化。在这种排放模式期间，很大一部分冷能存储可以包含在冻结的PCM内。

参照图1，示出了热能存储系统的实施例。一级储罐109可以是隔热的，以防止热损失。一级储罐109可以包含带有翅片104的换热器106、PCM 101、不混溶性流体层102以及PCM液滴分配系统103。PCM 101可以液体、固体或液体和固体的混合物的形式存在。对于热能存储系统，PCM 101的液体密度可以大于固态PCM的密度。不混溶性液体层102可以位于PCM层101的上方，并形成将PCM层101和不混溶层102分开的界面105。可以对不混溶层102进行选择，使得PCM层102和不混溶层102不发生混合，并且不混溶层102的密度可以低于液态PCM和固体PCM两者。

带翅片104的换热器106可以完全位于换热器所在的不混溶层102内。板之间的间距或间隔可以是预测的PCM液滴直径的约1.5至2.5倍，这样可以防止堵塞。这样的间距可对应于0.25英寸和1英寸之间的距离。可以对板角进行选择，使得PCM液滴接触换热表面而不在表面上积聚。接近垂直的角度可能导致几乎没有接触以及不良传热，接近水平的角度可能会导致形成大的冰片。因此，与水平面成10至90度之间的板角(例如与水平面成20至70度，或与水平面成20至50度)提供足够的冻结潜能，同时允许液滴不受阻碍地穿过不混溶层102并进入界面105。在一个或多个实施例中，板角的下限可以是10度、20度、30度、40度、50度或60度中的任何一个，上限可以是40度、50度、60度、70度、80度、85度或90度中的任何一个，其中任何下限可以与任何上限结合使用。

换热器106可在不混溶层102内具有多个通道。例如，换热器可以在储罐内有1个通道(直线)到100个通道或更多。此外，板的长度可以是6英寸至3英尺，例如8英寸至18英寸，或者例如10英寸至12英寸。此外，板可以是中空的，从而提供换热流体穿过板行进的流路。

如图所示，换热器106示为管翅式换热器，但是，也可以使用其他的换热器类型，例如盘管式换热器和枕板式换热器。例如，可以使用多个盘管，而不是管翅式换热器。在这样的实施例中，多个盘管可以在不混溶层内排成一排，其中2到20层之间的盘管彼此叠置。每层可进一步包括5至50个盘管。可以对盘管进行布置，使得当液态PCM液滴接触顶部的盘管时，液滴可以部分冻结并落在下层盘管上。该过程可以在盘管的每一层重复，直到PCM部分或完全冻结，并且冻结的PCM离开换热器盘管周围的区域并在液态PCM和不可混溶层之间的界面处累积。此外，盘管中的每一层可与相邻层偏离，以在液滴穿过换热器时增加PCM液滴接触每一层中的至少一个盘管的可能性。在一个或多个实施例中，盘管可以相对彼此偏移10％至90％，例如偏移25％、33％或50％。每一层内的盘管也应间隔足够近，使得下层中的至少一个盘管至少部分地位于其上层中的至少一个盘管下方(或与其上层中的至少一个盘管重叠)。

相对于具有多个通道的一个换热器，其他实施例可以包括多个换热器。这样的实施例可以允许换热器内有更高效的传热或更低的压降。换热器106可具有作为液体、蒸气、气体、蒸发流体、冷凝流体、超临界流体、淤浆、或其组合流经该换热器的传热流体。流经换热器106的传热流体可以与一些外部设备(例如热泵、一种或多种处理设备、一种或多种外部换热、结构内的冷却管或HVAC系统)或过程相互作用，以在高能量需求时段实现冷却。在正常运行期间，传热流体和/或液态PCM可以是进入或离开热能存储系统的唯一材料。

仍然参照图1，液滴分配系统103可以提供用于生成液态PCM液滴并将该液态PCM液滴送到不混溶性液体102的装置。液滴的定义为存在于不混溶层中的小份PCM材料。液滴分配系统的功能可以主要是从大体积PCM产生液滴，并将PCM液滴分配在一级储罐的整个水平横截面上，从而使液滴在空间上一致地流入不混溶层。液滴分配系统103可以是喷雾喷嘴阵列，其基底材料由诸如铝、铜或钢的金属制成。在液态PCM液滴下落经过一部分不混溶性流体后，该液态PCM液滴可以与换热器进行热接触。在本文中，热接触的定义为PCM液滴非常靠近换热器表面或与换热器表面接触。

暴露于不混溶性液体的换热器表面可以涂有疏水性或疏冰性涂层。这样的疏冰性涂层可以是包括但不限于聚异丁烯(PIB，丁基橡胶)、石蜡、聚甲基丙烯酸叔丁酯(PtBMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚丁二烯、尼龙1010、聚三氟乙烯、聚甲基丙烯酸正丁酯(PnBMA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚苯乙烯(PS)的涂层，或者是包括但不限于聚六氟丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚三氟乙烯的含氟聚合物涂层，或者是上述的组合。

此外，不混溶性液体102可以是基本不与水反应并且在运行温度下不是气态的材料。不混溶性液体102可以是聚α-烯烃(PAO)油、硅油、烃矿物油、烃液体、酯油、全氟烃或具有分子式C

当液态PCM越过换热器板104时，该液态PCM可以冻结。液态和固态的PCM 101从换热器106周围离开，并继续下落经过不混溶性流体102。固态PCM材料在液态PCM 101和不混溶性液体102之间的界面105周围累积。可以通过重力和/或浮力确定位于界面上下的固态PCM的数量。换热器106周围的不混溶性流体102所占的体积可以保持畅通，以使冻结的PCM的通路不被阻塞。为了保持换热器106周围的区域畅通，在蓄积期间，可以主动管理界面105的高度，以使存在于界面105上方的固态PCM不接触换热器106。可以通过移除材料以及将材料添加到储罐来主动地管理界面105。

泵107可以管理所有进出一级储罐的材料转移。次级存储容器108可以存储由泵107送入的材料量。在PCM被换热器106冻结的时期，泵107可以从一级储罐移除一定体积的液态PCM 101，并且可以向一级储罐添加一定体积的不混溶性流体102。在冻结的PCM熔化时期，泵107可以向一级储罐添加液态PCM101，并且移除至少一部分不混溶性液体102。泵107还可用于在冻结过程中将液态PCM 101输送到液滴分配系统103，或用于将液态PCM 101输送到一个或多个外部处理单元、HVAC或一个或多个外部换热器。

如图所示，泵107和次级存储容器108略有简化。在现实安装中，可以存在多个泵107、多个次级存储容器108、管道、阀门以及本领域普通技术人员认为对执行上述功能所必需的其他设备。

图2A示出了根据本文公开的实施例的换热器的一种可能示例。例如，示出了翅片管式换热器。

翅片201可以由导热材料构成，以辅助PCM与传热流体之间的传热。翅片表面以及管202的外表面可以用光滑的低表面能疏水性或疏冰性涂层204涂覆。管和管道这两个词可以互换使用，同样疏冰性和疏水性这两个词可以互换使用。疏水涂层204可以帮助防止冻结的PCM粘附到换热器表面。疏水涂层可以制成尽可能薄，以使传热流体和PCM之间的热阻最小化。管202可以横穿所有翅片201，并且翅片201的主要功能可以是为传热提供延伸的表面积。传热流体203可以穿过管202。在传热流体203与传热系统相互作用之后，传热流体203可离开该系统以与外部系统相互作用，并且可再循环回到传热系统。当PCM液滴由于重力和浮力向下滑过不混溶性液体时，冷却的翅片201和管202可以用来冻结该PCM液滴。浮力可能会受到不混溶性流体的低密度的影响，该不混溶性流体浸没了整个换热阵列。

在图2A中示为201的换热器翅片可以按允许PCM冻结、同时还允许PCM横穿换热器区域的角度进行定向。该角度可以部分地确定液滴冻结的速度。液滴需要在板上的时间量可以由系统的传热系数确定。进一步，可以通过调节液滴的速度来调节液滴在板上的时间量。这可以通过多种方式来实现。例如，翅片的角度、不混溶性流体的粘度、液滴直径、板的长度、板的间距以及疏冰性聚合物涂层的厚度都可作为确定液滴速度的因素。

换热器翅片201还可以用于熔化冻结的PCM。在排放期间，可以调整液态PCM和不混溶层之间的界面，使得固态PCM与换热器表面区域的至少一部分接触。通过将换热器翅片设置为一定角度，固态PCM可以更容易地与换热器进行热接触。冻结的PCM由于浮力而垂直行进，但是其路径可能被倾斜的换热器翅片201阻塞，从而使冻结的PCM熔化并冷却热的传热流体。

图2B和图2C示出了根据本文公开实施例的换热器的其他可能示例。例如，图2B示出了如前所述的盘管式换热器的一种可能布置。如图2B所示，盘管分层布置，其中每一层内的盘管彼此间隔足够近，使得下层中的至少一个盘管至少部分地位于其上层中的至少一个盘管下方(或与其上层中的至少一个盘管重叠)。图2C示出了盘管式换热器的另一示例。如图所示，盘管分层来回地循环，并且彼此至少部分重叠，从而可以优化液态PCM液滴接触的表面区域。

参照图3，示出了根据本文的一个或多个实施例的冻结过程。示出了液态PCM液滴301，其中刚开始与冷却表面305进行热相互作用之后，液滴可以完全是液体。由于疏水涂层306以及周围的不混溶性流体307，液滴301可表现出较大的接触角。观察到的接触角可以大于液滴在暴露于空气的同一表面上观察到的接触角。在某些情况下，当水对在空气中的粗糙表面呈现出大于85°的接触角(对于光滑表面呈现出大于95°的接触角)时，当用不混溶性油代替空气时，该表面应呈现不粘冰性。随着液滴继续沿平板向下移动(由于重力和浮力)，液滴的温度可以降低，直到达到其成核或凝固温度(开始形成固态PCM的温度)为止。在成核时，在液滴和疏水涂层之间的界面处可以形成少量冻结的PCM。该冻结的PCM可以采取薄层的形式，位于液滴的底部，其树枝状晶体延伸到液滴中，或者可以采取在液滴中形成的冻结材料的任何其他形式。该冻结过程的阶段示为302，其具有部分冻结的液滴。

冻结过程的最后阶段示为303，其中，随着液滴继续沿板行进，该液滴的冻结部分增长。液滴可以因为重力和浮力大于冰的粘附力而能够在成核后继续移动。粘附力可能会部分由于疏水涂层而进一步降低。所使用的疏水涂层可以非常光滑，这也可以使冰界面变得光滑。具有两个光滑表面可以减少液滴经历的总摩擦量，因此，尽管已至少部分地发生相变，也允许冻结中的液滴继续行进。

当部分冻结的液滴到达板的端部时，由于液态PCM的密度比固态PCM更大，液滴可以下落穿过剩余的不混溶层并停留在液体PCM层界面上或界面上方。然后，PCM液滴的固体部分304可以留在液态PCM与不混溶性流体之间的界面处。

在此过程中，液滴在离开板之前可能不会完全冻结。液滴上的任何残留液体可以随着液滴的冻结部分掉落，并且到达液态PCM和不混溶性流体之间的固体PCM层。由于液态PCM和固态PCM之间的密度差，在液滴下落之后，剩余的液体部分可能会依靠毛细作用从累积的固态PCM下落，并重新加入大体积的液态PCM，在那里可以将其泵送回分配系统并回收利用。

根据本文的一个或多个实施例，传热流体的温度可以在25℃至-25℃之间。由于PCM中存在盐、成核剂或抗生物剂，液态PCM的凝固点可与传热流体的温度大致相同，即在25℃至-25℃之间。在一些实施例中，液态PCM的凝固点可以在10℃至-10℃之间。

取决于上述热能存储系统冷却的系统或处理设备，传热流体可以根据应用和期望的冷却温度而有所不同。然而，在许多情况下，传热流体可以是一种或多种基于乙二醇的冷却剂。在其他实施例中，传热流体可以是基于液-气转变温度选择的制冷剂。

本文的一个或多个实施例针对用于在传热流体和相变材料(PCM)之间进行换热的换热系统和方法。该系统和方法包括：可装有液态PCM的储罐；位于液态PCM和固态PCM上方的不混溶性流体层；位于不混溶层内的换热器；以及位于换热器上方并且位于不混溶层上方或内部的流体分配系统。

流体分配系统可将多个液态PCM液滴送入储罐中贴近储罐顶部的部分，在那里液态PCM液滴可由于重力而掉落，并且接触换热器的表面，液态PCM液滴可在该表面冻结，从而产生固态PCM。在蓄积期间，液态PCM液滴可以在接近冻结的条件下作为液体被送入储罐。

然后，固态PCM可在液态PCM与不混溶性流体层之间的界面处累积。在冻结期间，疏冰性聚合物涂层和/或换热器的几何形状可以防止固态PCM在换热器的表面上累积。

在一个或多个实施例中，从流体分配系统送至储罐的液态PCM可以从储罐中的液态PCM泵取，可以从储罐外部的次级存储容器泵取，或两者皆可，或可以在冷却后从一个或多个外部处理单元、HVAC或外部换热器泵取。此外，通过在储罐和次级存储容器之间泵送液态PCM，可以使所累积的固态PCM的顶部与换热器的底部之间的高度保持固定。

如上所述，储能系统和方法可以在规则的蓄积和排放循环下运行。

如图4A所示，在蓄积期间，液态PCM可通过与从外部冷却器401泵送到换热器402的冷的传热流体进行热接触而在储罐403内冻结。在一个或多个实施例中，可以通过从储罐的的底部泵送液相PCM到储罐的顶部(液相PCM在此处被流体分配系统分散为液滴)来实现系统的蓄积(如关于图1所描述的)。然后，液态PCM液滴可以接触换热器402的冷表面并冻结，从而产生冻结的PCM。然后，冻结的PCM可在储罐403内的液相PCM与不混溶性液体层之间的界面(未示出)处累积。由外部冷却器401产生的废热可以通过冷却塔404排到大气中。

如图4B中所示，在排放期间，固态PCM可以与换热器402接触(如关于图1所述)，并且通过与经由外部换热器405泵送的热的传热流体进行热接触而在系统内熔化，从而降低热的传热流体的温度，并冷却一个或多个外部处理单元(未示出)，该一个或多个外部处理单元可以连接到外部设备405(例如换热器)。上述热接触可以通过将不混溶性流体层的至少一部分从储罐转移到次级存储容器(图1)以及/或者从次级容器向储罐添加液态PCM来完成，从而使冻结的PCM与换热器接触。停止循环用于冻结PCM的冷的传热流体，并通过换热器402和外部换热器405泵送热的传热流体。冻结的PCM熔化并降低热的传热流体的温度。然后，可以将这种冷却的传热流体输送到一个或多个处理单元、热泵、冷却管或HVAC系统，以在高能量需求期间用作冷却介质。

或者，如图5所示，可以将液态PCM从储罐403的底部泵取并通过外部换热器405进行输送，而不是使冻结的PCM与具有热的传热流体的换热器接触以影响冷却。该冷的液态PCM与外部换热器405中热的传热流体进行热接触时，温度会升高。然后，可将变热的液态PCM通过流体分配系统送回到储罐403，在那里该变热的液态PCM将与固态PCM接触并熔化至少一部分固态PCM。

尽管未示出，但是另一种排放方法可以通过将冷的液态PCM从储罐403的底部泵送到液滴分配系统中来实现。然后，液态PCM液滴可以越过包含热的传热流体的换热器402的表面，并与固态PCM接触。由于储罐中的液态PCM是冷的(处于或接近凝固点)，这可以足够影响换热器内的热的传热流体的冷却，从而也加热了PCM，并且至少部分地熔化所述固态PCM。在这样的实施例中，液态PCM和不混溶性流体之间的界面的高度可能波动但保持相对稳定，并且固态PCM可以不与换热器直接接触。然后，可以将冷却的传热流体输送到一个或多个处理单元或HVAC系统，以在高能量需求期间用作冷却介质。

在任何实施例中，储能系统的大部分储冷容量可以来自位于液态PCM与不混溶性流体之间界面处的冻结的PCM。此外，在蓄积过程中，由于液态PCM在接近冻结的条件下被送入储罐，大体积的液态PCM层也可以处于或接近PCM的冻结温度，从而进一步增加了整个系统的能量存储。

尽管本公开包括有限数量的实施例，但是受益于本公开的本领域技术人员将认识到，可以设计出不脱离本公开范围的其他实施例。因此，该范围应仅由所附权利要求来限定。