[發明專利]一種熱管式固液相變蓄熱器

在審

• 申請號: 201410398111.2
• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號: CN104154788A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 陳永平;徐世杰;鄧梓龍;張程賓
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02;F28D15/04
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及一種蓄熱裝置，具體涉及的是一種基于熱管原理的叉狀肋片結構的固液相變蓄熱器。

背景技術

在能源利用系統中，由于存在著供能和耗能之間的不協調造成能量利用的不合理，導致大量余熱難以得到有效利用。在此背景下，相變蓄熱技術應運而生。相對于液-氣和固-氣相變蓄熱器，固液相變蓄熱器因其具有容積蓄熱密度大、蓄熱溫差變化小等優點而廣泛應用于余熱回收、太陽能儲存以及供暖和空調系統。固液相變蓄熱技術利用相變蓄熱材料?(PCM，?Phase?Change?Materials)發生相變時能量的吸收與釋放來儲存和釋放能量，可以有效緩解能量供求雙方在時間、地點、強度上的不匹配，是合理利用能源及減輕緩解污染的一種有效途徑，也是熱能系統優化運行的重要手段。

傳統的固液相變蓄熱器主要包括同心套管式和單個獨立的相變材料容器這兩種結構形式。在同心套管式蓄熱器中，由于各小室相通，各小室難以獨立運行，一旦某根換熱管發生損壞，對整個蓄熱器性能影響較大，使得其可靠性不足。在單個獨立的相變材料容器中，每個小容器分別套裝在工質導管上，雖然克服了上述缺點，但由于PCM充裝工藝復雜，給實際生產應用帶來諸多不便。此外，由于傳熱面積不足，傳統的固液相變蓄熱器的蓄熱與放熱過程緩慢，不能根據熱量的供需變化實現快速調節。

考慮到叉狀結構具有比表面積大的獨特優勢，本發明將蓄熱器的換熱肋片設計成叉狀結構，并將之與熱管技術緊密結合起來，以達到高效換熱、節能的目的。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對上述固液相變蓄熱器結構及蓄熱/放熱性能的不足，提供一種新型的熱管式固液相變蓄熱器，其比表面積大、儲熱及放熱過程效率高，具有重要的工程應用前景。

技術方案

本發明的技術方案是：

一種熱管式固液相變蓄熱器，包括箱體、肋片、吸液芯、相變蓄熱材料及工作介質，其特征在于：所述的箱體包括外殼和置于外殼內的兩端開口的主通道，所述的主通道與外殼不連通，在所述的外殼內設置所述的肋片和相變蓄熱材料，所述的肋片固定在所述的主通道上，所述的肋片關于主通道中心軸呈環形布置，且沿主通道軸向方向多層布置，所述的肋片具有中空結構，在中空結構的內壁附有所述的吸液芯，肋片內部空間填充通過蒸發與凝結實現熱或冷源與所述相變蓄熱材料之間熱量傳遞的所述工作介質。

所述的肋片具有叉狀結構，在主通道外壁配置第一級分支肋片，第一級分支肋片沿徑向延伸并產生交錯布置的下級肋片。

所述的箱體構成蓄熱器的空間結構，其形狀為同心套管式，由銀、銅（銅合金）、鋁（鋁合金）等高導熱性能金屬制成。在箱體表面包覆隔熱材料以減少與環境之間的熱交換。

所述的肋片關于主通道中心軸呈環形布置，且沿主通道軸向方向多層布置。每一層肋片包括m級分支肋片（m為大于等于2的整數），其中，在主通道外壁配置第一級分支肋片，第一級分支肋片沿徑向延伸并產生交錯布置的下級肋片。上下級肋片的直徑之比為α^-1/D(?直徑指數D為大于等于2的實數)，所述的上下級通道長度之比為β^-1/L(長度指數L取大于1的實數)。

所述的肋片每一級具有三個分支，沿主通道徑向方向布置m級分支肋片，這充分利用了蓄熱器內的空間，大幅增加了肋片與相變材料的換熱面積。分叉肋片采用交錯布置，這種布置方式將空間劃分為若干相對獨立的區域，能有效改善空穴分布，且能防止出現熱松脫現象。所述的肋片通過內部工質的蒸發與凝結以實現熱/冷源與固液相變蓄熱材料之間的熱量交換，強化了肋片與相變蓄熱材料之間的熱量交換。由于肋片內換熱過程是基于蒸發/凝結相變傳熱而實現的，并且叉狀肋片結構大大增加了換熱面積，使得蓄熱器的儲熱及放熱過程效率更高。

所述的吸液芯為多孔金屬泡沫、燒結金屬粉末和復合吸液芯等。即使在逆重力條件下，通過吸液芯內的微孔產生毛細驅動力也能抵消重力作用進而保證凝結液及時回流到肋片的受熱端。

所述的肋片內流動的工作介質為水、甲醇、丙酮等其他類型流體工質，該流體工質在腔體內維持飽和狀態。

所述的固液相變蓄熱材料為石蠟、脂肪酸、無機含水鹽等性能穩定、無固液分層及過冷現象的蓄熱材料。

有益效果