[發明專利]一種熱管輔助強化換熱的相變蓄熱膠囊及相變蓄熱裝置

有效

• 申請號: 201810716827.0
• 申請日: 2018-07-03
• 公開（公告）號: CN108917446B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 宋涇舸;楊海;何伯述
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02;F28D15/02;F28F23/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 白鳳瑩;陳君智

本發明公開一種熱管輔助強化換熱的相變蓄熱膠囊及相變蓄熱裝置。本發明首先公開了熱管輔助強化換熱的相變蓄熱膠囊，包括：殼體；兩端均貫穿并延伸至殼體外的熱管對，所述熱管對包括由接頭對接在一起的兩根熱管，所述接頭處于殼體內；其中，每根熱管包括置于殼體外的第一換熱段、置于殼體內的第二換熱段及連接第一換熱段與第二換熱段的絕熱段，所述絕熱段一部分置于殼體外，對應另一部分置于殼體內；及填充在所述熱管對外的所述殼體內的相變蓄熱材料。本發明進一步公開了一種相變蓄熱裝置。本發明相變蓄熱膠囊采用熱管輔助強化換熱，有效改善了相變蓄熱膠囊和相變蓄熱裝置的蓄放熱速度，提高蓄放熱效果，且結構簡單、緊湊，便于加工制作。

技術領域

本發明涉及蓄熱技術領域。更具體地，涉及一種熱管輔助強化換熱的相變蓄熱膠囊及相變蓄熱裝置。

背景技術

儲熱技術是熱能利用的重要技術。隨著太陽能熱利用、太陽能熱發電、余熱回收等技術的不斷發展，儲熱技術作為一種有效改善間歇性熱源能量可調度性的技術，日益受到學術與工業界的廣泛重視。儲熱技術主要分為顯熱蓄熱、相變(潛熱)蓄熱和化學能蓄熱三大類。相變蓄熱具有蓄熱量大、蓄放熱溫度比較穩定等特點，已經成為蓄熱技術發展的重要方向。然而，目前相變蓄熱的一個主要不足之處是蓄熱與放熱過程的時間比較長，蓄放熱速率較慢，嚴重影響熱能的及時存儲與及時釋放。

填充床式蓄熱器是大容量相變蓄熱裝置的主要形式之一，具有較高的蓄放熱密度及效率。相變蓄熱膠囊是填充床蓄熱器的關鍵部件，其中封裝著相變蓄熱材料。將一定數量的相變蓄熱膠囊堆砌于蓄熱器中，形成填充床的蓄熱功能區。由于采用封裝膠囊技術，換熱流體與相變膠囊的接觸面積變大，因此蓄放熱速率及密度要高于同體積的管殼式蓄熱器。但相變材料的低導熱率仍是制約填充床蓄熱器蓄放熱速率的主要原因。

目前，可通過以下幾種方法進行強化相變傳熱：(1)添加翅片結構；(2)添加石墨、金屬等高導材料；(3)使用熱管技術。添加翅片在一定程度上限制了相變過程中的自然對流，且占據一定空間，對微、小型蓄熱裝置(如相變膠囊)適用性不高，不適用于填充床蓄熱器。金屬、石墨等材料的造價高，經濟性較差。熱管具有快速均溫、高導熱性、恒溫性、熱流密度及方向可變性等優勢，且強化效果顯著，加工難度較小，適用于蓄熱膠囊的強化換熱。

目前蓄熱膠囊的封裝方式主要為球形，但球形膠囊與熱管結合會使膠囊間的距離增加，蓄熱罐的相變膠囊填充率降低，且膠囊堆砌易造成蓄熱單元的損壞。因此，需要提供一種新型的相變蓄熱膠囊及相變蓄熱裝置，以提高蓄放熱速度。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種熱管輔助強化換熱的相變蓄熱膠囊，其能有效改善蓄放熱速度，提高蓄放熱效果，且結構簡單、緊湊，便于加工制作。

本發明的另一個目的在于提供一種包含上述相變蓄熱膠囊的相變蓄熱裝置。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

本發明提供了一種熱管輔助強化換熱的相變蓄熱膠囊，包括：

殼體；

兩端均貫穿并延伸至殼體外的熱管對，所述熱管對包括由接頭對接在一起的兩根熱管，所述接頭處于殼體內；其中，每根熱管包括置于殼體外的第一換熱段、置于殼體內的第二換熱段及連接第一換熱段與第二換熱段的絕熱段，所述絕熱段一部分置于殼體外，對應另一部分置于殼體內；

及填充在所述熱管對外的所述殼體內的相變蓄熱材料。

本發明中當相變蓄熱膠囊處于蓄熱過程時，熱管置于殼體外的第一換熱段為蒸發段，熱管置于殼體內的第二換熱段為冷凝段；反之，當相變蓄熱膠囊處于放熱過程時，熱管置于殼體外的第一換熱段為冷凝段，熱管置于殼體內的第二換熱段為蒸發段。

進一步，所述殼體為圓柱形殼體，所述熱管對沿圓柱形殼體的軸向貫穿并延伸出圓柱形殼體兩個圓面的外側。