[發明專利]基于振動強化傳熱的相變儲熱裝置及方法

在審

• 申請號: 202010625992.2
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111765791A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 姚海沉;蒲文灝;楊宇;韓東;岳晨;何緯峰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02;F28F13/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發明公開了一種基于振動強化傳熱的相變儲熱裝置及方法，相變儲熱裝置包含固定筒、殼體、M根振動桿、N根導熱管、以及激勵源。在相變材料儲熱或放熱時，激勵源帶動振動桿振動，振動桿的振動傳遞給泡沫金屬，從而使得在泡沫金屬孔隙內部的液態相變材料因振動加強環流，從而加快了與泡沫金屬的換熱；固液相變界面的相變材料因振動加強對流換熱而加速融化/凝固。本發明能夠顯著提高泡沫金屬/相變復合材料的導熱系數。

技術領域

本發明涉及強化換熱技術領域，尤其涉及一種基于振動強化傳熱的相變儲熱裝置及方法。

背景技術

相變儲熱裝置利用相變材料實現熱能的儲存與釋放。固液相變材料具有如下溫度特性：吸熱過程：溫度升高達到相變溫度時，固態相變材料融化成液態相變材料從而吸收熱量，液態相變材料的熱量在固液相變界面通過對流和傳導的方式將熱量傳遞給固態相變材料使固態相變材料融化。放熱過程：溫度降低到相變溫度時，液態相變材料凝固成固態相變材料從而釋放熱量，液態相變材料的熱量在固液相變界面通過對流和傳導的方式將熱量傳遞給固態相變材料使液態相變材料凝固。

相變材料在經歷相變儲放熱時存在著固液相變界面，該界面的存在大大增加了固體與液體間的換熱熱阻，因此亟需提供一種破壞固液相變界面的方法從而加強換熱。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種基于振動強化傳熱的相變儲熱裝置及方法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

基于振動強化傳熱的相變儲熱裝置，包含固定筒、殼體、M根振動桿、N根導熱管、以及激勵源，M、N均為大于等于1的自然數；

所述固定筒為兩端開口的空心圓柱體；所述殼體為兩端封閉的空心圓柱體，且殼體的兩個端面上均設有和N根導熱管一一對應的通孔；

所述N根導熱管設置在所述殼體內，兩端分別在殼體的兩個端面對應的通孔伸出、且導熱管和殼體的兩個端面密閉相連；

所述M根振動桿均設置在所述殼體內，兩端均和所述激勵源電氣相連形成閉合電路；

所述殼體內填充有泡沫金屬、固定住導熱管和振動桿，且泡沫金屬的泡沫氣孔內填充有相變材料；

所述固定筒和外界固定，所述殼體設置在在固定筒中，且殼體的外壁、固定筒的內壁之間均有設有若干彈簧，所述彈簧的兩端分別和殼體的外壁、固定筒的內壁固連。

作為本發明一種基于振動強化傳熱的相變儲熱裝置進一步的優化方案，所述導熱管兩端均通過柔性套管和外部管道相聯通。

作為本發明一種基于振動強化傳熱的相變儲熱裝置進一步的優化方案，所述泡沫金屬采用銅、鐵、鋁、鎳、銀、鈦中的任意一種制成。

作為本發明一種基于振動強化傳熱的相變儲熱裝置進一步的優化方案，所述M根振動桿、N根導熱管均平行設置，且都均勻設置在所述殼體內。

本發明還公開了一種該基于振動強化傳熱的相變儲熱裝置的儲熱方法，包含以下過程：

換熱流體經過各個導熱管，換熱流體傳遞走熱量后溫度降低；導熱管將熱量傳遞到泡沫金屬泡沫氣孔中的相變材料，靠近導熱管的相變材料吸收熱量后融化；

激勵源驅動各個振動桿振動，振動桿的振動傳遞給泡沫金屬；固液相變界面的相變材料因振動加強對流換熱而加速融化，在泡沫金屬孔隙內部的液態相變材料因振動加強環流，從而加快了與泡沫金屬的換熱，強化了儲熱。

本發明還公開了一種該基于振動強化傳熱的相變儲熱裝置的放熱方法，包含以下過程：

相變材料通過泡沫金屬將熱量傳遞給各個導熱管，靠近導熱管的相變材料優先凝固；