具有蓄热壳体的回热器及斯特林循环系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种具有蓄热壳体的回热器及斯特林循环系统。具有蓄热壳体的回热器，包括蓄热壳体和填充在由蓄热壳体形成的腔室中的填料部分，所述腔室的一端为供高温气体工质流入的热端、另一端为供低温气体工质流入的冷端，所述高温气体工质和所述低温气体工质分别通过所述腔室的热端和冷端交替流经回热器的所述腔室。其中，所述蓄热壳体由外至内包括外层、蓄热层和导温层；所述蓄热层包括由熔点不同的相变材料构成的多个蓄热部件。所述蓄热部件至少包括第一熔点蓄热部件和第二熔点蓄热部件，临近所述热端的第一熔点蓄热部件相对于临近所述冷端的第二熔点蓄热部件具有更高熔点。本实用新型专利技术所提出的具有蓄热壳体的回热器能够减少回热器沿径向和轴向导热损失，增大回热量，从而减小回热器尺寸和系统的死容积，提高整机效率。

【技术实现步骤摘要】
具有蓄热壳体的回热器及斯特林循环系统
本技术涉及一种具有蓄热壳体的回热器，还涉及使用该回热器的斯特林循环系统。
技术介绍
回热器是斯特林发动机、制冷机、电子设备冷却器等多种设备的核心换热部件。这些设备以气体为工质，按闭式回热循环方式进行工作。回热器是一种可以提高设备整机效率的节能装置，使加热器和冷却器的工作负荷大大降低，其回热量是影响整机性能的关键参数。以斯特林发动机回热器为例，现有回热器的基本结构是在耐压容器中填充由多孔介质构成的基体，这种基体具有一定的孔隙率和比表面积。当工质气体吸热膨胀后，高温气流从热端流向冷端，回热器储存一部分气体热量于回热器内的多孔介质构成的基体中；当工质放热压缩后，低温气流从冷端返回热端，回热器将储存于多孔介质构成的基体中的热量释放给低温气流，完成回热。现有回热器中利用填料对流经回热器的气体工质完成储热和放热的换热过程。回热器壳体材料方面，传统的回热器壳体通常直接采用不锈钢材料制作而成，其本身并不具备蓄热功能，反而因为不锈钢导热性能良好，使得回热器在径向和轴向上的导热损失较大，导致回热效率下降。相变蓄热材料是利用材料的相变潜热来实现能量的储存和利用，化学储热材料是利用化学反应的吸热和放热来实现能量的储存和利用，目前这两种蓄热方式主要应用在工业余热的分散性和大能级跨度以及可再生能源的间歇性等需要中高温蓄热技术的领域，未见将其应用于回热器壳体中的在先文献。
技术实现思路
针对现有回热器的设计所存在的回热器径向和轴向导热损失较大的技术问题，本技术提出一种新的具有蓄热壳体的回热器，在提出不同于现有回热器壳体结构的同时，将蓄热材料用于回热器壳体中。本技术提出的具有蓄热壳体的回热器，包括蓄热壳体和填充在由蓄热壳体形成的腔室中的填料部分，所述腔室的一端为高温气体工质流入的热端、另一端为低温气体工质流入的冷端，所述高温气体工质和所述低温气体工质分别通过所述腔室的热端和冷端交替流经回热器的所述腔室。其中，所述蓄热壳体由外至内包括外层、蓄热层和导温层；所述蓄热层包括由熔点不同的相变材料构成的多个蓄热部件。所述蓄热部件至少包括第一熔点蓄热部件和第二熔点蓄热部件，临近所述热端的第一熔点蓄热部件相对于临近所述冷端的第二熔点蓄热部件具有更高熔点。本技术的具有蓄热壳体的回热器中，所述多个蓄热部件的熔点温度沿所述热端向所述冷端的方向阶梯下降，以与流经该各个蓄热部件对应位置的气体工质的温度相匹配的方式设置。本技术的具有蓄热壳体的回热器中，在所述蓄热壳体中以至少贯穿蓄热层的方式设置隔热层。本技术的具有蓄热壳体的回热器中，所述回热器还包括传热部件，其一端位于所述蓄热层中临近热端处，另一端位于所述腔室内。本技术的具有蓄热壳体的回热器中，所述外层为保温层。本技术的具有蓄热壳体的回热器中，所述蓄热层由相变材料与石墨颗粒的混合物压制而成。本技术的具有蓄热壳体的回热器中，所述蓄热层由热化学储热材料制成。本技术的具有蓄热壳体的回热器中，所述填料部分包括多孔介质。多孔介质结构与材料有多种选择，例如：堆叠丝网、金属纤维、泡沫金属、烧结金属，或是采用由熔点不同的相变材料构成的多个相变部件。本技术的具有蓄热壳体的回热器中，所述蓄热壳体形成的腔室截面呈长方形、圆形、方形、蜂窝形或圆环形。本技术还提出一种使用上述具有蓄热壳体的回热器的斯特林循环系统，该斯特林循环系统还包括膨胀腔和压缩腔，所述回热器设置在所述膨胀腔和所述压缩腔之间，在膨胀腔处设置有加热器，在压缩腔处设置有冷却器；气体工质在所述膨胀腔内等温膨胀后，高温气体经过回热器流向所述压缩腔，气体工质在所述压缩腔内等温压缩后，低温气体经过回热器流向所述膨胀腔，进行闭式循环。与现有技术相比，本技术具有以下优点：本技术提出的回热器具有多层结构的蓄热壳体，该蓄热壳体具有利用蓄热材料构成的蓄热材料层，从而能够将回热器中原本沿回热器径向向外散发损失的热量储存起来，整体减少回热器热量的径向和轴向损失。同时，本技术具有蓄热壳体的回热器通过将原本导热损失的热量回收，并在低温气体工质流经回热器时将热量释放给气体中，实现回热，有利于增大回热器的整体回热量。由此，本技术回热器也能够减小加热器负荷，提高发动机效率；并且在相同换热量的需求下，明显减小回热器体积，从而减小死容积、降低流动阻力，提高整机效率。更进一步地，本技术通过将包含有相变材料的蓄热部件中的第一熔点蓄热部件和第二熔点蓄热部件，以临近回热器热端的第一熔点蓄热部件的熔点，高于临近回热器冷端的第二熔点蓄热部件的方式，呈梯度配置，以与流经回热器的气体工质温度形成温度差，确保各个蓄热部件中的相变材料的潜热均可以得到有效利用，从而实现提高蓄热密度，亦减小回热器体积，提高整机效率。附图说明图1是本技术斯特林循环系统的示意图；图2是本技术具有蓄热壳体的回热器示意图；图3是本技术实施例3中具有蓄热壳体的回热器的示意图；图4是本技术实施例4中具有蓄热壳体的回热器的示意图；图5是本技术实施例5中具有蓄热壳体的回热器的示意图；图6是本技术实施例6中具有蓄热壳体的回热器的示意图。附图标记说明：1-蓄热壳体(外环层)；1a-内环层；2-外层(保温层)；3-蓄热层；3a-蓄热层区段；4-导热层；5-腔室；6-填料部分(多孔介质)；7-隔热层；8-热管；9-回热器；10-压缩腔；11-膨胀腔具体实施方式结合以下具体实施例和附图，对本技术作进一步的详细说明。本技术的实现并不限于下述实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内所采用的本技术技术构思下的各种变形、变换、组合和改进均属于本技术的保护范围。结合图1和图2，以下首先分别对本技术涉及的斯特林循环系统、回热器及蓄热壳体等结构和原理进行简单说明。图1示出斯特林循环系统的基本结构和气体工质的循环过程。如图1所示，工质气体在膨胀腔11一端加热器8的作用下吸热膨胀，高温气流从回热器9的热端流向冷端，工质气体在压缩腔10一端冷却器7的作用下放热压缩，低温气流从冷端返回热端。本技术的回热器9包括蓄热壳体1和壳体形成的腔室5，高温气流和低温气流交替流经腔室5，高温气体通过对流换热将热量储存于回热器9中，低温气体从回热器9吸收热量。本技术在回热器9的填料进行热量储存和释放的基础上，蓄热壳体1也能够起到将高温气流的部分热量进行储存、并释放给低温气流的作用。在回热器9中，蓄热壳体1由外至内由外层2、蓄热层3和导热层4组成。其中，外层进一步优选的是保温层2，可以在将原本回热器9径向散发热量保持在回热器9以内。导热层4将蓄热层3与腔室5中流动的高温工质或者低温工质气流分隔开来，并且高温工质气流能够将部分热量经由导热层4传递至蓄热层3进行储存，进一步将外层设置为保温层2以减少蓄热层3中的热损失。同样，在低温工质气流流经腔室5时，储存在蓄热层3中的热量，会通过导热层4传递给低温工质气流，使其升温。本领域技术人员能够理解的是，只要将工业应用中的斯特林发动机、制冷机、电子设备冷却器等各类系统、设备中的储热器(如回热器)替换为本技术具有蓄热壳体的回热器，更具体地将例如相变材料作为蓄热材料制成壳体的蓄热层，均属于本技术意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有蓄热壳体的回热器，包括蓄热壳体和填充在由所述蓄热壳体形成的腔室中的填料部分，所述腔室的一端为供高温气体工质流入的热端、另一端为供低温气体工质流入的冷端，所述高温气体工质和所述低温气体工质分别通过所述腔室的热端和冷端交替流经回热器的所述腔室；其特征在于，所述蓄热壳体由外至内包括外层、蓄热层和导温层；所述蓄热层包括由熔点不同的相变材料构成的多个蓄热部件；所述蓄热部件至少包括第一熔点蓄热部件和第二熔点蓄热部件，临近所述热端的第一熔点蓄热部件相对于临近所述冷端的第二熔点蓄热部件具有更高熔点。

【技术特征摘要】
1.一种具有蓄热壳体的回热器，包括蓄热壳体和填充在由所述蓄热壳体形成的腔室中的填料部分，所述腔室的一端为供高温气体工质流入的热端、另一端为供低温气体工质流入的冷端，所述高温气体工质和所述低温气体工质分别通过所述腔室的热端和冷端交替流经回热器的所述腔室；其特征在于，所述蓄热壳体由外至内包括外层、蓄热层和导温层；所述蓄热层包括由熔点不同的相变材料构成的多个蓄热部件；所述蓄热部件至少包括第一熔点蓄热部件和第二熔点蓄热部件，临近所述热端的第一熔点蓄热部件相对于临近所述冷端的第二熔点蓄热部件具有更高熔点。2.如权利要求1所述具有蓄热壳体的回热器，其特征在于，所述多个蓄热部件的熔点温度沿所述热端向所述冷端的方向阶梯下降，以与流经该各个蓄热部件对应位置的气体工质的温度相匹配的方式设置。3.如权利要求1或2所述具有蓄热壳体的回热器，其特征在于，在所述蓄热壳体中以贯穿蓄热层的方式设置隔热层。4.如权利要求1或2所述具有蓄热壳体的回热器，其特征在于，所述回热器还包括传热部件，其一端位...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖刚，陈欣，倪明江，骆仲泱，赖华盛，程乐鸣，岑可法，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33