一种基于分形树状肋片的储热换热器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于分形树状肋片的储热换热器，包括金属外壳，第一流体入口、第二流体出口，第一流体出口，第二流体出口，多个第二流体输送管，分形树状肋片，分形树状输液通道及固液相变材料；多个分形树状肋片形成多个容纳腔体，在容纳腔体中填充固液相变材料。储热换热器可采用3D打印技术一体成型，选用高热导率的金属材料等。本换热器可有效解决由于固液相变材料热导率低而导致的储热换热效率低的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分形树状肋片的储热换热器


[0001]本专利技术涉及换热器
，具体涉及一种基于分形树状肋片的储热换热器。

技术介绍

[0002]储热换热器广泛应用于高功率器件热管理领域，储热换热器的核心材料为固液相变材料，而固液相变材料的低热导率严重限制了其热响应速度，是实际工程应用中的共性问题。因此，采用强化传热措施提升相变储热器的换热效率对其工程应用至关重要。
[0003]一般主要从相变储热换热器的整体结构优化及相变材料热导率提升两个方面出发。在结构优化方面，最有效的方式之一就是增加换热面积，即增加储热换热器与相变材料的接触面积。肋片是增加换热面积的常用方法，但肋片的结构和布置方式对储热换热器的传热性能影响较大。在相变材料热导率提升方面，强化相变材料换热性能的方法主要有三种，即组合相变材料，复合相变材料和相变材料微胶囊化。
[0004]综上，在强化相变换热技术中，增加肋片换热面积和提升相变材料有效热导率是提高储热换热器热响应速度的关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0006]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种基于分形树状肋片的储热换热器，包括：
[0007]金属壳体，其顶部设置有第一流体入口和第二流体出口；所述金属壳体的底部设置有第一流体出口和第二流体入口；
[0008]顶板，其设置在金属壳体内，且所述顶板与金属壳体的顶部内壁形成第一密闭空间，所述第二流体出口与第一密闭空间连通；
[0009]底板，其设置在金属壳体内，且所述底板与金属壳体的底部内壁形成第二密闭空间，所述第二流体入口与第二密闭空间连通；
[0010]多个第二流体输送管，其均匀设置顶板和底板之间，且多个第二流体输送管的一端与顶板密封设置并与第一密闭空间连通；多个第二流体输送管的另一端与底板密封设置并与第二密闭空间连通；
[0011]支撑板，其位于底板的上方且与底板之间留有第一间隙；所述支撑板的边缘与金属壳体的内壁之间留有第二间隙；
[0012]多个分形树状肋片，其设置在顶板与支撑板之间，且多个所述分形树状肋片形成多个容纳腔体；且多个容纳腔体中靠近金属壳体内壁的容纳腔体的边缘与金属壳体的内壁之间留有第三间隙；多个所述第二流体输送管分别位于多个容纳腔体内；其中，多个容纳腔体中相邻的容纳腔体之间留有分形树状输液通道，且所述分形树状输液通道与第三间隙相通；所述多个容纳腔体内均填充相变材料；
[0013]其中，所述第一流体入口通过第一管道贯穿顶板后与分形树状输液通道连通；所述第一流体出口通过第二管道贯穿底板后与第一间隙连通。
[0014]优选的是，多个所述第二流体输送管贯穿支撑板且与支撑板密封连接。
[0015]优选的是，多个所述分形树状肋片的一端与顶板密封连接，另一端与支撑板密封连接。
[0016]优选的是，所述第一管道与顶板密封连接；所述第二管道与底板密封连接。
[0017]优选的是，所述第一流体入口和第一流体出口互换使用；即第一流体入口换为第一流体出口，第一流体出口换为第一流体入口；所述第二流体出口和第二流体入口互换使用；即第二流体出口换为第二流体入口，第二流体入口换为第二流体出口。
[0018]优选的是，所述第一流体入口通入热流体，则第二流体入口通入冷流体。
[0019]优选的是，所述第一流体入口通入冷流体，则第二流体入口通入热流体。
[0020]优选的是，所述储热换热器采用3D打印技术一体成型。
[0021]优选的是，所述相变材料为石蜡烃。
[0022]优选的是，所述石蜡烃为正十四烷、正十五烷、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷中的一种。
[0023]优选的是，所述相变材料的制备方法为：按重量份，将90～95份相变材料原料、4～8份富勒烯和1～1.5份融合剂加入超临界二氧化碳反应釜中，向超临界二氧化碳反应釜中注入二氧化碳，在温度为80～90℃、压力为13～19MPa 的条件下以150～300r/min搅拌45～60min，泄压，得到相变材料；所述相变材料原料为正十六烷、正十四烷、正十五烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷和聚乙二醇E600中的一种或多种；所述融合剂为质量比为2：5的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和羟基硅油的混合物。
[0024]本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术的分形树状肋片储热换热器(储热时间约10min)较常规储热换热器(储热时间约45min)极大幅度的提升了储热速率；本专利技术的换热器可有效解决由于固液相变材料热导率低而导致的储热换热效率低的问题。
[0025]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
[0026]图1为本专利技术储热换热器的外部整体结构示意图；
[0027]图2为本专利技术储热换热器的剖面结构示意图；
[0028]图3为本专利技术储热换热器的另一视角的剖面结构示意图；
[0029]图4为本专利技术储热换热器的另一视角的剖面结构示意图；
[0030]图5为本专利技术储热换热器的另一视角的剖面结构示意图；
[0031]图6为本专利技术储热换热器的内部整体结构示意图(无外壳)；
[0032]图7为本专利技术储热换热器的另一视角的剖面结构示意图；
[0033]图8为本专利技术储热换热器的局部剖面结构示意图；
[0034]图9为本专利技术储热换热器在计算中的温度分布和固相分数分布图 (5min)；
[0035]图10为本专利技术储热换热器在计算中的温度分布和固相分数分布图 (10min)；
[0036]图11为本专利技术储热换热器的局部剖面结构示意图；
[0037]图12为本专利技术储热换热器1#～4#位置的温度曲线；
[0038]图13为本专利技术储热换热器1#～4#位置的固相分数曲线；
[0039]图14为本专利技术储热换热器和常规肋片换热器在计算中的温度分布和固相分数分布图(10min)；
[0040]图15为常规肋片换热器在计算中的温度分布和固相分数分布图 (40min)；
[0041]图16为本专利技术储热换热器和常规肋片的换热器在2#～3#位置的温度分布图；
[0042]图17为本专利技术储热换热器和常规肋片的换热器在2#～3#位置的固相分数分布图。
具体实施方式：
[0043]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0044]应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0045]需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分形树状肋片的储热换热器，其特征在于，包括：金属壳体，其顶部设置有第一流体入口和第二流体出口；所述金属壳体的底部设置有第一流体出口和第二流体入口；顶板，其设置在金属壳体内，且所述顶板与金属壳体的顶部内壁形成第一密闭空间，所述第二流体出口与第一密闭空间连通；底板，其设置在金属壳体内，且所述底板与金属壳体的底部内壁形成第二密闭空间，所述第二流体入口与第二密闭空间连通；多个第二流体输送管，其均匀设置顶板和底板之间，且多个第二流体输送管的一端与顶板密封设置并与第一密闭空间连通；多个第二流体输送管的另一端与底板密封设置并与第二密闭空间连通；支撑板，其位于底板的上方且与底板之间留有第一间隙；所述支撑板的边缘与金属壳体的内壁之间留有第二间隙；多个分形树状肋片，其设置在顶板与支撑板之间，且多个所述分形树状肋片形成多个容纳腔体；且多个容纳腔体中靠近金属壳体内壁的容纳腔体的边缘与金属壳体的内壁之间留有第三间隙；多个所述第二流体输送管分别位于多个容纳腔体内；其中，多个容纳腔体中相邻的容纳腔体之间留有分形树状输液通道，且所述分形树状输液通道与第三间隙相通；所述多个容纳腔体内均填充相变材料；其中，所述第一流体入口通过第一管道贯穿顶板后与分形树状输液通道连通；所述第一流体出口通过第二管道贯穿底板后与第一间隙连通。2.如权利要求1所述的基于分形树状肋片的储热换热器，其特征在于，多个所述第二流体输送管贯穿支撑板且与支撑板密封连接。3.如权利要求1所述的基于分形树状肋片的储热换热器，其特征在于，多个所述分形树状肋片的一端与顶板密封连接，另一端与支撑板密封连接；所述第一管道与顶板密封连接；所述第二管道与底板密封连接。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颖娟，潘大伟，邵婷，陈姝帆，牛高，黎维华，李波，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：