本实用新型专利技术公开了一种相变储热装置，属于热能储存技术领域。该装置由套管式结构、相变材料、锚式搅拌器等组成。套管式结构有利于安装搅拌器等运动部件，套管内柱封装相变材料，外柱为换热流体。套管顶端的电机可驱动旋转叶片搅拌相变材料。储热阶段，换热流体通过换热表面加热套管内柱。靠近换热表面的固态相变材料融化为液态，锚式搅拌器开始工作，从而使相变材料与换热表面间形成对流换热以强化传热。放热阶段，液态相变材料在换热表面完成放热后凝固，此时搅拌器旋转并刮除固态相变材料从而降低传热热阻，从而强化相变换热过程。该装置在储热的同时可有效提高传热速率，能够为人居建筑及工厂等储存热能的同时快速满足热需求。建筑及工厂等储存热能的同时快速满足热需求。建筑及工厂等储存热能的同时快速满足热需求。
【技术实现步骤摘要】
一种主动搅拌式相变储热装置
[0001]本技术涉及储热领域，具体地涉及一种相变储热装置。
技术介绍
[0002]现行的储热技术主要有显热储热、相变储热、热化学储热。相变储热密度较高，熔点较为恒定，易于与换热系统进行匹配，且不同熔点的相变材料分段布置有利于实现热能的梯级利用。但大部分相变材料的导热系数较低，这导致相变储热系统充放热速率慢，系统热响应不及时，因此如何提高相变材料相变过程的传热性能成为目前研究相变储能技术的重要课题。
[0003]对于提高相变传热过程的方法，目前研究主要基于热传导的原理。强化换热方法主要包括增加换热面积及增加相变模块的导热系数，如增加翅片、热管或者胶囊封装相变材料，以及向相变材料内添加高导热物质形成复合相变材料等。强化导热的方法是有效的，尤其是在相变材料凝固过程中，因为凝固过程是以导热为主的传热机制。但系统放热阶段，相变材料在换热表面凝固并逐渐增厚后会加大液态相变材料与换热表面间的传热热阻。而系统在充热阶段，由于相变材料静止不动，导热速率较低，而通常对流换热比导热具有更高的传热速率。
[0004]因此，有必要提出一种以对流换热为主导传热机制的相变储热装置。
技术实现思路
[0005]为了实现上述目的，本技术提供一种相变储热装置。换热流体在同心套管外柱中流动，套管外柱底部为换热流体进口，套管外柱顶部为换热流体出口。相变材料及锚式搅拌器密封在竖直放置的同心套管内柱中，利用套管上方的电机主动驱动内柱中的锚式搅拌器旋转。在储热过程中，搅拌迫使融化的液态相变材料与换热表面及未完成储热的固态相变材料间形成强迫对流换热从而强化传热速率。放热过程中，液态相变材料完成放热凝固在传热表面，搅拌刮除固态相变材料从而降低了整体传热热阻，增强了相变换热速率。利用上述过程实现相变储热及快速换热。
[0006]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0007]一种主动搅拌式相变储热装置，其主要结构包括：电动机(1)，齿轮减速器(2)，竖直设置的同心套管内柱(3)，竖直设置的同心圆套管外柱(4)，相变材料(5)，锚式搅拌器(6)，换热流体(9)等。套管内柱(3)密封相变材料(5)，套管外柱(4)为用于换热流体(9) 流动，套管内柱(3)与套管外柱(4)间为换热表面。套管内柱(3)内部含有锚式搅拌器(6)，锚式搅拌器(6)用于驱动密封在套管内柱(3)的相变材料(5)移动。锚式搅拌器(6)中心轴向上伸出套管内柱(3)顶端并连接齿轮减速器(2)，齿轮减速器(2)用于降低电机1 输出转速及增大扭转力矩。齿轮减速器(2)上部连接电动机(1)，电动机(1)用于将电能转换为机械能。在电动机(1)机械能作用下，锚式搅拌器(6)驱动相变材料(5)移动从而形成强迫对流换热。套管外柱(4)上端设有换热流体出口(7)，所述出口用于换热流体(9) 流出，套管外柱(4)底部
设有换热流体入口(8)，所述入口用于换热流体(9)流入，水泵(10)驱动换热流体流动，套管外柱(4)外部有保温材料以减少热损失。
[0008]本技术的有益效果是：
[0009](一)：在装置储热阶段，套管内柱最外层相变材料最先吸热并融化为液态，此时通过锚式搅拌器进行搅拌，液态相变材料与换热表面及固态相变材料间为对流换热，从而强化了相变储热过程，增加了储热速率。
[0010](二)：在装置放热阶段，套管内柱最外层液态相变材料在传热表面完成放热后凝固，此时通过锚式搅拌器进行搅拌，附着在传热表面的固态相变材料被刮除从而降低了整体传热热阻，强化了相变放热过程，增加了放热速率。
[0011](三)：同心圆套管内柱为相变材料，套管外柱为换热流体的布置方式，在相变材料为液态时有效减少了热损失，提高了相变储热装置的整体热效率。
附图说明
[0012]图1是整体结构；
[0013]图2是同心圆套管结构；
具体实施方式
[0014]以下结合附图对本技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。
[0015]本技术提供一种相变储热装置，如图1图2所示。相变储热装置主要包括：电动机 (1)，同心套管内柱(3)，同心套管外柱(4)，相变材料(5)，锚式搅拌器(6)，换热流体 (9)等。
[0016]同心套管外柱(4)外包裹保温材料以减少热损失，提高换热效率。套管外柱(4)顶部开设换热流体出口(7)，同心套管外柱(4)底部开设换热流体入口(8)，换热流体(9)在套管外柱(4)内部流通。换热流体(9)自套管外柱(4)底部向顶部流动以增加换热面积，换热流体(9)由水泵(10)驱动流动。套管内柱(3)内部密封相变材料(5)及锚式搅拌器 (6)，相变材料(5)约占85％的套管内柱空间，因为相变材料(5)在相变过程会发生体积变化，因此要预留空间防止膨胀压力过大。锚式搅拌器(6)叶片直径相对套管内柱(3)的直径较大，转速为0
‑
60r/min。锚式搅拌器(6)具有较大的剪切力，套管内柱(3)与套管外柱(4)之间的换热表面处相变材料流速较大，靠近套管内柱(3)中心位置的相变材料(5) 流速较小。锚式搅拌器(6)中心轴向上伸出套管内柱(3)，与齿轮减速器连接，齿轮减速器可以起到降低输出转速，增大输出力矩的作用。
[0017]在装置储热开始前，套管内柱(3)内部的相变材料(5)为固态，固态相变材料(5)与换热表面间摩擦力较大，此时锚式搅拌器(6)并不进行旋转。储热开始，在水泵(10)作用下，温度高于固态相变材料(5)的换热流体(9)从套管外柱(4)底部流入，从套管外柱(4) 顶部流出。换热流体(9)的热量首先对流传热至套管外柱(4)与套管内柱(3)间的换热表面，然后热量再从换热表面传导至套管内柱(3)的固态相变材料(5)。与换热表面紧贴的固态相变材料(5)将最先吸热软化成液态相变材料，此时锚式搅拌器(6)的搅拌阻力力矩将显著减小，此时启动搅拌从而使液态相变材料(5)与换热表面及固态相变材料(5)间形成对流换热，从
而增大储热速率。
[0018]在装置放热开始前，套管内柱(3)内部的相变材料(5)为液态，液态相变材料(5)与换热表面间摩擦力较小，几乎可忽略不计。放热开始，在水泵(10)作用下，温度低于液态相变材料(5)的换热流体(9)从套管外柱(4)底部流入，从套管外柱(4)顶部流出。液态相变材料(5)的热量首先传递至套管内柱(3)与套管外柱(4)间的换热表面，然后热量再从换热表面传导至套管外柱(4)的换热流体(9)。与换热表面紧贴接触的液态相变材料(5) 将放热凝固为固态相变材料(5)，固态相变材料(5)阻碍了远离换热表面处的高温液态相变材料(5)放热。此时锚式搅拌器(6)开始旋转并刮除换热表面附着的固态相变材料(5)，从而降低液态相变材料(5)传热热阻，并使液态相变材料(5)与换热表面间形成对流换热，从而增大放热速率。
[0019]以上结合附图详细描述了本技术的优选实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种主动搅拌式相变储热装置，其特征在于，套管内柱(3)内部为相变材料(5)，套管外柱(4)内部为换热流体(9)，套管内柱(3)与套管外柱(4)间...
【专利技术属性】
技术研发人员：张彦军，刘淑丽，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：新型
国别省市：
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