一种花型脉动热管相变蓄热换热器制造技术

本发明专利技术提供了一种花型脉动热管相变蓄热换热器，所述换热器包括放热腔体、蓄热腔体和吸热腔体、单头花型脉动热管、双头花型脉动热管以及相变材料，单头花型脉动热管包括竖直管道和连接竖直管道并且位于竖直管道上部的花型结构，单头花型脉动热管竖直管道布置于蓄热腔体内，花型结构布置于放热流道中；双头花型脉动热管包括竖直管道和连接竖直管道并且位于竖直管道上部和下部的上部花型结构和下部花型结构，双头花型脉动热管竖直管道布置于蓄热腔体内，上部花型结构布置于放热流道中,下部花型结构布置于吸热腔体中，所述相变材料位于蓄热腔体中。该蓄热器利用花型脉动热管高导热系数的特点，可实现能量的快速储存及释放。可实现能量的快速储存及释放。可实现能量的快速储存及释放。

【技术实现步骤摘要】
一种花型脉动热管相变蓄热换热器


[0001]本专利技术涉及蓄热及换热领域，特别是周期性能源蓄热利用领域，具体涉及一种花型脉动热管相变蓄热换热器。

技术介绍

[0002]以石油、煤炭为代表的化石燃料在使用过程中会造成极大的环境问题，而太阳能、风能等清洁可再生能源的供给存在周期性变化，对其大规模应用造成一定阻碍。蓄热器可将清洁能源产生的能量以热能的形式储存，在能量需求时释放热量，能有有效解决太阳能等周其性能源的供给问题。因此开发一种具备蓄热效率的设备是十分必要的。
[0003]相变材料具有高相变潜热的优势，被广泛应用于蓄热领域，但相变材料普遍存在导热系数低的问题，不利于热量的快速存储与释放。目前主流蓄热设备通常在蓄热材料中设置加热和冷却盘管以实现热量的储存与释放，为增加换热面积换热盘管通常设有多个弯头，运行过程中需要较大的泵功驱动。同时加热盘管、冷却盘管、相变材料直接接触，在使用过程中存在泄露风险。
[0004]普通重力热管内部工质存在明显的汽液界面，液态工质位于脉动热管下方，气态工质位于脉动热管上方；而脉动热管内部工质受到重力与表面张力的共同作用，内部工质呈现气塞、液塞间隔分布的状态。在蓄热器中，脉动热管内液态工质能更好的吸收位于脉动热管中部蓄热材料的能量，而重力热管由于液态工质脉动热管下方，无法良好吸收脉动热管中部蓄热材料的能量。脉动热管的运行状态与普通重力热管也不尽相同，脉动热管在稳定运行过程中，内部工质以单一方向高速循环流动；而重力热管运行过程中则沿重力方向往复循环，工质的蒸发与冷凝相互冲突，循环速度慢。
[0005]脉动热管作为一种较新的脉动热管结构，其继承了脉动热管高导热性的有点，且内部工质呈现气塞液塞间隔分布的状态，其热源位置不必设置在脉动热管最下方，更有利于蓄热器中热量的释放，因此相较于传统重力热管更适合应用于蓄热设备。同时，脉动热管结构简单，制作方便，可任意弯折成所需形状，以增加传热面积。热源流体与被加热流体直接与脉动热管接触，不再与相变材料接触，脉动热管内部工质含量较少，不会发生大面积泄露问题。经研究发现三维脉动热管的综合传热性能高于平面脉动热管，因此设计一种新型三维脉动热管是相变蓄热器是十分必要的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决上述问题，提供应用于周期性能源蓄热领域的花型脉动热管式相变蓄热器及其工作方法，该蓄热器利用花型脉动热管高导热系数的特点，可实现能量的快速储存及释放。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种花型脉动热管相变蓄热换热器，所述换热器包括放热腔体、蓄热腔体和吸热腔体、单头花型脉动热管、双头花型脉动热管以及相变材料，所述放热腔体位于上部，蓄热
腔体位于中部，吸热腔体位于下部，所述放热腔体包括设置在腔体内部的放热流道，放热腔体设置放热流道入口和放热流道出口，吸热腔体设置热源流体入口和热源流体出口，单头花型脉动热管包括竖直管道和连接竖直管道并且位于竖直管道上部的花型结构，单头花型脉动热管竖直管道布置于蓄热腔体内，花型结构布置于放热流道中；双头花型脉动热管包括竖直管道和连接竖直管道并且位于竖直管道上部和下部的上部花型结构和下部花型结构，双头花型脉动热管竖直管道布置于蓄热腔体内，上部花型结构布置于放热流道中,下部花型结构布置于吸热腔体中，所述相变材料位于蓄热腔体中。
[0008]作为优选，竖直管道包括围绕着中心设置的多根竖直管道，从而形成竖直管道圆，花型结构是连接竖直管道的端部从中心向外沿着径向延伸的直线部以及连接相邻直线部的弯曲部，相邻直线部间隔设置弯曲部。
[0009]作为优选，单头花型脉动热管的竖直管道圆和双头花型脉动热管的竖直管道圆是同心结构，其中单头花型脉动热管的竖直管道圆的直径小于双头花型脉动热管的竖直管道圆的直径。
[0010]作为优选，单头花型脉动热管的花型结构位于双头花型脉动热管的上部花型结构的上部。
[0011]作为优选，还包括导热金属丝网，所述导热金属丝网布置在蓄热腔体内，所述导热金属丝网可促进相变材料的蓄热和放热过程，并起到固定单头花型脉动热管、双头花型脉动热管位置的作用。
[0012]作为优选，蓄热腔体外布置保温材料，保温材料可选择但不限于石墨纤维隔热毯、碳化硅纤维隔热毡、玻璃纤维隔热毡。
[0013]作为优选，在放热腔体与吸热腔体中布置折流挡板以增加换热流体流程，并起到固定花型脉动热管花型结构的作用。
[0014]一种如前面所述的换热器的换热方法，可进行三种不同工作模式：直接换热模式：当同时存在热源流体及被加热流体时，蓄热器进行换热模式，此时热源流体通过热源流体入口进入吸热腔体，与双头花型脉动热管下部花型结构进行换热后经由热源流体出口流出，被加热流体通过放热流道入口进入放热流道，与双头花型脉动热管上部花型结构进行换热后经由放热流道出口流出；双头花型脉动热管吸收热源流体中热量后开始工作，中部竖直结构与上部花型结构温度升高，分别于相变材料与被加热流体换热，相变材料此时为低温固体状态，而被加热流体为流动状态，上部花型结构温与被加热流体间热阻小于中部竖直结构与相变材料热阻，大部分热量被被加热流体吸收，被加热流体吸收热量比例可通过被加热流体流速调节；蓄热模式：当存在热源流体但不存在被加热流体时，蓄热器进行蓄热模式，此时热源流体通过热源流体入口进入热源流道，与双头花型脉动热管下部花型结构进行换热后经由热源流体出口流出；双头花型脉动热管吸收热源流体中热量后开始工作，中部竖直结构与上部花型结构温度升高，此时上部花型结构不存在换热条件，热量只能被相变材料吸收，以热能的形式储存。蓄热速率可由热源流体流速调节；放热模式：当不存在热源流体但存在被加热流体，且蓄热器内相变材料已经蓄热完成时，蓄热器进行放热模式，此时单头花型脉动热管与双头花型脉动热管竖直结构吸收相变材料中热量并开始工作，被加热流体通过放热流道入口进入放热流道，与单头花型脉
动热管及双头花型脉动热管上部花型结构进行换热后经由放热流道出口流出。
[0015]与现有技术相比较，本专利技术具有如下的优点：（1）与管道式相变蓄热器相比，脉动热管式相变蓄热器中相变材料与余热流体及被加热流体不直接接触，避免发生管道泄漏流体与相变材料混合的事故，安全系数提高，且余热流体流道及被加热流体流道显著减少，降低了对流体驱动泵功率的需求，增加相变材料填充空间。
[0016]（2）与管道式相变蓄热器相比，脉动热管导热系数极高，可有效提高冷热流体间换热效果并降低蓄放热过程中所需时间，提高蓄热器性能。
[0017]（3）与重力热管式相变蓄热器相比，花型脉动热管式相变蓄热器在长度更短，冷热源流体与脉动热管传热流程更长，吸放热效果更好。
[0018]（4）与重力热管式相变蓄热器相比，由于脉动热管内工质特殊的汽液分布，花型脉动热管式相变蓄热器能更好的在放热过程中运行，提高放热能力。
[0019]（5）与重力热管式相变蓄热器相比，花型脉动热管式相变蓄热器内脉动热管集成性高，脉动热管数量少，相同脉动热管体积，脉动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种花型脉动热管相变蓄热换热器，所述换热器包括放热腔体、蓄热腔体和吸热腔体、单头花型脉动热管、双头花型脉动热管以及相变材料，所述放热腔体位于上部，蓄热腔体位于中部，吸热腔体位于下部，所述放热腔体包括设置在腔体内部的放热流道，放热腔体设置放热流道入口和放热流道出口，吸热腔体设置热源流体入口和热源流体出口，单头花型脉动热管包括竖直管道和连接竖直管道并且位于竖直管道上部的花型结构，单头花型脉动热管竖直管道布置于蓄热腔体内，花型结构布置于放热流道中；双头花型脉动热管包括竖直管道和连接竖直管道并且位于竖直管道上部和下部的上部花型结构和下部花型结构，双头花型脉动热管竖直管道布置于蓄热腔体内，上部花型结构布置于放热流道中，下部花型结构布置于吸热腔体中，所述相变材料位于蓄热腔体中。2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，竖直管道包括围绕着中心设置的多根竖直管道，从而形成竖直管道圆，花型结构是连接竖直管道的端部从中心向外沿着径向延伸的直线部以及连接相邻直线部的弯曲部，相邻直线部间隔设置弯曲部。3.如权利要求2所述的换热器，其特征在于，单头花型脉动热管的竖直管道圆和双头花型脉动热管的竖直管道圆是同心结构，其中单头花型脉动热管的竖直管道圆的直径小于双头花型脉动热管的竖直管道圆的直径。4.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，单头花型脉动热管的花型结构位于双头花型脉动热管的上部花型结构的上部。5.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，还包括导热金属丝网，所述导热金属丝网布置在蓄热腔体内，所述导热金属丝网可促进相变材料的蓄热和放热过程，并起到固定单头花型脉动热管、双头花型脉动热管位置的作用。6.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，蓄热腔体外布置保温材料，保温材料可选择但不限于石墨纤维隔热毯、碳化硅纤维隔热毡...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜文静，刘舫辰，陈岩，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：