一種圓柱式結(jié)構(gòu)漸變翅片相變蓄熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于蓄熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種圓柱式結(jié)構(gòu)漸變翅片相變蓄熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著化石燃料的枯竭和自然環(huán)境的惡化，尋找可持續(xù)發(fā)展的替代能源已成為許多國(guó)家關(guān)注的重大問題。研宄顯熱、潛熱和化學(xué)反應(yīng)蓄熱技術(shù)可以減小間歇能源供需之間的不匹配問題。潛熱蓄熱具有性能好、可靠性高、儲(chǔ)熱密度大和幾乎恒定的換熱溫度等優(yōu)勢(shì)，但相變材料的低熱導(dǎo)率限制了潛熱蓄熱技術(shù)的發(fā)展。
[0003]蓄熱過程時(shí)，由于沿高溫?fù)Q熱流體流動(dòng)方向，換熱流體與相變材料換熱溫差越來越小，導(dǎo)致入口段的相變材料容易過熱，出口段的相變材料不能有效熔化。傳統(tǒng)的等間距翅片蓄熱器相變材料整體利用率低，相變材料在換熱過程中不能完全熔化與凝固并參與換熱，由此產(chǎn)生的溫度與熱應(yīng)力不均分布，減少了相變材料和容器材料的壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)相變蓄熱器相變材料熱導(dǎo)率低、利用率低以及方形蓄熱容器局部熱應(yīng)力過高等問題，提出一種圓柱式結(jié)構(gòu)漸變翅片相變蓄熱器，包括:上端面、蓄熱殼體、環(huán)形翅片、換熱管束、相變材料、底面；蓄熱器整體結(jié)構(gòu)呈圓柱體，豎直布置；上端面和底面之間采用圓周陣列方式豎直布置多根換熱管束，換熱管束互相平行等間距；多個(gè)環(huán)形翅片平行于上端面和底面，并在上端面和底面之間水平布置，每一級(jí)的環(huán)形翅片與所有換熱管束相連，形成封閉通道，里面流動(dòng)換熱流體；蓄熱殼體將上端面和底面之間的圓柱體空間包裹起來，所形成的圓柱體空間中除去環(huán)形翅片與換熱管束形成封閉通道之外的其余空間存儲(chǔ)相變材料。
[0005]所述環(huán)形翅片的間距漸變，越靠近上端面的環(huán)形翅片間距越大，越靠近底面的環(huán)形翅片間距越小，翅片間距漸變尺寸根據(jù)溫度及換熱量沿軸向分布對(duì)應(yīng)布置。
[0006]所述環(huán)形翅片分為管束接口部分與翅片實(shí)體部分，管束接口部分是圓形通孔，直徑與換熱管束配合；管束接口部分呈圓周陣列等距布置在環(huán)形翅片上，具體數(shù)量根據(jù)蓄熱器具體換熱參數(shù)確定。
[0007]所述上端面裝有換熱流體入口，所述底面裝有換熱流體出口。
[0008]所述蓄熱殼體包括內(nèi)襯、高溫合金、絕熱層；內(nèi)襯為碳硅化合物，多層碳硅化合物使用碳硅纖維與中間高溫合金連接，絕熱層采用多層隔熱材料及真空絕熱。
[0009]所述相變材料選擇單純鹽或混合鹽作為相變材料，包括主蓄熱劑、防相分離劑、防過冷劑、相變溫度調(diào)節(jié)劑、相變促進(jìn)劑的成分，熔點(diǎn)溫度不低于300°C。
[0010]所述換熱管束的材料為高溫穩(wěn)定性合金，包括鉆基、鎳基。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明一種圓柱式結(jié)構(gòu)漸變翅片相變蓄熱器，利用相變材料配合換熱流體可以設(shè)計(jì)出與換熱溫度匹配較好的相變蓄熱器。間距漸變翅片可以減少入口段相變材料的過熱現(xiàn)象，增加出口段相變材料的熔化，改善相變材料整體蓄熱效果。翅片間距漸變度越匹配換熱溫差，翅片單元整體溫度分布越均勻，累積蓄熱量以及內(nèi)壁面熱流密度也越高，相變材料整體利用率越高。翅片可以阻礙自然對(duì)流的形成，有利于凝固過程。通過布置間距漸變整體環(huán)狀翅片，使蓄熱器換熱溫差更趨一致，減少相變材料局部過熱以及蓄熱容器熱應(yīng)力過高的現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的一種圓柱式結(jié)構(gòu)漸變翅片相變蓄熱器的結(jié)構(gòu)示意圖
[0013]圖2為蓄熱器主視圖
[0014]圖3為環(huán)形翅片結(jié)構(gòu)圖
[0015]其中，1-上端面、2-蓄熱殼體、3-環(huán)形翅片、4-換熱管束、5-相交材料、6_底面、7-換熱流體入口、8-換熱流體出口、301-管束接口部分、302-翅片實(shí)體部分。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，對(duì)實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明由上端面I，蓄熱殼體2，環(huán)形翅片3，換熱管束4，相變材料5，底面6組成。蓄熱器整體結(jié)構(gòu)呈圓柱體，豎直布置。環(huán)形翅片3水平布置，每一級(jí)的環(huán)形翅片3是一整體，根據(jù)蓄熱具體要求等距布置換熱管束4的接口。換熱管束4豎直互相平行等間距布置。換熱管束4中流動(dòng)換熱流體。環(huán)形翅片3之間儲(chǔ)存相變材料5，環(huán)形翅片3沿蓄熱過程換熱溫差減小方向翅片間距不斷減小。換熱流體通過環(huán)形翅片3和換熱管束4與相變材料5換熱。每?jī)蓚€(gè)相鄰的翅片將之間的相變材料分隔成單獨(dú)的換熱區(qū)域。
[0018]所述相變材料需要有合適的相變溫度，以及較高的比熱和潛熱以減少蓄熱單元的尺寸，同時(shí)相變材料必須表現(xiàn)出一致熔融性以減少不可逆的周期性損失，要選擇化學(xué)穩(wěn)定的相變材料以延長(zhǎng)蓄熱單元的壽命，此外還需考慮相變材料的安全性與經(jīng)濟(jì)性。
[0019]所述環(huán)形翅片選擇熱導(dǎo)率較高的材料。翅片間距隨著蓄熱過程換熱溫差減小的方向不斷減小，間距漸變度匹配溫差分布，換熱管束垂直通過翅片，換熱管束中的換熱流體通過管束表面以及翅片表面與相變材料換熱。同時(shí)翅片在凝固放熱過程可以阻止整體的自然對(duì)流，減緩自然對(duì)流對(duì)凝固放熱過程的影響。
[0020]如圖2所示，換熱流體入口 7在上端面I上，換熱流體出口 8在底面6上。
[0021]如圖3所示，環(huán)形翅片3分為管束接口部分301與翅片實(shí)體部分302，管束接口部分301是圓形通孔，直徑與換熱管束4配合。管束接口部分301呈圓周陣列等距布置在環(huán)形翅片3上，具體數(shù)量根據(jù)蓄熱器具體換熱參數(shù)確定。
[0022]熔化蓄熱過程，高溫的換熱流體通過上端面I的換熱流體入口 7進(jìn)入到換熱管束4中，流量平均分配到每個(gè)換熱單元管。高溫的換熱流體通過環(huán)形翅片3和換熱管束4與低溫的相變材料5進(jìn)行熱傳導(dǎo)換熱。沿高溫?fù)Q熱流體流動(dòng)方向，高溫?fù)Q熱流體與低溫相變材料5的換熱溫差不斷減小，為提高蓄熱器整體換熱效果，環(huán)形翅片3間距沿此方向不斷減小。最終換熱流體由底面6的換熱流體出口 8流出蓄熱器，完成一個(gè)換熱過程。
[0023]凝固放熱過程，低溫的換熱流體通過底面6的換熱流體出口 8流入蓄熱器，流量平均分配到換熱每個(gè)換熱單元管，高溫的相變材料5通過環(huán)形翅片3和換熱管束4與低溫的換熱流體主要進(jìn)行熱傳導(dǎo)換熱，換熱后的流體通過上端面I的換熱流體入口 7流出蓄熱器。自然對(duì)流的存在會(huì)減緩凝固過程，但由于多個(gè)環(huán)形翅片3將相變材料分隔成豎直方向上不同的獨(dú)立換熱區(qū)域來阻止整體的自然對(duì)流，可以在一定程度上強(qiáng)化凝固過程。
[0024]此實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種圓柱式結(jié)構(gòu)漸變翅片相變蓄熱器，其特征在于，包括:上端面、蓄熱殼體、環(huán)形翅片、換熱管束、相變材料、底面；蓄熱器整體結(jié)構(gòu)呈圓柱體，豎直布置；上端面和底面之間采用圓周陣列方式豎直布置多根換熱管束，換熱管束互相平行等間距；多個(gè)環(huán)形翅片平行于上端面和底面，并在上端面和底面之間水平布置，每一級(jí)的環(huán)形翅片與所有換熱管束相連，形成封閉通道，里面流動(dòng)換熱流體；蓄熱殼體將上端面和底面之間的圓柱體空間包裹起來，所形成的圓柱體空間中除去環(huán)形翅片與換熱管束形成封閉通道之外的其余空間存儲(chǔ)相變材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述蓄熱器，其特征在于，所述環(huán)形翅片的間距漸變，越靠近上端面的環(huán)形翅片間距越大，越靠近底面的環(huán)形翅片間距越小，翅片間距漸變尺寸根據(jù)溫度及換熱量沿軸向分布對(duì)應(yīng)布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述蓄熱器，其特征在于，所述環(huán)形翅片分為管束接口部分與翅片實(shí)體部分，管束接口部分是圓形通孔，直徑與換熱管束配合；管束接口部分呈圓周陣列等距布置在環(huán)形翅片上，具體數(shù)量根據(jù)蓄熱器具體換熱參數(shù)確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述蓄熱器，其特征在于，所述上端面裝有換熱流體入口，所述底面裝有換熱流體出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述蓄熱器，其特征在于，所述蓄熱殼體包括內(nèi)襯、高溫合金、絕熱層；內(nèi)襯為碳硅化合物，多層碳硅化合物使用碳硅纖維與中間高溫合金連接，絕熱層采用多層隔熱材料及真空絕熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述蓄熱器，其特征在于，所述相變材料選擇單純鹽或混合鹽作為相變材料，包括主蓄熱劑、防相分離劑、防過冷劑、相變溫度調(diào)節(jié)劑、相變促進(jìn)劑的成分，熔點(diǎn)溫度不低于300°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述蓄熱器，其特征在于，所述換熱管束的材料為高溫穩(wěn)定性合金，包括鉆基、镲基。
【專利摘要】本發(fā)明屬于蓄熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種圓柱式結(jié)構(gòu)漸變翅片相變蓄熱器，上端面(1)、蓄熱殼體(2)、環(huán)形翅片(3)、換熱管束(4)、相變材料(5)、底面(6)；上端面和底面之間采用圓周陣列方式豎直布置多根換熱管束，換熱管束互相平行等間距；多個(gè)環(huán)形翅片平行于上端面和底面，并在上端面和底面之間水平布置，每一級(jí)的環(huán)形翅片與所有換熱管束相連，形成封閉通道，里面流動(dòng)換熱流體；蓄熱殼體將上端面和底面之間的圓柱體空間包裹起來，里面存儲(chǔ)相變材料。所述環(huán)形翅片的間距漸變，越靠近底面的環(huán)形翅片間距越小，使蓄熱器換熱溫差更趨一致，減少相變材料局部過熱以及蓄熱容器熱應(yīng)力過高的現(xiàn)象。
【IPC分類】F28D20-02
【公開號(hào)】CN104864757
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510303521
【發(fā)明人】徐鴻飛, 杜小澤, 楊佳霖, 楊立軍
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年6月4日