一種三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)包括若干儲能子模塊、脈動熱管、翅片、儲能箱體、相變材料，放熱流道，充熱流道，密封墊片。脈動熱管的上中下三個部分分別布滿翅片，翅片分別置于放熱流道、儲能箱體和充熱流道中，相變材料填充在儲能箱體中。本發(fā)明合理地將脈動熱管的高導熱性以及結(jié)構(gòu)靈活成本低廉等優(yōu)勢和相變材料高潛熱的優(yōu)勢結(jié)合在一起，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，系統(tǒng)外形可以根據(jù)實際結(jié)構(gòu)靈活改變，并可多個子模塊進行連接組成大儲能系統(tǒng)。本發(fā)明的若干個儲能子模塊經(jīng)過適當組合與設計后，適用于多種工業(yè)余熱回收利用，具有廣闊的市場前景和環(huán)保價值。
【專利說明】
一種三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)余熱利用與熱能存儲領域，具體涉及一種三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟和社會的發(fā)展，能源消耗和環(huán)境污染成為主要問題，節(jié)能減排日益迫切。我國工業(yè)耗能占全國總耗能的70%左右，能耗較大，其中工業(yè)余熱利用率低，能量沒有得到充分利用是重要原因，我國能源利用率僅約為33%，至少約有50%的耗能以各種形式的余熱被排掉，因此，我國余熱資源十分豐富，余熱回收利用能夠進一步提高能源利用效率，從而減少化石燃料使用量，降低污染物排放。
[0003]近些年來，工業(yè)余熱回收利用已引起國家政府以及許多科研院所和企業(yè)的關注。目前，工業(yè)余熱利用技術(shù)主要包括熱交換技術(shù)、熱功轉(zhuǎn)換技術(shù)以及制冷制熱技術(shù)。蓄熱式熱交換器屬于熱交換技術(shù)中的一種，主要原理是冷熱流體交替流過蓄熱元件進行熱量交換。相變材料在熱能存儲與利用上潛力巨大，脈動熱管既可以用其優(yōu)勢彌補相變材料導熱系數(shù)低的問題，也能連通相變材料與冷熱流體，作為良好的熱傳輸媒介。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，具有儲熱量大，儲放熱速度快，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，組裝方便，安全性高，便于維護，壽命使用長等優(yōu)點。儲能系統(tǒng)既能夠作為固定式儲能系統(tǒng)，也能作為移動式儲能系統(tǒng)，儲熱過程和放熱過程可以同步進行，也可以分開進行，可以解決儲熱和放熱的時間以及空間不匹配的問題。
[0005]技術(shù)方案:一種三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，包括兩個以上的儲能子模塊，所述儲能子模塊包括放熱流道、儲能箱體、充熱流道、脈動熱管;所述放熱流道與儲能箱體的一端連接，而儲能箱體的另一端與充熱流道相連接;所述脈動熱管由上到下依次設置有上翅片、中翅片以及下翅片，且所述上翅片放置于放熱流道中，中翅片放置于儲能箱體中，而下翅片放置于充熱流道中；所述儲能箱體與中翅片之間填充有相變材料;相鄰的儲能子模塊之間上端通過放熱流道相互連接，下端通過充熱流道相互連接。
[0006]優(yōu)選的，相互連接的放熱流道之間設置有第一密封墊片；相互連接的充熱流道之間設置有第二密封墊片。
[0007]優(yōu)選的，所述第一密封墊片、第二密封墊片均采用聚四氟乙烯或聚乙烯耐腐蝕材料;所述脈動熱管的工質(zhì)為微納膠囊相變材料乳液或者納米流體;所述相變材料為膨脹石墨材料與普通有機相變材料復合的相變材料或微膠囊相變材料。
[0008]優(yōu)選的，所述中翅片開設有一個以上的孔。
[0009]優(yōu)選的，相鄰的上翅片之間進行錯列布置;且相鄰的下翅片之間進行錯列布置。
[0010]優(yōu)選的，所述儲能箱體為夾層結(jié)構(gòu)，夾層中間抽真空，或者夾層中間填充保溫材料，或者夾層中間填充相變材料。
[0011 ]優(yōu)選的，所述脈動熱管的端部設置有注液端口，且所述注液端口露出在放熱流道的外面或充熱流道的外面。
[0012]優(yōu)選的，所述放熱流道、充熱流道均為漸縮型結(jié)構(gòu)，且沿著工質(zhì)流動方向，流道逐漸變窄。
[0013]優(yōu)選的，所述脈動熱管的啟動溫度低于所述相變材料的相變溫度。
[0014]有益效果:本發(fā)明提供了一種三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，合理地將脈動熱管的高導熱性以及結(jié)構(gòu)靈活、成本低廉等優(yōu)勢和相變材料高潛熱的優(yōu)勢結(jié)合在一起，脈動熱管作為連通余熱源、儲熱介質(zhì)以及用戶的橋梁，起到高效傳輸熱量的作用;儲能子模塊結(jié)構(gòu)緊湊簡單，單個儲能子模塊便于維修和更換;脈動熱管管壁上的錯列布置和開有若干小孔的翅片可以在較大程度上提高儲熱和放熱效率，并且三維脈動熱管的幾何結(jié)構(gòu)和安裝方式可以根據(jù)實際應用情況調(diào)整;儲能箱體經(jīng)過特殊保溫設計，能大大減少熱損耗。
[0015]本發(fā)明中儲能子模塊本身具有優(yōu)良的儲熱和放熱能力，針對不同儲熱溫度范圍，更換相變材料種類，脈動熱管工質(zhì)種類，脈動熱管管壁材質(zhì)種類可以滿足要求，由本儲能子模塊組成的大型儲能系統(tǒng)只需要進行簡單的結(jié)構(gòu)設計即可滿足不同儲熱規(guī)模的要求，具有廣闊的市場前景和環(huán)保價值。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的三維脈動熱管/相變材料耦合儲能系統(tǒng)的示意圖；
[0017]圖2是單個儲能子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3a是單個儲能子模塊正視圖，圖3b是單個儲能子模塊側(cè)視圖，圖3c是單個儲能子模塊俯視圖；
[0019]圖4a是圖3a中單個儲能子模塊的A-A向剖視圖，圖4b是圖3a中單個儲能子模塊的B-B向剖視圖；
[0020]圖5a是三維脈動熱管的脈動熱管等軸測圖，圖5b是三維脈動熱管的脈動熱管正視圖，圖5c是圖5b中A部分的局部放大圖。
【具體實施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的具體說明。
[0022]如附圖所示，一種三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，包括兩個以上的儲能子模塊I，儲能子模塊I包括放熱流道2、儲能箱體3、充熱流道4、脈動熱管5;放熱流道2與儲能箱體3的一端焊接連在一起，而儲能箱體3的另一端與充熱流道4相焊接連在一起，或通過其他密封連接方式連在一起;脈動熱管5由上到下依次設置有上翅片51、中翅片52以及下翅片53，且上翅片51放置于放熱流道2中，中翅片52放置于儲能箱體3中，而下翅片53放置于充熱流道4中；儲能箱體3與中翅片52之間填充有相變材料6;相鄰的儲能子模塊I之間上端通過放熱流道2相互連接，下端通過充熱流道4相互連接。
[0023]相互連接的放熱流道2之間設置有第一密封墊片21;相互連接的充熱流道4之間設置有第二密封墊片41;能有效防止放熱流道2和充熱流道4中的流體泄露。
[0024]翅片形狀結(jié)構(gòu)豐富多樣，可以采用高導熱不銹鋼、銅、鋁合金等材料。
[0025]第一密封墊片21、第二密封墊片41均采用聚四氟乙烯或聚乙烯耐腐蝕材料;脈動熱管5的工質(zhì)可以采用單種物質(zhì)，比如水、乙醇、低熔點金屬等，可以為多種物質(zhì)組成的混合物，比如水/乙二醇溶液等，可以為微納膠囊相變材料乳液或納米流體等。脈動熱管5為三維脈動熱管，其管材可以為銅、不銹鋼以及其他金屬、合金等，其幾何外形和安裝方式可以根據(jù)實際情況進行改變，具有良好的可塑性和適應性。相變材料6可以采用有機相變材料，比如石蠟、脂肪酸等，可以為無機相變材料，比如熔鹽相變材料等，可以為膨脹石墨等導熱系數(shù)高的材料與普通有機相變材料復合的相變材料或微膠囊相變材料等。
[0026]中翅片52開設有一個以上的小孔。既可以提高填充相變材料的量，提高儲熱能力，又不影響相變材料與脈動熱管之間的換熱效率。
[0027]相鄰的上翅片51之間進行錯列布置;且相鄰的下翅片53之間進行錯列布置。用來破壞流動邊界層，如圖5c中的放大圖所示，進而提高換熱性能。
[0028]儲能箱體3為夾層結(jié)構(gòu)，夾層中間抽真空，或者夾層中間填充保溫材料，或者夾層中間填充相變材料。
[0029]脈動熱管5上設置有注液端口511，且注液端口 511露出在放熱流道2的外面或充熱流道4的外面。方便對脈動熱管內(nèi)部工質(zhì)進行更換。
[0030]放熱流道2、充熱流道4均為漸縮型結(jié)構(gòu)，且沿著工質(zhì)流動方向，流道逐漸變窄。用來提高流道內(nèi)部不同部位換熱能力一致性。
[0031 ]脈動熱管5的啟動溫度低于相變材料的相變溫度。
[0032]放熱流道2或充熱流道4的布置位置可以互換，或者能夠根據(jù)實際情況，同時作為放熱流道和充熱流道。
[0033]儲能系統(tǒng)采用脈動熱管作為傳熱媒介，不需要通過其他流動介質(zhì)傳熱，節(jié)約栗耗。
[0034]儲能系統(tǒng)既能夠作為固定式儲能系統(tǒng)，也能作為移動式儲能系統(tǒng)。儲能系統(tǒng)的儲熱過程和放熱過程可以同步進行，也可以分開進行。解決儲熱和放熱的時間以及空間不匹配問題。
[0035]本發(fā)明合理地將脈動熱管的高導熱性以及結(jié)構(gòu)靈活、成本低廉等優(yōu)勢和相變材料高潛熱的優(yōu)勢結(jié)合在一起，高溫流體經(jīng)過下流道，與脈動熱管上布滿翅片的蒸發(fā)段換熱，熱量由脈動熱管輸送到中部的儲能箱體區(qū)域，脈動熱管中部的翅片將熱量迅速地向相變材料傳遞，相變材料通過潛熱或顯熱將熱量進行存儲，儲存的熱量通過脈動熱管輸送到上部，通過上部翅片向換熱介質(zhì)快速放熱。所設計出的儲能子模塊具有結(jié)構(gòu)緊湊簡單，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，系統(tǒng)外形可以根據(jù)實際結(jié)構(gòu)靈活改變，并可多個子模塊進行連接組成大儲能系統(tǒng)。本發(fā)明的若干個儲能子模塊經(jīng)過適當組合與設計后，適用于多種工業(yè)余熱回收利用，具有廣闊的市場前景和環(huán)保價值。
[0036]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，其特征在于:包括兩個以上的儲能子模塊(I)，所述儲能子模塊(I)包括放熱流道(2)、儲能箱體(3)、充熱流道(4)、脈動熱管(5);所述放熱流道(2)與儲能箱體(3)的一端連接，而儲能箱體(3)的另一端與充熱流道(4)相連接;所述脈動熱管(5)由上到下依次設置有上翅片(51)、中翅片(52)以及下翅片(53)，且所述上翅片(51)放置于放熱流道(2)中，中翅片(52)放置于儲能箱體(3)中，而下翅片(53)放置于充熱流道(4)中；所述儲能箱體(3)與中翅片(52)之間填充有相變材料(6);相鄰的儲能子模塊(I)之間上端通過放熱流道(2)相互連接，下端通過充熱流道(4)相互連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，其特征在于:相互連接的放熱流道(2)之間設置有第一密封墊片(21);相互連接的充熱流道(4)之間設置有第二密封墊片(41)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，其特征在于:所述第一密封墊片(21)、第二密封墊片(41)均采用聚四氟乙烯或聚乙烯耐腐蝕材料;所述脈動熱管(5)的工質(zhì)為微納膠囊相變材料乳液或者納米流體;所述相變材料(6)為膨脹石墨材料與普通有機相變材料復合的相變材料或微膠囊相變材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，其特征在于:所述中翅片(52)開設有一個以上的孔。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，其特征在于:所述上翅片(51)為多列，且相鄰的上翅片列之間錯列布置;下翅片(53)為多列，且相鄰的下翅片列之間錯列布置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，其特征在于:所述儲能箱體(3)為夾層結(jié)構(gòu)，夾層中間抽真空，或者夾層中間填充保溫材料，或者夾層中間填充相變材料。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，其特征在于:所述脈動熱管(5)的端部設置有注液端口(511)，且所述注液端口(511)露出在放熱流道(2)的外面或充熱流道(4)的外面。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，其特征在于:所述放熱流道(2)、充熱流道(4)均為漸縮型結(jié)構(gòu)，且沿著工質(zhì)流動方向，流道逐漸變窄。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述三維脈動熱管相變材料耦合儲能系統(tǒng)，其特征在于:所述脈動熱管(5)的啟動溫度低于所述相變材料的相變溫度。
【文檔編號】F28D15/02GK105890413SQ201610268189
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】饒中浩, 趙佳騰
【申請人】中國礦業(yè)大學