相變蓄能增效控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提出將PCM相變材料內(nèi)置于薄壁的薄腔體內(nèi)封裝，形成薄腔體的管式封裝結(jié)構(gòu)，有效提升PCM相變蓄能融解和凝固轉(zhuǎn)化效率，縮短蓄熱和釋熱的過程時間；再者，針對PCM薄腔封裝體組成的管束排布模塊結(jié)構(gòu)利用各模塊橫置、豎置交替、同向間距錯排布置形成模塊組合結(jié)構(gòu)，造成傳熱流體多碰壁網(wǎng)狀混流，達到傳熱強化目的；同時，各模塊組合由折流板分隔形成多流程，實現(xiàn)了進一步增強對流換熱和變向流動多維沖刷PCM薄腔管束的紊流程度。
【專利說明】相變蓄能增效控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱能存儲、余熱回收、汽車熱管理等相關(guān)熱能工程領(lǐng)域，特別涉及蓄能結(jié)構(gòu)和相變傳熱提升的增效控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]潛熱蓄能是利用物質(zhì)在相變過程中，吸收或放出相變潛熱來進行能量儲存與釋放的能源利用技術(shù)。潛熱蓄能具有冷熱存儲量大和良好的恒溫特性，近些年得到了迅速的發(fā)展和利用。但是，在實際應(yīng)用結(jié)構(gòu)中受限于相變材料PCM(Phase Change Material)融解和凝固相變轉(zhuǎn)化速率較低的影響。因此，有效提升相變過程融解和凝固的傳熱效率是工程應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵所在。
[0003]目前，相變蓄能技術(shù)推進主要圍繞強化PCM相變材料傳熱物性能力提升的發(fā)展方向上，如相變材料改性、成分添加和新型相變材料開發(fā)，提高熱導(dǎo)率、潛熱和溫度界限。同時，圍繞相變蓄熱裝置結(jié)構(gòu)開展不斷的技術(shù)進步，如擴展表面、緊湊結(jié)構(gòu)和流程優(yōu)化。本發(fā)明提出針對相變蓄能采取薄腔束集、錯置混流蓄能增效控制方法，實現(xiàn)傳熱能力和速率的有效增強，提高融解和凝固相變傳熱的時效性。
[0004]多年來，相變蓄能裝置在不斷的技術(shù)進步中已有一些相關(guān)專利，如中國專利“可折疊式相變蓄能冷鏈冷藏箱(200910091411.5)”，提出在折疊保溫箱內(nèi)設(shè)置相變溫度與冷藏物溫度要求相適應(yīng)的相變蓄能袋或相變蓄能盒來實現(xiàn)冷藏保溫；中國專利“一種相變蓄能裝置(201010297543.6)”，提到在蓄能容器空間內(nèi)填充有相變蓄能材料同時布置若干組毛細管換熱結(jié)構(gòu)提高換熱效率；中國專利“車輛用蓄熱系統(tǒng)(200780032325.6)”，利用相變蓄熱器回收發(fā)動機余熱來實現(xiàn)發(fā)動機暖機、乘員艙預(yù)熱。但這些專利并沒有針對相變蓄能采取薄腔束集、錯置混流蓄能增效控制方法，實現(xiàn)傳熱效率提升。
[0005]在國際上，很早就提出并開展相變材料蓄能的研究，如美國專利“Phasechange material storage heater(5687706)'“Method of using a PCM slurry toenhance heat transfer in liquids (4911232)，，、“Thermal energy storage containersystem(4924935)'“Thermal energy storage apparatus using encapsulated phasechange material (4807696)”等。但是,沒有闡述微尺度結(jié)構(gòu)及置管束混流問題。事實上，相變蓄能技術(shù)在熱能工程領(lǐng)域國內(nèi)外已有很多研究和應(yīng)用，但迫于相變材料融解和凝固相變轉(zhuǎn)化遲滯時間長的問題，制約了相變蓄能技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。
[0006]本發(fā)明方法提出針對相變材料PCM采取薄壁薄腔體管式封裝結(jié)構(gòu)形成管束模塊，通過各模塊橫置、豎置交替、同向叉排布置及多流程設(shè)計，有效提升了 PCM相變蓄能融解和凝固轉(zhuǎn)化效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明將P CM相變材料內(nèi)置于薄壁的薄腔體內(nèi)封裝，形成薄腔體的管式封裝結(jié)構(gòu)，有效提升PCM相變蓄能融解和凝固轉(zhuǎn)化效率，縮短蓄熱和釋熱的過程時間；再者，針對PCM薄腔封裝體組成的管束排布模塊結(jié)構(gòu)利用各模塊橫置、豎置交替、同向間距錯排布置形成模塊組合結(jié)構(gòu)，造成傳熱流體多碰壁網(wǎng)狀混流，達到傳熱強化目的；同時，各模塊組合由折流板分隔形成多流程，實現(xiàn)了進一步增強對流換熱和變向流動多維沖刷PCM薄腔管束的紊流程度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1相變材料PCM薄腔封裝體結(jié)構(gòu)示意圖。其中陰影區(qū)域為薄腔體內(nèi)填充相變材料PCM區(qū)域。
[0009]圖2相變材料PCM管束排布模塊結(jié)構(gòu)示意圖。其中虛線框內(nèi)為相變材料PCM管束排布模塊結(jié)構(gòu)。
[0010]圖3管束橫置、豎置交替、同向間距錯排布置模塊組合結(jié)構(gòu)示意圖。其中虛線框內(nèi)為管束橫置、豎置交替排布的模塊組合結(jié)構(gòu)。
[0011]圖4蓄能換熱體內(nèi)多模塊組合、多流程蓄能增效控制示意圖。其中虛線框內(nèi)為蓄能換熱體結(jié)構(gòu)，換熱流體進入集合箱體后，在折流板制約下，沿箭頭所示多流程流動通道有序沖刷PCM集成模塊，實現(xiàn)蓄能增效。
[0012]圖中各部件的編號和對應(yīng)名稱如下:
[0013]圖1-4中:1-PCM相變材料、2-薄壁薄腔體、3_管束排布模塊結(jié)構(gòu)、4_模塊組合、5-蓄能換熱體、6-集合箱體、7-折流板、8-傳熱流體。
【具體實施方式】
[0014]如附圖所示，在本實施例中，將PCM相變材料I內(nèi)置于薄壁的薄腔體2內(nèi)進行封裝，形成管束排布模塊結(jié)構(gòu)3，實現(xiàn)了迅速導(dǎo)熱，達到PCM相變蓄能融解和凝固轉(zhuǎn)化效率的有效提升，縮短蓄熱和釋熱的過程時間。
[0015]再者，針對管束排布模塊結(jié)構(gòu)3采取橫置、豎置交替、同向間距錯排布置方式形成模塊組合結(jié)構(gòu)4，當(dāng)傳熱流體8進入集合箱體6入口后有序沖刷各模塊組合4中交錯布置的PCM薄腔管束模塊3，實現(xiàn)傳熱流體8由分層流動向網(wǎng)狀混流轉(zhuǎn)化。由于針對管束排布模塊結(jié)構(gòu)3同時采用同向間距錯排布置方式，進一步實現(xiàn)了網(wǎng)狀流動的錯位擾流，達到多碰壁流動傳熱強化目的，進一步促進了多維流動換熱。
[0016]同時，多個模塊組合4集合組成蓄能換熱體5，各模塊組合4在集合箱體6中由折流板7分隔，折流板7固定在蓄能換熱體5的上、下端面處，間隔分布形成各模塊組合5間多流程流動通道。傳熱流體8在折流板7的約束控制下，沿多流程流動通道有序沖刷模塊組合4，傳熱流體通過多流程實現(xiàn)了流動轉(zhuǎn)向和增加傳熱流程，提高了流動速率，實現(xiàn)進一步對流換熱和變向流動多維沖刷，增強了傳熱流體8沖刷PCM薄腔管束的紊流程度，有效提升了 PCM相變蓄能融解和凝固轉(zhuǎn)化效率，提高融解和凝固相變傳熱的時效性，達到相變蓄能增效目的。
[0017]
【權(quán)利要求】
1.相變蓄能增效控制方法，其特征在于將PCM相變材料(I)內(nèi)置于薄壁的薄腔體(2)內(nèi)封裝，形成薄腔體的管式封裝結(jié)構(gòu)，達到PCM相變蓄能融解和凝固轉(zhuǎn)化效率的有效提升，縮短蓄熱和釋熱的過程時間。
2.相變蓄能增效控制方法，其特征在于PCM薄腔封裝體組合成管束排布模塊結(jié)構(gòu)(3)，同時，各模塊(3)橫置、豎置交替布置形成模塊組合(4)，實現(xiàn)傳熱流體由分層流動向網(wǎng)狀混流轉(zhuǎn)化，達到多碰壁流動傳熱強化目的，進一步促進多維流動換熱。
3.相變蓄能增效控制方法，其特征在于模塊組合(4)的間隔同向排布模塊間采取間距錯排結(jié)構(gòu)，進一步實現(xiàn)網(wǎng)狀流動的錯位擾流，提高傳熱能力。
4.相變蓄能增效控制方法，其特征在于由多個模塊組合(4)集合組成蓄能換熱體(5)，各模塊組合在集合箱體(6)中由折流板(7)分隔，形成多流程。傳熱流體通過多流程實現(xiàn)流動轉(zhuǎn)向和增加傳熱流程，實現(xiàn)了進一步增強對流換熱和變向流動多維沖刷PCM薄腔管束的紊流程度。
【文檔編號】F28D20/02GK103557732SQ201310570945
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】張?zhí)鞎r, 高青, 高淳, 王國華 申請人:吉林大學(xué)