本發(fā)明涉及一種相變材料與發(fā)散熱管耦合儲(chǔ)能系統(tǒng)，屬于工業(yè)余熱存儲(chǔ)與利用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步，能源消耗巨大和環(huán)境污染嚴(yán)重成為兩大難題，節(jié)能減排的要求日益迫切。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(jìn)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。

目前，工業(yè)余熱回收利用問題已經(jīng)得到政府、科研院所以及企業(yè)的關(guān)注。在現(xiàn)有的技術(shù)種類中，工業(yè)余熱利用技術(shù)主要分為熱功轉(zhuǎn)換技術(shù)、熱交換技術(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(jìn)行熱量交換。相變材料在熱能存儲(chǔ)與利用上潛力巨大，脈動(dòng)熱管的熱輸送性能較強(qiáng)，能夠作為連同熱源、儲(chǔ)熱源和用戶的良好的熱傳輸媒介。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種相變材料與發(fā)散熱管耦合儲(chǔ)能系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、組裝方便、成本較低等特點(diǎn)，利用相變材料的高潛熱性和脈動(dòng)熱管的高導(dǎo)熱性，有效提高工業(yè)余熱的回收利用率，且使用靈活多變。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種相變材料與發(fā)散熱管耦合儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括若干同中心軸線串聯(lián)的儲(chǔ)能單元，且所述儲(chǔ)能單元包括由內(nèi)向外同心設(shè)置的充熱流道、放熱環(huán)道及儲(chǔ)能環(huán)道；相鄰的儲(chǔ)能單元之間的充熱流道、放熱環(huán)道和儲(chǔ)能環(huán)道均通過卡槽配合連接，且各自連通；

其中，所述儲(chǔ)能單元內(nèi)設(shè)置有發(fā)散型脈動(dòng)熱管，且發(fā)散型脈動(dòng)熱管包括若干沿儲(chǔ)能單元周向均布的脈動(dòng)熱管分支；所述脈動(dòng)熱管分支包括位于充熱流道內(nèi)的蒸發(fā)段、位于放熱環(huán)道內(nèi)的輸送段及位于儲(chǔ)能環(huán)道內(nèi)的冷凝段，且相鄰的脈動(dòng)熱管分支之間通過蒸發(fā)段的根部端口依次連通，使得發(fā)散型脈動(dòng)熱管整體構(gòu)成一個(gè)閉合回路；所述儲(chǔ)能環(huán)道內(nèi)填充有與冷凝段緊密接觸的相變材料，且首尾兩端的儲(chǔ)能單元上設(shè)置有放熱環(huán)道端蓋及儲(chǔ)能環(huán)道端蓋。

因此，中心流道可以直接連接熱源，放熱環(huán)道可以直接連接冷源，脈動(dòng)熱管作為連通余熱源、儲(chǔ)熱介質(zhì)以及用戶的紐帶，起到高效輸送熱量的作用；儲(chǔ)能單元的結(jié)構(gòu)緊湊簡單，單個(gè)儲(chǔ)能單元便于維修和更換；所述儲(chǔ)能單元同時(shí)含有充熱流道和放熱環(huán)道，既可以同時(shí)完成儲(chǔ)能和釋能的過程，也可以分開進(jìn)行儲(chǔ)能和釋能的過程，系統(tǒng)外形可以根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)靈活改變，多個(gè)儲(chǔ)能單元進(jìn)行連接組成大儲(chǔ)能釋能系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述卡槽內(nèi)設(shè)置有耐高溫耐腐蝕的密封墊圈，有效阻止連接處的流體或相變材料的泄露，從而保證充熱流道、放熱環(huán)道和儲(chǔ)能環(huán)道之間的密封性。

優(yōu)選的，所述脈動(dòng)熱管分支的蒸發(fā)段、輸送段及冷凝段可采用直線形、圓弧形或螺旋線形結(jié)構(gòu)，發(fā)散型脈動(dòng)熱管分支上的三部分，幾何形狀結(jié)構(gòu)豐富，可根據(jù)實(shí)際的熱傳輸需要涉及脈動(dòng)熱管的形狀結(jié)構(gòu)，以保證換熱效率。

優(yōu)選的，所述脈動(dòng)熱管分支上布置有翅片，根據(jù)實(shí)際情況來決定脈動(dòng)熱管上的不同部位是否布置翅片，以提高換熱效率。

優(yōu)選的，所述發(fā)散型脈動(dòng)熱管內(nèi)的工質(zhì)可采用自濕潤流體、微納膠囊相變材料乳液或納米流體，比如水/庚醇溶液、金屬納米水溶液等。

優(yōu)選的，所述相變材料為中高溫相變材料或中低溫相變材料，具體可為復(fù)合相變材料、膠囊相變材料或金屬基相變材料等，比如熔鹽、水合鹽或zn-mg合金相變材料等。

優(yōu)選的，所述發(fā)散型脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)溫度低于所述相變材料的相變溫度。相變材料的相變溫度指發(fā)生相變過程時(shí)的溫度，包括潛熱吸收和潛熱釋放過程，脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)溫度指脈動(dòng)熱管內(nèi)部氣液塞持續(xù)振蕩所需維持的最低溫度，此時(shí)脈動(dòng)熱管具有極高的熱輸送能力。只有當(dāng)脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)溫度低于相變材料的相變溫度，在相變材料放熱的過程中，脈動(dòng)熱管內(nèi)部的工質(zhì)才能夠維持振蕩狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述儲(chǔ)能環(huán)道的外壁為夾層結(jié)構(gòu)，夾層中間可進(jìn)行抽真空、填充保溫材料或者填充相變材料，通過特殊的保溫設(shè)計(jì)，大大減少儲(chǔ)能環(huán)道的熱損耗。

優(yōu)選的，所述儲(chǔ)能單元之間可根據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整，用來調(diào)節(jié)不同儲(chǔ)能單元之間發(fā)散型脈動(dòng)熱管的相對位置，以調(diào)節(jié)流道內(nèi)的流動(dòng)阻力，從而調(diào)節(jié)流體與脈動(dòng)熱管間的換熱效率，進(jìn)而提高該系統(tǒng)的儲(chǔ)放熱效率。

有益效果：本發(fā)明提供的一種相變材料與發(fā)散熱管耦合儲(chǔ)能系統(tǒng)，相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，組裝方便，成本較低，便于維修和更換，利用相變材料的高潛熱性和脈動(dòng)熱管的高導(dǎo)熱性，大大提高了工業(yè)余熱的回收利用率；2、既能夠作為固定式，也能作為移動(dòng)式，儲(chǔ)能和釋能過程可以同步進(jìn)行，也可以分開進(jìn)行，從而解決了儲(chǔ)能和釋能過程在時(shí)間和空間上不相匹配的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種相變材料與發(fā)散熱管耦合儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中單個(gè)儲(chǔ)能單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中單個(gè)儲(chǔ)能單元的等軸測視圖；

圖4是實(shí)施例一中發(fā)散型脈動(dòng)熱管的示意圖；

圖5是實(shí)施例二中發(fā)散型脈動(dòng)熱管的示意圖；

圖6是實(shí)施例三中發(fā)散型脈動(dòng)熱管的示意圖；

圖7是實(shí)施例四中發(fā)散型脈動(dòng)熱管的示意圖；

圖8是實(shí)施例五中發(fā)散型脈動(dòng)熱管的示意圖；

圖中包括：1、儲(chǔ)能單元，2、充熱流道，3、放熱環(huán)道，4、儲(chǔ)能環(huán)道，5、卡槽，6、脈動(dòng)熱管分支，7、蒸發(fā)段，8、輸送段，9、冷凝段，10、相變材料，11、放熱環(huán)道端蓋，12、儲(chǔ)能環(huán)道端蓋，13、翅片，14、根部端口，15、外壁。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例一：

如圖1所示為一種相變材料與發(fā)散熱管耦合儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括若干同中心軸線串聯(lián)的儲(chǔ)能單元1，所述儲(chǔ)能單元1包括由內(nèi)向外同心設(shè)置的充熱流道2、放熱環(huán)道3及儲(chǔ)能環(huán)道4；相鄰的儲(chǔ)能單元1之間的充熱流道2、放熱環(huán)道3和儲(chǔ)能環(huán)道4均通過卡槽5配合連接，且各自連通；

其中，所述儲(chǔ)能單元1內(nèi)設(shè)置有發(fā)散型脈動(dòng)熱管，且發(fā)散型脈動(dòng)熱管包括若干沿儲(chǔ)能單元1周向均布的脈動(dòng)熱管分支6；所述脈動(dòng)熱管分支6包括位于充熱流道2內(nèi)的蒸發(fā)段7、位于放熱環(huán)道3內(nèi)的輸送段8及位于儲(chǔ)能環(huán)道4內(nèi)的冷凝段9，且相鄰的脈動(dòng)熱管分支6之間通過蒸發(fā)段7的根部端口14依次連通，使得發(fā)散型脈動(dòng)熱管整體構(gòu)成一個(gè)閉合回路；所述儲(chǔ)能環(huán)道4內(nèi)填充有與冷凝段9緊密接觸的相變材料10，且首尾兩端的儲(chǔ)能單元1上設(shè)置有放熱環(huán)道端蓋11及儲(chǔ)能環(huán)道端蓋12。

所述卡槽5內(nèi)設(shè)置有耐高溫耐腐蝕的密封墊圈，有效阻止連接處的流體或相變材料10的泄露；如圖3所示，所述儲(chǔ)能環(huán)道4的外壁15為夾層結(jié)構(gòu)，夾層中間可進(jìn)行抽真空、填充保溫材料或者填充相變材料10，以減小熱損耗。

發(fā)散型脈動(dòng)熱管分支6上的三部分，幾何形狀結(jié)構(gòu)豐富。如圖2、4所示，本實(shí)施例中，所述脈動(dòng)熱管分支6的蒸發(fā)段7及輸送段8呈直線形，其上布置有翅片13，且冷凝段9呈耳形。

所述發(fā)散型脈動(dòng)熱管的材質(zhì)為耐溫耐壓耐腐蝕高導(dǎo)熱材料，可以為紫銅、不銹鋼以及其他金屬、合金等；所述發(fā)散型脈動(dòng)熱管的工質(zhì)可采用自濕潤流體、微納膠囊相變材料乳液或納米流體，比如水/庚醇溶液、金屬納米水溶液。

所述相變材料10為中高溫相變材料或中低溫相變材料，具體可為復(fù)合相變材料、膠囊相變材料或金屬基相變材料等，比如熔鹽、水合鹽或zn-mg合金相變材料。

所述發(fā)散型脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)溫度低于所述相變材料10的相變溫度。

所述儲(chǔ)能單元1之間可根據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整，用來調(diào)節(jié)不同儲(chǔ)能單元1之間發(fā)散型脈動(dòng)熱管的相對位置，以調(diào)節(jié)流道內(nèi)的流動(dòng)阻力，從而提高流道內(nèi)流體與脈動(dòng)熱管的換熱能力。

該儲(chǔ)能系統(tǒng)采用發(fā)散型脈動(dòng)熱管作為熱輸送媒介，不需要其他強(qiáng)制流動(dòng)的傳熱介質(zhì)，節(jié)約能耗；儲(chǔ)能釋能裝置既能夠作為固定式，也能作為移動(dòng)式。這里的移動(dòng)式指所設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能系統(tǒng)不需要與熱源固定在一起，其儲(chǔ)熱過程和放熱過程可在不同的地方進(jìn)行，比如在工廠進(jìn)行儲(chǔ)熱，因?yàn)閮?chǔ)熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較靈活，可以通過卡車運(yùn)動(dòng)需要的地方進(jìn)行放熱。

本發(fā)明合理地將相變材料高潛熱的優(yōu)勢和脈動(dòng)熱管的高導(dǎo)熱性結(jié)構(gòu)靈活以及成本低廉等優(yōu)勢結(jié)合在一起，余熱流體經(jīng)過中心的充熱流道，與發(fā)散型脈動(dòng)熱管根部的蒸發(fā)段換熱，熱量由脈動(dòng)熱管輸送到端部的儲(chǔ)能環(huán)道區(qū)域，脈動(dòng)熱管上的翅片能夠提高換熱效率，相變材料通過顯熱形式或潛熱形式存儲(chǔ)熱量，儲(chǔ)存的熱量通過脈動(dòng)熱管輸送到中部，向換熱介質(zhì)快速放熱。因此，儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)熱過程和放熱過程可以同步進(jìn)行，也可以分開進(jìn)行，解決了儲(chǔ)熱和放熱在時(shí)間以及空間上的不匹配問題。

本發(fā)明中，所述儲(chǔ)能單元的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，系統(tǒng)外形可以根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)靈活改變，并可多個(gè)單元進(jìn)行連接組成大儲(chǔ)能系統(tǒng)。本發(fā)明的若干個(gè)儲(chǔ)能單元經(jīng)過適當(dāng)組合與設(shè)計(jì)后，適用于多種工業(yè)余熱回收利用，具有潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保價(jià)值。

所述儲(chǔ)能單元本身具有優(yōu)良的儲(chǔ)熱和放熱能力，針對不同儲(chǔ)熱溫度范圍，更換相變材料種類，脈動(dòng)熱管工質(zhì)種類，脈動(dòng)熱管管壁材質(zhì)種類可以滿足要求。

實(shí)施例二：

如圖5所示，本實(shí)施例中，所述脈動(dòng)熱管分支6的冷凝段9呈圓形結(jié)構(gòu)，其他實(shí)施方式與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例三：

如圖6所示，本實(shí)施例中，所述脈動(dòng)熱管分支6的冷凝段9呈波浪形結(jié)構(gòu)，其他實(shí)施方式與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例四：

如圖7所示，本實(shí)施例中，所述脈動(dòng)熱管分支6的冷凝段9呈三維螺旋形結(jié)構(gòu)，其他實(shí)施方式與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例五：

如圖8所示，本實(shí)施例中，所述脈動(dòng)熱管分支6的輸送段8呈半圓形結(jié)構(gòu)，其他實(shí)施方式與實(shí)施例一相同。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)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(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。