本發(fā)明屬于相變儲(chǔ)能，尤其涉及一種基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源危機(jī)的加劇，節(jié)能成為了迫切的需求。建筑行業(yè)作為能耗大戶，占全球總能耗約40%，因此，建筑節(jié)能成為了研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。相變儲(chǔ)熱技術(shù)作為一種高效、環(huán)保的能源儲(chǔ)存和利用方式，在建筑節(jié)能方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值，相變儲(chǔ)熱技術(shù)能夠?qū)崮軆?chǔ)存于相變材料中，通過材料的相變吸收或釋放熱量，實(shí)現(xiàn)能量的長期儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)。這種技術(shù)可以有效地解決能源供應(yīng)與需求不匹配的問題，提高能源利用效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)建筑能源的高效利用和節(jié)能減排。因此，開展相變儲(chǔ)熱技術(shù)研究對(duì)于推動(dòng)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

2、現(xiàn)有儲(chǔ)熱性能強(qiáng)化技術(shù)主要分為三種：有源技術(shù)、無源技術(shù)和復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)。其中，無源技術(shù)由于造價(jià)較低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)在相變蓄熱裝置中應(yīng)用十分廣泛。增加翅片屬于典型的無源強(qiáng)化技術(shù)。增加翅片可以有效拓展相變蓄熱裝置的傳熱面積，加強(qiáng)了導(dǎo)熱，從而加快了儲(chǔ)熱速率。

3、相變過程中，相變儲(chǔ)能裝置中的相變儲(chǔ)能材料與熱流體之間的熱量傳遞主要依靠導(dǎo)熱和自然對(duì)流。由于相變儲(chǔ)能材料本身不易導(dǎo)熱，現(xiàn)有技術(shù)的翅片式儲(chǔ)能裝置中，主要是矩形翅片，在兩片翅片之間中部的相變儲(chǔ)能材料熱傳導(dǎo)不均勻，儲(chǔ)熱速率和效率都很低。申請(qǐng)?zhí)枮閏n202311041101.9的發(fā)明專利公開了一種具有開孔樹形仿生翅片的水平相變蓄熱裝置，在熱水管的圓周上均勻布置有多個(gè)用于對(duì)相變材料進(jìn)行換熱的開孔樹形仿生翅片。與傳統(tǒng)的矩形翅片管式相變蓄熱裝置相比，其在換熱面積上有較大的優(yōu)勢(shì)。但是樹形仿生翅片、分形翅片等異形翅片加工難度大、成本較高，不便于工程應(yīng)用。因此，有必要提出新型的翅片強(qiáng)化技術(shù)及相應(yīng)的相變儲(chǔ)熱裝置，解決儲(chǔ)熱性能強(qiáng)化和低成本之間的矛盾問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置及應(yīng)用，考慮加工的難易程度，在常規(guī)矩形翅片基礎(chǔ)上通過分割、折彎的簡(jiǎn)易加工工序，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱速率和儲(chǔ)熱效率的顯著提升。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置，包括密封的圓柱形殼體，設(shè)置于殼體內(nèi)與殼體同軸的翅片管，還包括設(shè)置于殼體與翅片管之間蓄熱腔室內(nèi)的相變材料，所述翅片管包括位于中心的圓形基管和焊接于基管表面的多個(gè)翅片，每個(gè)翅片包括連接于基管外表面沿著長度方向延伸的主翅片以及連接于主翅片頂部的分支翅片組，所述分支翅片組包括分支翅片一組和分支翅片二組，分支翅片一組包括多個(gè)分支翅片一，分支翅片二組包括多個(gè)分支翅片二，分支翅片一和分支翅片二高度寬度均相同，每個(gè)分支翅片一和分支翅片二相鄰且彎折方向相反，且每個(gè)主翅片頂部的分支翅片一和分支翅片二依次交替出現(xiàn)；多個(gè)翅片在基管外周呈輻射狀均勻排布于蓄熱腔室內(nèi)，所述相變材料填充于蓄熱腔室中包裹于翅片管上。

4、進(jìn)一步的，所述翅片管基管外周相鄰翅片間分支翅片一彎折方向呈對(duì)稱或相同設(shè)置。

5、進(jìn)一步的，所述翅片管外周向上翅片數(shù)量不少于4個(gè)。

6、進(jìn)一步的，所述翅片管中每個(gè)分支翅片沿基管徑向上的高度與翅片總高度的比值為0.4-0.7，翅片總高度為分支翅片與主翅片的高度和。

7、進(jìn)一步的，所述翅片管沿管子軸向上每個(gè)分支翅片的寬度和主翅片寬度的比值為0.020-0.063。

8、進(jìn)一步的，所述翅片管中翅片外緣外接圓直徑與殼體內(nèi)壁面直徑的比值為0.80-0.95。

9、進(jìn)一步的，所述翅片管中分叉翅片的折彎角度與最大允許折彎角度的比值為0.45-0.75。

10、進(jìn)一步的，所述蓄熱裝置內(nèi)翅片管材料為鋼或鋁合金或者銅；所述相變材料為水合鹽類或石蠟或脂肪酸類相變材料。

11、一種基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置的應(yīng)用，將其用于廢水余熱存儲(chǔ)中，特別是用于釀酒廠冷卻用水的存儲(chǔ)利用中。當(dāng)水溫為65℃，呈間歇供應(yīng)，相變材料采用熔點(diǎn)為52℃的石蠟時(shí)。與采用傳統(tǒng)縱向直翅片的相變儲(chǔ)熱裝置相比，本發(fā)明相變儲(chǔ)熱裝置中，相變材料的完全熔化時(shí)間縮短21.7%，在相同時(shí)刻，溫度場(chǎng)更均勻，且溫度更高，具有更有效的傳熱特性，熱量能夠快速滲透，儲(chǔ)熱量增加了24.2%，可見本發(fā)明的相變儲(chǔ)熱裝置的儲(chǔ)熱性能顯著提升。

12、本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是：

13、1.本發(fā)明雙向交錯(cuò)翅片抑制了流動(dòng)邊界層在翅片表面的生長，強(qiáng)化了各個(gè)離散區(qū)域內(nèi)相變材料的自然對(duì)流過程，提高了翅片傳熱效率和儲(chǔ)熱速率；

14、2.本發(fā)明雙向交錯(cuò)翅片將熱量更加均勻地傳遞到蓄熱腔室內(nèi)整個(gè)相變材料中，使熔化更加均勻；

15、3.本發(fā)明能夠有效增強(qiáng)翅片管式相變儲(chǔ)熱裝置的儲(chǔ)熱性能，相對(duì)于傳統(tǒng)的縱向直翅片式相變儲(chǔ)熱裝置其儲(chǔ)熱效率可以提高20%左右，相同時(shí)間下儲(chǔ)熱量可以增加20%以上；

16、4.本發(fā)明對(duì)原有的縱向直翅片進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，通過雙向交錯(cuò)翅片實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱裝置內(nèi)各區(qū)域相變材料的同步快速熔化；本發(fā)明所述的這種雙向交錯(cuò)翅片式相變儲(chǔ)熱裝置，可以通過切割、折彎工序快速得到，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，與工業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系緊密，具有極強(qiáng)的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步拓寬了其在化工、建筑等行業(yè)廢水余熱回收方面的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置，其特征在于：包括密封的圓柱形殼體，設(shè)置于殼體內(nèi)與殼體同軸的翅片管，還包括設(shè)置于殼體與翅片管之間蓄熱腔室內(nèi)的相變材料，所述翅片管包括位于中心的圓形基管和焊接于基管表面的多個(gè)翅片，每個(gè)翅片包括連接于基管外表面沿著長度方向延伸的主翅片以及連接于主翅片頂部的分支翅片組，所述分支翅片組包括分支翅片一組和分支翅片二組，分支翅片一組包括多個(gè)分支翅片一，分支翅片二組包括多個(gè)分支翅片二，分支翅片一和分支翅片二高度寬度均相同，每個(gè)分支翅片一和分支翅片二相鄰且彎折方向相反，且每個(gè)主翅片頂部的分支翅片一和分支翅片二依次交替出現(xiàn)；多個(gè)翅片在基管外周呈輻射狀均勻排布于蓄熱腔室內(nèi)，所述相變材料填充于蓄熱腔室中包裹于翅片管上。

2.如權(quán)利要求1所述的基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置，其特征在于：所述翅片管基管外周相鄰翅片間分支翅片一彎折方向呈對(duì)稱或相同設(shè)置。

3.如權(quán)利要求1所述的基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置，其特征在于：所述翅片管外圍周向上翅片數(shù)量不少于4個(gè)。

4.如權(quán)利要求1所述的基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置，其特征在于：所述翅片管中每個(gè)分支翅片沿基管徑向上的高度與翅片總高度的比值為0.4-0.7，翅片總高度為分支翅片與主翅片的高度和。

5.如權(quán)利要求1所述的基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置，其特征在于：所述翅片管沿管子軸向上每個(gè)分支翅片的寬度和主翅片寬度的比值為0.020-0.063。

6.如權(quán)利要求1所述的基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置，其特征在于：所述翅片管中翅片外緣外接圓直徑與殼體內(nèi)壁面直徑的比值為0.80-0.95。

7.如權(quán)利要求1所述的基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置，其特征在于：所述翅片管中分叉翅片的折彎角度與最大允許折彎角度的比值為0.45-0.75。

8.如權(quán)利要求1所述的基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置，其特征在于：所述蓄熱裝置內(nèi)翅片管材料為鋼或鋁合金或者銅；所述相變材料為水合鹽類或石蠟或脂肪酸類相變材料。

9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置的應(yīng)用，其特征在于：將其用于廢水余熱存儲(chǔ)中。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于相變儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙向交錯(cuò)翅片的相變蓄熱裝置及應(yīng)用，包括圓柱形殼體、翅片管、相變材料，翅片管包括圓形基管和焊接于基管表面的多個(gè)翅片，每個(gè)翅片包括連接于基管外表面沿著長度方向延伸的主翅片以及連接于主翅片頂部的分支翅片組，分支翅片一和分支翅片二高度寬度均相同，每個(gè)分支翅片一和分支翅片二相鄰且彎折方向相反，且每個(gè)主翅片頂部的分支翅片一和分支翅片二依次交替出現(xiàn)；多個(gè)翅片在基管外周呈輻射狀均勻排布于蓄熱腔室內(nèi)，相變材料填充于蓄熱腔室中包裹于翅片管上，本發(fā)明在常規(guī)矩形翅片基礎(chǔ)上通過分割、折彎的簡(jiǎn)易加工工序，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱速率和儲(chǔ)熱效率的顯著提升。

技術(shù)研發(fā)人員：湯松臻,宋玉玲,劉品味,徐嚴(yán)嚴(yán),吳學(xué)紅,張東偉,周俊杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鄭州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6