本發(fā)明屬于相變儲(chǔ)能，尤其涉及一種梯級(jí)相變蓄熱裝置。

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，占全球總能耗的約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(guò)材料的相變吸收或釋放熱量，實(shí)現(xiàn)能量的長(zhǎng)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(wèn)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(kāi)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、梯級(jí)相變蓄熱是提高相變蓄熱裝置換熱速率的有效手段之一。梯級(jí)相變傳熱技術(shù)按照“溫度對(duì)口，梯級(jí)利用”的原則，將相變溫度不同的相變材料在吸/放熱過(guò)程中按相變溫度降/升序的方式進(jìn)行排布。與單級(jí)相變蓄熱相比，梯級(jí)相變蓄熱使放熱流體的溫度沿流動(dòng)方向減少，而相變蓄熱材料的熔點(diǎn)溫度也在階梯降低，兩者始終保證相對(duì)恒定的溫度差，以提高整體的儲(chǔ)/放熱效率。

3、現(xiàn)有的梯級(jí)相變儲(chǔ)熱裝置包括板式蓄熱器、翅片管式蓄熱器和填充床蓄熱器等。其中，板式蓄熱器和填充床蓄熱器的制造工藝復(fù)雜，造價(jià)高，不利于廣泛推廣。翅片管式儲(chǔ)熱器作為相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)的一種常用形式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且加工方便，具有可觀的應(yīng)用前景。然而，翅片管式儲(chǔ)熱器常規(guī)通常采用的縱向直翅片或環(huán)形翅片，相變材料的熔化過(guò)程主要通過(guò)翅片導(dǎo)熱和液相相變材料自然對(duì)流實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于縱向翅片管，翅片表面會(huì)形成較厚的流動(dòng)邊界層，嚴(yán)重抑制了翅片的導(dǎo)熱和自然對(duì)流性能，而且蓄熱裝置內(nèi)相鄰翅片管的相互影響十分微弱，導(dǎo)致相變蓄熱裝置的利用效率不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種梯級(jí)相變蓄熱裝置，實(shí)現(xiàn)蓄熱裝置內(nèi)各區(qū)域相變材料的快速均勻熔化和儲(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、一種梯級(jí)相變蓄熱裝置，包括主體，設(shè)置于主體上部的進(jìn)口以及設(shè)置于主體下部的出口，所述主體包括殼體，設(shè)置于殼體內(nèi)的翅片管以及位于殼體內(nèi)部翅片管外的相變材料，所述殼體內(nèi)從上到下依次設(shè)有水平狀的分層隔板一、分層隔板二、分層隔板三和分層隔板四，分層隔板一、分層隔板二、分層隔板三和分層隔板四上均設(shè)有多個(gè)均勻分布的開(kāi)孔，翅片管插設(shè)于開(kāi)孔內(nèi)；分層隔板一與殼體頂部之間區(qū)域?yàn)檫M(jìn)口集箱且進(jìn)口位于進(jìn)口集箱上，分層隔板一和分層隔板二之間設(shè)有上層翅片管組，分層隔板二和分層隔板三之間設(shè)有中層翅片管組，分層隔板三和分層隔板四之間設(shè)有下層翅片管組，分層隔板四與殼體底部之間區(qū)域?yàn)槌隹诩淝页隹谖挥诔隹诩渖?；上層翅片管組、中層翅片管組和下層翅片管組均由多個(gè)平行設(shè)置的翅片管組成，且同層翅片管組的相鄰的三個(gè)翅片管之間呈正三角形分布，上層翅片管組、中層翅片管組和下層翅片管組中的同一豎直方向的翅片管之間同軸設(shè)置且相互聯(lián)通，上層翅片管外設(shè)有高溫相變材料，中層翅片管外設(shè)有中溫相變材料，下層翅片管外設(shè)有低溫相變材料，所述翅片管上的翅片為雙向交錯(cuò)排列。

4、進(jìn)一步的，每個(gè)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(zhǎng)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)。

5、進(jìn)一步的，所述翅片管基管外周相鄰翅片呈對(duì)稱(chēng)設(shè)置。

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

7、進(jìn)一步的，所述翅片管在圓周方向上的翅片數(shù)量在殼體的上部、中部和下部區(qū)域內(nèi)可調(diào)節(jié)，具體的上層翅片管外翅片數(shù)量小于中層翅片管外翅片數(shù)量，中層翅片管外翅片數(shù)量小于下層翅片管外翅片數(shù)量。

8、進(jìn)一步的，所述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(lèi)或石蠟或脂肪酸類(lèi)相變材料。

9、本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是：

10、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(zhǎng)，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(guò)程，提高了翅片傳熱效率和儲(chǔ)熱速率，本發(fā)明相對(duì)于矩形布置的直翅片相變儲(chǔ)熱裝置，其相變材料的完全熔化與凝固時(shí)間分別縮短了56.02%和72.85%；

11、2.?本發(fā)明雙向交錯(cuò)翅片管與蜂巢布置的結(jié)合，顯著改善了相變儲(chǔ)熱裝置內(nèi)溫度的均勻性，本發(fā)明相對(duì)于矩形布置的直翅片相變儲(chǔ)熱裝置，其熔化過(guò)程液相分?jǐn)?shù)均勻性指數(shù)由0.2858提升至0.898，凝固過(guò)程液相分?jǐn)?shù)均勻性指數(shù)由0.5679提升至0.9879，均勻性顯著提升；

12、3.?本發(fā)明的梯級(jí)相變儲(chǔ)熱裝置采用新型翅片管和三級(jí)相變材料，可以在較小體積內(nèi)儲(chǔ)存大量的熱能，還可以調(diào)節(jié)不同區(qū)域內(nèi)翅片的數(shù)量進(jìn)一步提升儲(chǔ)熱效率；

13、4.?本發(fā)明的雙向交錯(cuò)翅片管以及梯級(jí)相變儲(chǔ)熱裝置，可以通過(guò)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：

1.一種梯級(jí)相變蓄熱裝置，包括主體，設(shè)置于主體上部的進(jìn)口以及設(shè)置于主體下部的出口，所述主體包括殼體，設(shè)置于殼體內(nèi)的翅片管以及位于殼體內(nèi)部翅片管外的相變材料，其特征在于：所述殼體內(nèi)從上到下依次設(shè)有水平狀的分層隔板一、分層隔板二、分層隔板三和分層隔板四，分層隔板一、分層隔板二、分層隔板三和分層隔板四上均設(shè)有多個(gè)均勻分布的開(kāi)孔，翅片管插設(shè)于開(kāi)孔內(nèi)；分層隔板一與殼體頂部之間區(qū)域?yàn)檫M(jìn)口集箱且進(jìn)口位于進(jìn)口集箱上，分層隔板一和分層隔板二之間設(shè)有上層翅片管組，分層隔板二和分層隔板三之間設(shè)有中層翅片管組，分層隔板三和分層隔板四之間設(shè)有下層翅片管組，分層隔板四與殼體底部之間區(qū)域?yàn)槌隹诩淝页隹谖挥诔隹诩渖希簧蠈映崞芙M、中層翅片管組和下層翅片管組均由多個(gè)平行設(shè)置的翅片管組成，且同層翅片管組的相鄰的三個(gè)翅片管之間呈正三角形分布，上層翅片管組、中層翅片管組和下層翅片管組中的同一豎直方向的翅片管之間同軸設(shè)置且相互聯(lián)通，上層翅片管外設(shè)有高溫相變材料，中層翅片管外設(shè)有中溫相變材料，下層翅片管外設(shè)有低溫相變材料，所述翅片管上的翅片為雙向交錯(cuò)排列。

2.如權(quán)利要求1所述的梯級(jí)相變蓄熱裝置，其特征在于：每個(gè)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(zhǎng)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)。

3.如權(quán)利要求2所述的梯級(jí)相變蓄熱裝置，其特征在于：所述翅片管基管外周相鄰翅片呈對(duì)稱(chēng)設(shè)置。

4.如權(quán)利要求3所述的梯級(jí)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)。

5.如權(quán)利要求4所述的梯級(jí)相變蓄熱裝置，其特征在于：上層翅片管外翅片數(shù)量小于中層翅片管外翅片數(shù)量，中層翅片管外翅片數(shù)量小于下層翅片管外翅片數(shù)量。

6.如權(quán)利要求5所述的梯級(jí)相變蓄熱裝置，其特征在于：所述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(lèi)或石蠟或脂肪酸類(lèi)相變材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于相變儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種梯級(jí)相變蓄熱裝置，包括進(jìn)口、出口和蓄熱裝置主體；所述蓄熱裝置主體由殼體、多個(gè)翅片管和相變材料組成；所述翅片管包括圓形基管和雙向交錯(cuò)翅片；所述蓄熱裝置內(nèi)設(shè)置分層隔板，將相變材料填充區(qū)域按照高度的高低分為：上部區(qū)域，中部區(qū)域和下部區(qū)域。由于熱流體從蓄熱裝置上部流入，與相變材料換熱后從下部出口流出，故在上部區(qū)域填充高溫相變材料，在中部區(qū)域填充中溫相變材料，在下部區(qū)域填充低溫相變材料。熱流體自上而下流經(jīng)蓄熱裝置時(shí)，與不同區(qū)域內(nèi)相變材料始終保持相對(duì)穩(wěn)定的溫差，可以在較小的體積內(nèi)儲(chǔ)存大量的熱能，從而提高儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱效率。

技術(shù)研發(fā)人員：湯松臻,劉品味,宋玉玲,周俊杰,徐嚴(yán)嚴(yán),張東偉
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