本發(fā)明涉及一種相變儲(chǔ)能裝置，特別是一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置。。

背景技術(shù)：

1、化石能源作為世界各國(guó)重點(diǎn)儲(chǔ)備的戰(zhàn)略資源，在人類早期工業(yè)發(fā)展中占據(jù)著重要地位，但隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，化石能源的弊端不斷顯現(xiàn)。當(dāng)前，化石能源的使用已經(jīng)造成全球溫度不斷上升，對(duì)人類賴以生存的環(huán)境造成了無法挽回的破壞。使用新能源替代化石能源，已經(jīng)成為各國(guó)的重要政策之一。但是新能源在利用過程中大多具有間歇性、不穩(wěn)定性、能源密度低等特點(diǎn)，比如太陽(yáng)能。為了克服這些問題，有必要開展儲(chǔ)能技術(shù)的研究，使用一個(gè)良好的熱能儲(chǔ)存策略來提高新能源的利用效率尤其重要。

2、傳統(tǒng)的熱能儲(chǔ)能策略分為三種方式，分別為顯熱儲(chǔ)能、潛熱儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能，其中潛熱儲(chǔ)能通過使用相變材料來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，具有價(jià)格低廉、溫度穩(wěn)定、儲(chǔ)能密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。但是，相變材料的熱導(dǎo)率較低，這極大地限制了潛熱儲(chǔ)能技術(shù)在儲(chǔ)能和放能時(shí)的傳熱效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，提供一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的由于相變材料熱導(dǎo)率低而限制潛熱儲(chǔ)能技術(shù)在儲(chǔ)能和放能時(shí)的傳熱效率的不足之處。

2、本發(fā)明的目的采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置，包括儲(chǔ)能腔體子單元、相變材料、流道蓋板、流道側(cè)板、分形翅片、流道隔板；所述相變材料分別填充于儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)；多個(gè)分形翅片分別獨(dú)立固定于儲(chǔ)能腔體子單元的內(nèi)壁面上；所述的流道蓋板分別安裝在儲(chǔ)能腔體子單元的上方和下方，流道側(cè)板分別安裝在儲(chǔ)能腔體子單元的左右兩側(cè)，且流道蓋板和流道側(cè)板內(nèi)分別設(shè)有連通的流道，并在上端的流道蓋板設(shè)有與流道相通的流道出口，在下端的流道蓋板設(shè)有與流道相通的流道進(jìn)口；在流道側(cè)板的流道內(nèi)還沿縱向安裝有所述的流道隔板；在流道內(nèi)還設(shè)有用于提升換熱流體傳熱速率的強(qiáng)化元件圓突。

3、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述儲(chǔ)能腔體子單元為長(zhǎng)方體，且儲(chǔ)能腔體子單元按模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該儲(chǔ)能腔體子單元按上下排列的方式依次串聯(lián)在一起。

4、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述相變材料按照熔點(diǎn)降低的順序依次從上至下填充于所述儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)。

5、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述分形翅片是根據(jù)函數(shù)關(guān)系設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單幾何結(jié)構(gòu)或是按照拓?fù)鋬?yōu)化理論設(shè)計(jì)的復(fù)雜仿生結(jié)構(gòu)。

6、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述分形翅片的結(jié)構(gòu)參數(shù)通過第一級(jí)長(zhǎng)度l0、第一級(jí)寬度w0、分支長(zhǎng)度ln、分支寬度wn、分叉角度θ、分叉數(shù)量k來定義，其中n為第n級(jí)分形翅片；分支長(zhǎng)度ln和ln-1之間的比例滿足公式①，分支寬度wn和wn-1之間的比例滿足公式②；

7、??①，

8、②。

9、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述流道采用往返型布局設(shè)計(jì)，所述往返型布局包括折流型、s型流道。

10、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述的強(qiáng)化元件圓突為半圓球或半橢圓球或雨滴形狀或凸臺(tái)形狀。

11、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：在流道內(nèi)流動(dòng)的換熱流體為磁性換熱流體；所述儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)的相變材料采用磁性相變材料；在所述流道側(cè)板的外側(cè)還固定有用于調(diào)控流道內(nèi)的磁性換熱流體和儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)的磁性相變材料的傳熱特性的外加磁場(chǎng)元件，該外加磁場(chǎng)元件為電磁鐵或永磁體。

12、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：填充在儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)的磁性相變材料為四氧化三鐵-石蠟混合物或鐵粉-石蠟混合物或鐵微球-石蠟混合物。

13、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述流道內(nèi)的磁性換熱流體為水基磁流體納米四氧化三鐵-水。

14、由于采用了上述方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

15、本發(fā)明在儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)部布置有分形翅片，通過熔化前期翅片誘導(dǎo)的局部自然對(duì)流的強(qiáng)化和熔化全程導(dǎo)熱性能強(qiáng)化的協(xié)同，大幅度提升相變材料的傳熱速率。

16、本發(fā)明在裝置流道內(nèi)部沿其縱向安裝有流道隔板和一定數(shù)量的強(qiáng)化元件圓突，采用流道隔板將流道分割成往返型流道，可以延長(zhǎng)換熱流體在流道內(nèi)的停留時(shí)間，強(qiáng)化元件圓突在流道內(nèi)可以擾動(dòng)換熱流體，通過流動(dòng)分離再附和誘導(dǎo)縱向渦，破壞換熱流道的熱邊界層，提升換熱流體與壁面的傳熱速率。

17、本發(fā)明在流道內(nèi)采用磁性換熱流體，在磁場(chǎng)的作用下，磁性顆粒會(huì)形成鏈狀結(jié)構(gòu)，這些鏈狀結(jié)構(gòu)可以在流體中形成擾動(dòng)，增加磁性換熱流體的湍流程度，從而提高熱交換效率。本發(fā)明在儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)采用磁性相變材料，通過調(diào)控磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)方向和磁場(chǎng)操作方式，可實(shí)現(xiàn)磁性相變材料的定向遷移和對(duì)固液相界面的破壞，從而提升儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能速率。

18、本發(fā)明將相變材料從上至下按照熔點(diǎn)降低的順序填充于儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)，可充分利用自然對(duì)流對(duì)熔化過程的正向作用，不但可以使上方儲(chǔ)能腔體子單元能更有效地吸收下方儲(chǔ)能腔體子單元的熱量，還可以進(jìn)一步提升裝置不同儲(chǔ)能腔體子單元的溫度均勻性。

19、本發(fā)明的儲(chǔ)能裝置和儲(chǔ)能腔體子單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，易于拆卸和集成，既可以串聯(lián)組合，也可以并聯(lián)組合，結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，操作容易，成本較低。

20、綜上所述，本發(fā)明是一種基于主動(dòng)磁場(chǎng)強(qiáng)化和被動(dòng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的新型潛熱儲(chǔ)能裝置，同時(shí)在裝置內(nèi)不同儲(chǔ)能腔體子單元采用不同熔點(diǎn)的相變材料，通過主外場(chǎng)傳熱強(qiáng)化方法的協(xié)同和相變材料的巧妙選擇，不但可以提高相變材料的傳熱速率，還可以增加系統(tǒng)的整體傳熱性能，從而增強(qiáng)熱源與儲(chǔ)能裝置的換熱效率。

21、下面，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置的技術(shù)特征作進(jìn)一步的說明。

技術(shù)特征：

1.一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置，其特征在于：包括儲(chǔ)能腔體子單元、相變材料、流道蓋板、流道側(cè)板、分形翅片、流道隔板；所述相變材料分別填充于儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)；多個(gè)分形翅片分別獨(dú)立固定于儲(chǔ)能腔體子單元的內(nèi)壁面上；所述的流道蓋板分別安裝在儲(chǔ)能腔體子單元的上方和下方，流道側(cè)板分別安裝在儲(chǔ)能腔體子單元的左右兩側(cè)，且流道蓋板和流道側(cè)板內(nèi)分別設(shè)有連通的流道，并在上端的流道蓋板設(shè)有與流道相通的流道出口，在下端的流道蓋板設(shè)有與流道相通的流道進(jìn)口；在流道側(cè)板的流道內(nèi)還沿縱向安裝有所述的流道隔板；在流道內(nèi)還設(shè)有用于提升換熱流體傳熱速率的強(qiáng)化元件圓突。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置，其特征在于：所述儲(chǔ)能腔體子單元為長(zhǎng)方體，且儲(chǔ)能腔體子單元按模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該儲(chǔ)能腔體子單元按上下排列的方式依次串聯(lián)在一起。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置，其特征在于：所述相變材料按照熔點(diǎn)降低的順序依次從上至下填充于所述儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置，其特征在于：所述分形翅片是根據(jù)函數(shù)關(guān)系設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單幾何結(jié)構(gòu)或是按照拓?fù)鋬?yōu)化理論設(shè)計(jì)的復(fù)雜仿生結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置，其特征在于：所述分形翅片的結(jié)構(gòu)參數(shù)通過第一級(jí)長(zhǎng)度l0、第一級(jí)寬度w0、分支長(zhǎng)度ln、分支寬度wn、分叉角度θ、分叉數(shù)量k來定義，其中n為第n級(jí)分形翅片；分支長(zhǎng)度ln和ln-1之間的比例滿足公式①，分支寬度wn和wn-1之間的比例滿足公式②；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置，其特征在于：所述流道采用往返型布局設(shè)計(jì)，所述往返型布局包括折流型、s型流道。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置，其特征在于：所述的強(qiáng)化元件圓突為半圓球或半橢圓球或雨滴形狀或凸臺(tái)形狀。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置，其特征在于：在流道內(nèi)流動(dòng)的換熱流體為磁性換熱流體；所述儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)的相變材料采用磁性相變材料；在所述流道側(cè)板的外側(cè)還固定有用于調(diào)控流道內(nèi)的磁性換熱流體和儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)的磁性相變材料的傳熱特性的外加磁場(chǎng)元件，該外加磁場(chǎng)元件為電磁鐵或永磁體。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置，其特征在于：填充在儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)的磁性相變材料為四氧化三鐵-石蠟混合物或鐵粉-石蠟混合物或鐵微球-石蠟混合物。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置，其特征在于：所述流道內(nèi)的磁性換熱流體為水基磁流體納米四氧化三鐵-水。

技術(shù)總結(jié)
一種強(qiáng)化傳熱型相變儲(chǔ)能裝置，涉及相變儲(chǔ)能裝置，包括儲(chǔ)能腔體子單元、相變材料、流道蓋板、流道側(cè)板、分形翅片；所述相變材料分別填充于儲(chǔ)能腔體子單元內(nèi)；分形翅片固定于儲(chǔ)能腔體子單元的內(nèi)壁面上；流道蓋板分別安裝在儲(chǔ)能腔體子單元的上下方，流道側(cè)板分別安裝在儲(chǔ)能腔體子單元左右兩側(cè)，且流道蓋板和流道側(cè)板內(nèi)分別設(shè)有連通的流道，并在上下端的流道蓋板分別設(shè)有流道出口和進(jìn)口，在流道側(cè)板的流道內(nèi)安裝有流道隔板；在流道內(nèi)設(shè)有強(qiáng)化元件圓突，在流道側(cè)板的外側(cè)固定有外加磁場(chǎng)元件。本發(fā)明是一種基于主動(dòng)磁場(chǎng)強(qiáng)化和被動(dòng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的潛熱儲(chǔ)能裝置，不但可以提高相變材料的傳熱速率，還可以增加系統(tǒng)傳熱性能，從而增強(qiáng)熱源與儲(chǔ)能裝置的換熱效率。

技術(shù)研發(fā)人員：杜娟,洪宇翔,石原,郭豐愷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣西科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9