[发明专利]一种内置相变材料的蓄热热管

说明书

技术领域

本发明涉及一种储能装置，更具体的说，涉及一种内置相变材料的具有蓄热功能的强化换热热管。

背景技术

当今社会能源和环境问题日益突出，如何高效的利用各种能源已成为亟须解决的问题。许多能源形式具有间歇性的特点，如太阳能、工业生产和生活过程中的废热等，在收集利用这类能源时通常会遇到能量供给和需求不平衡不同步的问题，所以具有缓冲和调和供需差异功能的热量存储装置就成为此类系统的关键部分。

传统的热量蓄存装置多采用显热蓄热的方式，由于蓄热密度低，其结构庞大，而且储能过程温差变化大。

相变材料在固液相变过程中潜热很大而且温度基本保持恒定，使用相变蓄热材料可以设计出结构紧凑，体积灵巧的蓄热装置。较常用的相变材料主要有石蜡、熔盐、盐水合物等，这些相变材料的导热系数一般都比较小，因此大多数相变蓄热装置的蓄热和放热过程十分缓慢，通常会采用添加翅片、内置金属或石墨骨架（比如用石蜡浸润膨胀石墨和泡沫金属制成的复合材料可以在少量损失蓄热能力的情况下增强换热能力）等方式来增强换热。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种内置相变材料的蓄热热管，克服了蓄热材料导热性能差的技术缺陷，利用气液相变工质高效传递热量，提供一种蓄、放热速率快并且能够同时进行的装置。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种内置相变材料的蓄热热管，包括热管壳体，其特征在于，所述热管竖直放置时由下往上依次分为加热段、蓄热段和冷却段，所述蓄热段内部容纳有由相变蓄热单元堆积而成的蓄热单元填充床，所述蓄热单元由外壳和外壳内部的相变材料组成，所述蓄热单元被由金属网制作而成的蓄热单元填充床架包裹、分隔和束缚；在所述蓄热单元填充床和冷却段之间安装布液器，使从冷却段冷凝下落的液体均匀的洒落在蓄热单元填充床上；在所述热管壳体内填充热管工质，所述热管工质将所述蓄热单元填充床的一部分淹没，所述热管工质气液相变在各段传递热量，蓄热单元填充床内蓄热单元固液相变蓄放热量。

所述蓄热单元为球状的蓄热球。

所述蓄热单元的外壳与内部相变材料根据具体使用的温度和压力来确定。

所述蓄热单元外壳内除相变材料外还留有少量空隙，防止相变材料相变时由于体积变化而引起外壳膨胀破坏

所述蓄热球体直径越小，单个蓄热球的换热热阻越小，蓄热球数量越多，总的换热面积也越大，蓄、放热的速率也就越快。

由于要维持蓄热单元按照一定的规律摆列，以及使蓄热单元填充床内留有气、液通道，采用金属网制作蓄热单元的填充床支架。所述金属网的网孔较大，但又小于蓄热单元的尺寸，以起到支撑和束缚蓄热单元的作用。

所述布液器安装在蓄热段内靠近冷凝段的位置，它可以分布从冷却段流下的液体工质，使其均匀洒落在蓄热单元填料床上。所述的布液器由多孔的金属板制成，并且在布液器中心留有蒸汽的通道。

本发明实际是在重力式热管加热段和冷却段之间增加一个蓄热段，使热管具有蓄热的能力。气液相变过程具有很强的换热能力，所以克服了一般相变蓄热装置换热能力差，充放热慢的缺陷。

本发明蓄热热管的工作原理：本发明的蓄热热管需要竖直放置，依靠重力作为液体工质回流的动力。蓄热阶段，加热段的液体受热蒸发使该部位气压升高从而驱动蒸汽向气压较小部位运动，有一部分蒸汽在蓄热段向蓄热单元放热冷凝（蓄热材料受热融化），另一部分上升到冷却段后凝结放热（充放热同时进行时）；凝结的液体下流并经过布液器后洒落到填充床，最后和加热段液体混合。在放热阶段，加热段热源停歇或微弱，蓄热单元内液态的相变材料固化放热，并通过热管工质将热量传递给冷却段。为保证在放热阶段热管工质能够在蓄热段和冷却段传递热量，热管内填充的工质的要淹没一部分蓄热单元。从工作温度上区分，加热段温度最高，冷却段温度最低，蓄热段温度在两者之间。蒸汽运动的动力是各段因温度的不同而造成的饱和压差，冷凝液体依靠重力回流。在加热热源波动的过程中蓄热段起到了缓冲的作用，它蓄存热源的多余热量，并在热源停歇或者微弱的时候向冷却段放热，使冷却段能持续的获得热量，可以显著减小热源波动的不利影响。蓄热单元蓄热过程所吸收的热量包括三部分：未到达相变点之前吸收的显热，相变过程吸收的潜热，相变完成之后液体温度上升所需的显热，而相变潜热的量最大。蓄热材料相变的热量来源主要是蒸汽在蓄热单元外表面蒸汽的凝结放热以及工质的对流换热。蓄热单元凝固释放的热量由其外表面的工质对流、蒸发带走。