[发明专利]基于脉动热管的可移动式蓄放热装置及其蓄放热方法

说明书

技术领域

本发明涉及热能储存与释放技术领域，具体涉及一种基于脉动热管的可移动式蓄放热装置及其蓄放热方法。

背景技术

在能源需求不断扩大以及石化能源不断减少的大背景下，新能源、可再生能源和废热利用等越来越受到重视，热能的有效储存对于提高能源的利用率和减少环境污染具有重要意义。目前相变潜热蓄热的研究主要有两种：一种是研究相变蓄热材料（PCM）本身，包含材料的寿命、物理性能、稳定性、蓄热容器与材料的相容性等；另一种是研究热物理问题，包括相变蓄热过程的传热机理、相变蓄放热装置强化传热、相变蓄放热器设计等。大多数相变材料普遍存在导热系数低、蓄放热性能差的缺点，从而使得相变蓄放热装置中的热量储存和释放无法快速地进行，使得其相变蓄放热效率偏低。为解决以上问题很多专业研究人员从材料的选择和优化，装置的设计和改造方面做了大量的研究工作。脉动热管是日本学者Akachi在20世界90年代初期提出的一种可用于微小空间、新型高效、具有高热流密度的新型传热元件。脉动热管具有以下优点：

（1）构造简单、节约成本；

（2）管径小、体积也小；

（3）结构多样、适应性能好；

（4）加热方式多样；

（5）传热效果更好。

申请号201410851584.3申请了一种脉动热管蓄热装置及其热循环方法，申请号 201410851584.3考虑了通过脉动热管蓄热，但没有考虑热量转移过程中如何利用脉动热管放热，即考虑如何在一个装置中利用脉动热管强化整个废热转移的过程，提高装置的实用性和经济性。

申请号 201480054443.7申请了基于脉动热管的热交换装置，其发明的技术目标是改善热交换装置的热性能而不是废热利用，整个装置没有考虑利用相变材料储存热量。

申请号 201510463032.X申请了一种脉动热管换热器及其加工方法，其目的是提供一种脉动热管换热器及其加工方法。

申请号201620562228 .4申请了一种气液脉动热管换热器，其目的是用于余热回收，但没有蓄热环节。

发明内容

有鉴于此，本发明选用适当的相变材料，采用脉动热管来强化整个蓄放热过程，改善传热性能，把脉动热管技术应用到蓄放热装置热量交换的吸收、储存、转移与释放的完整过程中。本发明进而提供一种基于脉动热管的可移动式蓄放热装置及其蓄放热方法，通过将脉动热管技术应用于蓄热器中，利用脉动热管内部工作工质的蒸发与冷凝和相变材料的相变潜热来实现热量的吸收、储存、转移与释放。

本发明采用的技术方案具体为：

一种基于脉动热管的可移动式蓄放热装置，蓄放热装置包括壳体、加热腔室、相变材料室、冷却腔室和脉动热管。所述加热腔室、相变材料室、冷却腔室和脉动热管设于所述壳体内。所述加热腔室、相变材料室、冷却腔室通过不锈钢隔板隔开。至少一组所述脉动热管穿过不锈钢隔板置于所述加热腔室、相变材料室、冷却腔室内。所述脉动热管置于加热腔室和冷却腔室部分为直管段加弯头组成，所述脉动热管置于相变材料室部分均为直管段组成。所述壳体和外壁之间设有保温层。所述脉动热管置于加热腔室部分为蒸发段，所述脉动热管置于相变材料室部分为绝热段，所述脉动热管置于冷却腔室部分为冷凝段。通过将脉动热管技术应用于蓄热器中，利用脉动热管内部工作工质的蒸发与冷凝实现热量的吸收、储存与释放，将废热中的能量有效地储存并转移到需要热量的冷流体中。

冷却腔室、冷流体导流板和脉动热管的冷凝段构成所述基于脉动热管的可移动式蓄放热装置的冷凝部分，所述冷却腔室内流入冷流体，冷流体在冷却腔室内沿导流板绕行，延长与脉动热管的冷凝段接触时间达到充分换热目的。所述冷却腔室的一端设有冷流体进口和冷流体出口。

加热腔室、热流体导流板和脉动热管的蒸发段构成所述基于脉动热管的可移动式蓄放热装置的加热部分，所述加热腔室内流入热流体，热流体在加热腔室内沿导流板绕行，延长与脉动热管的蒸发段的接触时间达到充分换热目的。所述加热腔室的一端设有热流体进口和热流体出口。

每组所述脉动热管包括毛细管和工作工质，所述工作工质充注于所述毛细管内；所述毛细管由竖向通道和横向弯头首尾相连而成多弯闭合回路，所述竖向通道的个数为10-100 个。

所述脉动热管之毛细管的材料为紫铜或者不锈钢，内径为2-5mm。

本发明进一步提供一种基于脉动热管的可移动式蓄放热装置的蓄放热方法，包括以下步骤：