[发明专利]一种相变材料与发散热管耦合储能系统

说明书

本发明公开了一种相变材料与发散热管耦合储能系统，包括若干同中心轴线串联的储能单元，所述储能单元包括由内向外同心设置的充热流道、放热环道及储能环道；储能单元内设置有发散型脉动热管，且发散型脉动热管包括若干沿周向均布的脉动热管分支；所述脉动热管分支包括位于充热流道内的蒸发段、位于放热环道内的输送段及位于储能环道内的冷凝段，且相邻的脉动热管分支之间通过蒸发段的根部端口依次连通，使得发散型脉动热管整体构成一个闭合回路；所述储能环道内填充有与冷凝段紧密接触的相变材料。本发明结构简单紧凑，使用维护方便，成本较低，利用相变材料的高潜热性和脉动热管的高导热性，适用于不同形式的工业余热回收和利用。

技术领域

本发明涉及一种相变材料与发散热管耦合储能系统，属于工业余热存储与利用领域。

背景技术

随着经济社会的进步，能源消耗巨大和环境污染严重成为两大难题，节能减排的要求日益迫切。我国工业耗能占全国总耗能的70％左右，能耗较大，其中工业余热利用率低，能量没有得到充分利用是重要原因，我国能源利用率仅约为33％，至少约有50％的耗能以各种形式的余热被排掉，因此，我国余热资源十分丰富，余热回收利用能够进一步提高能源利用效率，从而减少化石燃料使用量，降低污染物排放。

目前，工业余热回收利用问题已经得到政府、科研院所以及企业的关注。在现有的技术种类中，工业余热利用技术主要分为热功转换技术、热交换技术以及制冷制热技术。蓄热式热交换器属于热交换技术中的一种，主要原理是冷热流体交替流过蓄热元件进行热量交换。相变材料在热能存储与利用上潜力巨大，脉动热管的热输送性能较强，能够作为连同热源、储热源和用户的良好的热传输媒介。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种相变材料与发散热管耦合储能系统，具有结构简单、组装方便、成本较低等特点，利用相变材料的高潜热性和脉动热管的高导热性，有效提高工业余热的回收利用率，且使用灵活多变。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种相变材料与发散热管耦合储能系统，包括若干同中心轴线串联的储能单元，且所述储能单元包括由内向外同心设置的充热流道、放热环道及储能环道；相邻的储能单元之间的充热流道、放热环道和储能环道均通过卡槽配合连接，且各自连通；

其中，所述储能单元内设置有发散型脉动热管，且发散型脉动热管包括若干沿储能单元周向均布的脉动热管分支；所述脉动热管分支包括位于充热流道内的蒸发段、位于放热环道内的输送段及位于储能环道内的冷凝段，且相邻的脉动热管分支之间通过蒸发段的根部端口依次连通，使得发散型脉动热管整体构成一个闭合回路；所述储能环道内填充有与冷凝段紧密接触的相变材料，且首尾两端的储能单元上设置有放热环道端盖及储能环道端盖。

因此，中心流道可以直接连接热源，放热环道可以直接连接冷源，脉动热管作为连通余热源、储热介质以及用户的纽带，起到高效输送热量的作用；储能单元的结构紧凑简单，单个储能单元便于维修和更换；所述储能单元同时含有充热流道和放热环道，既可以同时完成储能和释能的过程，也可以分开进行储能和释能的过程，系统外形可以根据实际结构灵活改变，多个储能单元进行连接组成大储能释能系统。

优选的，所述卡槽内设置有耐高温耐腐蚀的密封垫圈，有效阻止连接处的流体或相变材料的泄露，从而保证充热流道、放热环道和储能环道之间的密封性。

优选的，所述脉动热管分支的蒸发段、输送段及冷凝段可采用直线形、圆弧形或螺旋线形结构，发散型脉动热管分支上的三部分，几何形状结构丰富，可根据实际的热传输需要涉及脉动热管的形状结构，以保证换热效率。

优选的，所述脉动热管分支上布置有翅片，根据实际情况来决定脉动热管上的不同部位是否布置翅片，以提高换热效率。

优选的，所述发散型脉动热管内的工质可采用自湿润流体、微纳胶囊相变材料乳液或纳米流体，比如水/庚醇溶液、金属纳米水溶液等。