[发明专利]相变蓄冷和液蓄冷水箱

说明书

技术领域

本发明涉及冷液机领域，具体是一种相变蓄冷和液蓄冷水箱。

背景技术

具有蓄冷功能的冷液机是近年来发展一个方向，其主要目的是避免集中消耗能源，利用富电状态下蓄冷，当大功率负载需要集中散热时而放冷。例如，在车载、舰载等条件下的高功率激光、雷达、电磁脉冲等武器系统，热负载通常表现出能量集中，热密度很高，间歇工作等特点。此时，这类冷液机往往需要解决在有限的空间、时间和电力条件下，获得最佳综合解决方案，其中蓄冷技术已作为其中之一。在蓄冷技术中，由于相变蓄冷材料的储能密度远高于同体积显热储能，所以世界各国对蓄冷材料的运用也相当重视，特别有效减少了蓄冷装置的体积。另一方面，冷液机蓄冷早期往往采用冰蓄冷方式，其相变温度过低，在压缩机制冷时，蒸发温度往往要到－10℃～－6℃，才能较好蓄冷结冰，这样会造成机组的效率低、能耗高。所以，行业内寻找更合适的相变蓄冷材料越来越成为热点，特别相变温度在3℃～20℃间复合相变材料，来运用于空调和冷液机领域。

目前，特殊用途的冷液机大多采用乙二醇水溶液作为冷却液，确保机组在各种工况和环境条件下，不产生凝结现象。如何将相变蓄冷材料与冷却液进行有效的结合，发挥各自优势，也成为在冷液机方向研究的重点。

例如，1 m³，66 %乙二醇水溶液，从20 ℃降至0 ℃，可蓄冷量Q_66%乙二醇 = C·m· △t= 2.97 kJ/(kg·℃)×1095 kg×20 ℃=65043 kJ，式中乙二醇水溶液物性参数取平均温度10 ℃查得。若将30%的体积采用相变温度为6.2℃的相变蓄冷材料（如月桂醇－辛酸），相变潜热约为173 kJ/kg，则相变可蓄冷量Q_{月桂醇－辛酸}= h·m= 173 kJ/kg×264kg=45672 kJ，再加上70%的体积乙二醇水溶液蓄冷量，则总蓄冷量约为91202 kJ。两者相比，后者蓄冷量增加了约40%。另一方面，若采用冰蓄冷，相变温度下将6℃以上，通常压缩机的能效比会下降12%以上。为此，蓄冷加高效节能的冷液机未来会有较大前景，其中具有蓄冷功能的水箱正是这一技术结合的重要环节。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种结构紧凑，具有高效、节能、响应快速的冷液机用相变蓄冷和液蓄冷水箱，综合利用蓄冷棒内的相变蓄冷材料和储液箱内的冷却液蓄冷，达到和满足高能量、热密度、间歇性的发热装备的散热需求。

本发明的技术方案如下：

一种相变蓄冷和液蓄冷水箱，包括有储液箱、储液箱内部流动的冷却液，其特征在于：所述的储液箱中分别竖向设置有多个蓄冷棒，所述的多个蓄冷棒的顶部分别连接有透气帽，多个蓄冷棒中分别安装有金属网芯，并分别填充有可“固－液”转换的相变蓄冷材料，所述的金属网芯包括有网架和网丝，所述的网架为圆筒状结构，所述的网丝设置于所述网架的内部，并为沿所述网架的径向呈辐射状分布的“米”字形结构。

所述的相变蓄冷和液蓄冷水箱，其特征在于：所述的储液箱分别设有冷却液进、出接口，储液箱的顶面采用正三角形交叉排布形式均布有用于插装所述多个蓄冷棒的多个接口，储液箱的顶部安装有排气阀。

所述的相变蓄冷和液蓄冷水箱，其特征在于：所述的冷却液为乙二醇水溶液或水。

所述的相变蓄冷和液蓄冷水箱，其特征在于：所述的多个蓄冷棒分别为导热良好的金属圆管，底部密封，顶部开口，且分别设有两个接口，一个接口用于连接所述的储液箱，另一个接口用于连接所述的透气帽。

所述的相变蓄冷和液蓄冷水箱，其特征在于：所述的相变蓄冷材料以有机材料或水为基材，可加入纳米级粒子复合。

本发明进一步阐述如下：

多个蓄冷棒的具体容量、尺寸和数量，应依据具体的储液箱尺寸、冷却液流态、换热系数和所需相变蓄冷要求等等因素确定，多个蓄冷棒筒体通常采用不锈钢材质。多个蓄冷棒内的金属网芯，是为相变蓄冷材料提供更好的强化传热通道。

通常相变蓄冷材料在多个蓄冷棒筒体内凝固的过程：紧靠筒壁的材料首先凝结成固体，然后慢慢向里凝固，越靠近筒芯热阻越大，完全凝固成固体需要很大时间，当圆筒尺寸增大，有时就无法满足实际需求。为此，本发明的金属网芯就是要通过强化传热通道，解决筒芯部位相变蓄冷材料的凝固问题。其中，网丝编织成 “米”字形的辐射状结构，就是要加快这一凝固过程，从而提高蓄冷棒的效率。在实施过程中，“米”字形的辐射状结构的辐射线数量应根据需要而定，网架的尺寸越大，“米”字形的辐射状结构越密，网丝也就越多。