[发明专利]具有蓄热壳体的回热器及斯特林循环系统

说明书

本发明公开了一种具有蓄热壳体的回热器，包括蓄热壳体和填充在由蓄热壳体形成的腔室中的填料部分，腔室的一端为供高温气体工质流入的热端、另一端为供低温气体工质流入的冷端，高温气体工质和低温气体工质分别通过腔室的热端和冷端交替流经回热器的腔室。其中，蓄热壳体由外至内包括外层、蓄热层和导温层；蓄热层包括由熔点不同的相变材料构成的多个蓄热部件。蓄热部件至少包括第一熔点蓄热部件和第二熔点蓄热部件，临近热端的第一熔点蓄热部件相对于临近冷端的第二熔点蓄热部件具有更高熔点。本发明所提出的具有蓄热壳体的回热器能够减少回热器沿径向和轴向导热损失，增大回热量，从而减小回热器尺寸和系统的死容积，提高整机效率。

技术领域

本发明涉及一种具有蓄热壳体的回热器，还涉及使用该回热器的斯特林循环系统。

背景技术

回热器是斯特林发动机、制冷机、电子设备冷却器等多种设备的核心换热部件。这些设备以气体为工质，按闭式回热循环方式进行工作。回热器是一种可以提高设备整机效率的节能装置，使加热器和冷却器的工作负荷大大降低，其回热量是影响整机性能的关键参数。以斯特林发动机回热器为例，现有回热器的基本结构是在耐压容器中填充由多孔介质构成的基体，这种基体具有一定的孔隙率和比表面积。当工质气体吸热膨胀后，高温气流从热端流向冷端，回热器储存一部分气体热量于回热器内的多孔介质构成的基体中；当工质放热压缩后，低温气流从冷端返回热端，回热器将储存于多孔介质构成的基体中的热量释放给低温气流，完成回热。现有回热器中利用填料对流经回热器的气体工质完成储热和放热的换热过程。

回热器壳体材料方面，传统的回热器壳体通常直接采用不锈钢材料制作而成，其本身并不具备蓄热功能，反而因为不锈钢导热性能良好，使得回热器在径向和轴向上的导热损失较大，导致回热效率下降。

相变蓄热材料是利用材料的相变潜热来实现能量的储存和利用，化学储热材料是利用化学反应的吸热和放热来实现能量的储存和利用，目前这两种蓄热方式主要应用在工业余热的分散性和大能级跨度以及可再生能源的间歇性等需要中高温蓄热技术的领域，未见将其应用于回热器壳体中的在先文献。

发明内容

针对现有回热器的设计所存在的回热器径向和轴向导热损失较大的技术问题，本发明提出一种新的具有蓄热壳体的回热器，在提出不同于现有回热器壳体结构的同时，将蓄热材料用于回热器壳体中。

本发明提出的具有蓄热壳体的回热器，包括蓄热壳体和填充在由蓄热壳体形成的腔室中的填料部分，所述腔室的一端为高温气体工质流入的热端、另一端为低温气体工质流入的冷端，所述高温气体工质和所述低温气体工质分别通过所述腔室的热端和冷端交替流经回热器的所述腔室。其中，所述蓄热壳体由外至内包括外层、蓄热层和导温层；所述蓄热层包括由熔点不同的相变材料构成的多个蓄热部件。所述蓄热部件至少包括第一熔点蓄热部件和第二熔点蓄热部件，临近所述热端的第一熔点蓄热部件相对于临近所述冷端的第二熔点蓄热部件具有更高熔点。

本发明的具有蓄热壳体的回热器中，所述多个蓄热部件的熔点温度沿所述热端向所述冷端的方向阶梯下降，以与流经该各个蓄热部件对应位置的气体工质的温度相匹配的方式设置。

本发明的具有蓄热壳体的回热器中，在所述蓄热壳体中以至少贯穿蓄热层的方式设置隔热层。

本发明的具有蓄热壳体的回热器中，所述回热器还包括传热部件，其一端位于所述蓄热层中临近热端处，另一端位于所述腔室内。

本发明的具有蓄热壳体的回热器中，所述外层为保温层。

本发明的具有蓄热壳体的回热器中，所述蓄热层由相变材料与石墨颗粒的混合物压制而成。

本发明的具有蓄热壳体的回热器中，所述蓄热层由热化学储热材料制成。

本发明的具有蓄热壳体的回热器中，所述填料部分包括多孔介质。多孔介质结构与材料有多种选择，例如：堆叠丝网、金属纤维、泡沫金属、烧结金属，或是采用由熔点不同的相变材料构成的多个相变部件。