[发明专利]仿生金属-相变材料复合储冷块

说明书

本发明公开了一种仿生金属‑相变材料复合储冷块，储冷块由导热壳体、位于导热壳体内的导热内肋片以及相变储能材料组成，所述相变储能材料填充于所述导热壳体与导热内肋片之间，所述导热内肋片为仿生分形结构，包括位于导热壳体中心的节点以及从节点向导热壳体外壁延伸的分形分支；所述导热壳体为正方体，在所述节点上分布有8个分形分支，每个分形分支指向正方体的一个边。本发明储冷块储冷方式采用显热与潜热结合，具有优良的储冷效果；人体呼吸系统仿生分形结构金属内肋片强化了相变材料中的能量传递过程，冷量释放所需时间短，具有快速降温的优点。

技术领域

本发明涉及一种仿生金属-相变材料复合储冷块。

背景技术

传统的冷饮获取方式通常有两种：将常温的饮品放入冰箱中冷藏或在饮品中 加入冰块。前者降温过程所需的时间较长，后者在冰块融化时将产生水从而影响 饮品的口感。尤其当被降温饮品是酒类时，后者的缺陷更为明显。

目前，市场上已经存在纯不锈钢的冷块，但金属的热容不高，且储冷方式仅 依靠不锈钢的显热，所能储存的冷量有限，无法获得良好的降温效果。此外，纯 金属块还存在重量大、成本高等缺点。

相变材料在相变时将能量以潜热的形式储存，能够在固定的温度范围内储存 /释放大量的能量，价格低廉，是理想的储冷材料。将相变材料填充于无毒金属 外壳内，能够有效提高冷量储存密度，进而提高降温效果。然而相变材料，尤其 是有机相变材料，存在热导率低，冷量释放过缓的缺点。若将相变材料用于制造 储冷块，则亟需寻求提高热量传递效率的方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种储冷量大且降温速度快的储冷块。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种仿生金属-相变材料复合储冷块，其特征在于：所述的储冷块由导热壳 体、位于导热壳体内的导热内肋片以及相变储能材料组成，所述相变储能材料填 充于所述导热壳体与导热内肋片之间，所述导热内肋片为仿生分形结构，包括位 于导热壳体中心的节点以及从节点向导热壳体外壁延伸的分形分支。

所述导热壳体为正方体，在所述节点上分布有8个分形分支，每个分形分支 指向正方体的一个边。

所述分形分支的第k级分支肋长为：

L_k＝L₀N^-k/D

其中，L₀为零级主肋长；N为分支数，N＝2～4；D为长度维数，D＝1.8～2。

分支数N＝3；长度维数D＝2。

所述导热壳体为金属壳体。

所述导热内肋片为金属内肋片。

所述相变储能材料融化/凝固的相变温度低于5℃，例如水、聚丙烯酰胺水溶 液、石蜡等。

本发明一种仿生金属-相变材料复合储冷块，由金属外壳、仿生分形结构金 属内肋片以及相变储能材料组成，相变材料填充于金属外壳与金属内肋片之间。 金属外壳与人仿生分形结构金属内肋片材料为导热性能良好、无毒的金属。金属 外壳为正方体，仿生分形结构金属内肋片为立体外延式分形结构，由中心点朝向 金属外壳的每条边均布置有一条外延式分形结构肋片，外延式分形结构肋片参照 人体呼吸系统仿生设计，具有很高的换热效率，其第零级主肋长为L₀，第一级 分支肋长L₁＝L₀N^-1/D，……，第k级分支肋长为L_k＝L₀N^-k/D，其中N＝3为分支数， D为分形长度维数，1≤D≤2，肋片表面积随着D的增大而增大，热有效性也随之 升高，因此取D＝2。