[发明专利]一种多重网格化相变储能装置、泵驱换热系统及换热方法

说明书

本发明公开了一种多重网格化相变储能装置、泵驱换热系统及换热方法，多重网格化相变储能装置由壳体、传热管道、泡沫金属及相变材料组成，多重网格化相变储能装置中的传热管道包括入口管段、出口管段以及入口管段与出口管段之间的换热管段；换热管段对称的分布在壳体内部，水平方向管段为多重网格化结构，不同级换热管段的管长和管径根据仿生学原理构成，从而构造出从中心到四周的最佳热流通道。本发明多重网格化相变储能装置作为泵驱回路的散热冷端，能够在极端散热环境下满足高功耗、间歇性工作设备的热管理需求。

技术领域

本发明涉及相变储能技术领域，具体涉及的是一种为了应对短时间内高散热需求对象而设计的具有多重网格化结构特征的相变储能装置及其泵驱换热系统。

背景技术

国防军事实力在各国综合国力的对比中占有很大比重，各国在军事科技方面的发展日新月异，为了满足现代化军事战略的需求，例如激光武器等高能设备得到了快速的发展。不仅能量的消耗量剧增，而且由于设备集成化程度的进一步增加，在有限空间内的散热指标剧增，散热条件也受限。针对一些间歇性工作的设备，例如激光武器的瞬时工作功率可达兆瓦级别，但是每次的工作时间很短，这种场所的散热负荷变化剧烈，普通的风冷条件难以满足，而采用直接液体冷却会使得冷却系统体积增大，且较难循环利用等缺点，因此采用相变储能的方式，可以很好的协调热量在时间上的不一致性。

受分形理论及高效热管理发展趋势的启发，为了实现热量的快速存取，本发明将换热管段设计成多重网格化结构，并结合泡沫金属的高导热高均温性能，进一步加强装置的均温性能，设计成一套基于相变储能装置的泵驱换热系统，从而实现热量的快速存取。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种基于多重网格化相变储能装置的泵驱换热系统，该装置优化了换热管段的结构，同时结合泡沫金属和相变储能的优势，利用强制泵驱环路进行热量输送，能够满足极端散热环境下，间歇性或周期性工作的高功耗、高热流密度设备良好的热管理需求。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：

一种多重网格化相变储能装置，包括：

壳体；

换热管道，包括：入口管段、出口管段以及位于入口管段与出口管段之间的换热管段，其中，所述的入口管段和所述的出口管段的管径最大，且分布在壳体的两侧；

所述的换热管段位于所述的壳体内，载冷剂在所述的换热管道内流动，所述的壳体和所述的换热管道之间的空隙填充所述的泡沫金属，所述的泡沫金属孔隙内填充所述的相变材料；

所述的换热管段为由水平方向管段和竖直方向管段组合而成的多重网格化结构，水平方向管段为至少两级传热流体支管，对称的分布在所述的壳体内部，其网格化级数为m，m≥2的整数，相邻两级换热管段的上级换热管段的四个角点分别连接四个下级换热管段，即发散系数N=4；

下级换热管段的中心位于上一级换热管段的顶角；

最后一级流体支管的向心斜对角点为竖直方向管段的连接点，连接两侧的水平管段部分。

所述换热管段水平方向的管段呈网状结构分布，末级流体支管通过竖直管段与壳体两侧的水平管段相连接。

所述换热管道的管长满足构型原理L_j=L₁A_L^j，(j=1,2,…,N-1)，式中，

L₁为第一级换热管段的长度；

A_L为上、下两级换热管段的边长比，取决于最大网格与最小网格的相对大小，通常A_L≤1；