一种双温相变储能的热管的制作方法

本发明涉及热能储存与释放技术领域，具体涉及一种双温相变储能的热管及其蓄放热方法。

背景技术：

我国的能源利用率仅为33%，相比发达国家要低10%，其中余热资源约占其燃料消耗总量的17% ～67%，由此可知余热利用率提升空间大，节能潜力巨大。

余热的回收利用途径很多，按照余热资源化的品质梯级来进行利用效率最高，一般适用于高温余热资源，中低温余热资源可以用于制热及生产生活热水。经过多年的研究，高温段余热资源回收利用技术已取得较大的成果，然而中低温段余热资源的回收利用技术还处于成长阶段，有较大的发展空间。但是工业余热资源存在间歇性、不稳定性、能源密度低等特点，导致以上技术同样存在间歇期，无法连续运行，因此余热回收相变储能技术得以发展。

热管是一种高效相变传热元件，在相同温差下流体以汽化潜热的方式传递热量要比对流过程中以显热的方式传递的热量大几个数量级。

申请号201480054443.7申请了基于脉动热管的热交换装置，其发明的技术目标是改善热交换装置的热性能而不是废热利用，整个装置没有考虑利用相变材料储存热量。

申请号201510463032.X申请了一种热管换热器及其加工方法，其目的是提供一种脉动热管换热器及其加工方法。

申请号201620562228 .4申请了一种气液热管换热器，其目的是用于余热回收，但没有蓄热环节。

技术实现要素：

本发明就中低温段余热资源回收利用问题，设计并制作了一种一种双温相变储能的热管，将相变储能技术及热管技术相结合，利用相变储能技术解决余热资源稳定性差的问题，同时利用热管高效的传热性能优化相变材料导热系数小的缺点。

本发明采用的技术方案具体为：

一种双温相变储能的热管包括壳体、蓄热腔室、放热腔室、重力热管、高温相变材料腔室、低温相变材料腔室。所述蓄热腔室、放热腔室、重力热管、高温相变材料腔室、低温相变材料腔室设于所述壳体内。所述蓄热腔室为铜管环绕布置于高温相变材料腔室外部。所述放热腔室为环形铜管环绕布置于低温相变材料腔室外部。至少一组所述重力热管置于所述蓄热腔室、放热腔室内。所述重力热管置于蓄热腔室和放热腔室部分为直管段加弯头组成。所述壳体和外壁之间设有保温层。所述重力热管置于蓄热腔室部分为蒸发段，所述重力热管置于放热腔室部分为冷凝段。通过将重力热管技术应用于蓄热器中，利用重力热管内部工作工质的蒸发与冷凝实现热量的吸收、储存与释放，将废热中的能量有效地储存并转移到需要热量的冷流体中。

放热腔室、低温相变材料腔室和重力热管的冷凝段构成所述双温相变储能的热管的放热部分，所述放热腔室内流入冷流体，冷流体在冷却腔室内沿铜管绕行，延长与重力热管的冷凝段接触时间达到充分换热目的。所述冷却腔室的一端设有冷流体进口和冷流体出口。

蓄热腔室、高温箱变材料腔室和重力热管的蒸发段构成所述双温相变储能的热管的蓄热部分，所述蓄热腔室内流入热流体，热流体在蓄热腔室内沿铜管绕行，延长与重力热管的蒸发段接触时间达到充分换热目的。所述蓄热腔室的一端设有热流体进口和热流体出口。

所述重力热管包括铜管和工作工质，所述工作工质充注于所述铜管内；所述铜管由竖向通道和横向弯头连接蓄热腔室、放热腔室形成回路，所述竖向通道的个数为5个。

所述脉动热管之毛细管的材料为紫铜或者不锈钢，内径为25mm。

所述高温相变材料腔室至于所述蓄热腔室内部，其中填充高温相变材料；低温相变材料腔室至于所述放热腔室内部，其中填充低温相变材料。

本发明进一步提供一种双温相变储能的热管的蓄放热方法，包括以下步骤：

一、热量吸收：余热热流体流经所述蓄热腔室内，所述重力热管蒸发段工质吸收热量气化，然后在所述重力热管冷凝段内冷凝释放该热量至所述放热腔室内。所述重力热管内部工质不断气化上升、液化下降，形成循环；

二、热量储存：热流体经过所述蓄热腔室内，通过环形铜管将热量存储于所述高温相变材料腔室内，高温相变材料吸收热量进行相变储能。高温相变材料储能结束后，余热热流体通过所述重力热管将热量传递至所述放热腔室内部，所述低温相变材料腔室内低温相变材料吸收热量进行相变储能。

三、热量释放：冷流体经过所述放热腔室，通过环形铜管与所述重力热管冷凝段进行换热，进行蓄热回收利用；余热热量不足或间断时，冷流体与所述低温相变材料腔室进行换热，释放储存在所述低温相变材料腔室内热量；所述低温相变材料腔室内热量释放完毕后，所述高温相变材料腔室内热量通过所述重力热管进行热量传递，保证热量持续供应，实现无间断热量释放。

所述冷流体温度低于所述低温相变材料的相变温度，所述低温相变材料的相变温度低于所述重力热管工质的相变温度，所述重力热管工质的相变温度低于所述高温相变材料的相变温度，所述高温相变材料的相变温度低于所述余热热流体温度。

本发明产生的有益效果是：本发明的重力热管蓄放热装置将重力热管技术应用于蓄放热装置中，利用重力热管内部工作工质的蒸发上升、冷凝下降和高低温相变材料腔室内不同相变材料的相变潜热，将热流体中吸收的热量分别储存于高低相变材料中，实现了热量的吸收与储存；然后将储存于相变材料中的热量释放于冷流体中，实现了热量的分级储存与利用，有效地将废热中的能量储存保证其不间断热量供应。该重力热管蓄放热装置不仅结构简单，且利用两种高低温相变材料结合的方法，其蓄热能力大，释放热量时候温度稳定，另外在蓄热、放热过程中利用了重力热管，重力热管的运行不需要输入外界做功，又具有热能流密度大、效率高以及运行稳定可靠的明显优点。

附图说明

图 1 为本发明双温相变储能的热管的结构示意图；

图 2 为本发明双温相变储能的热管的蓄放热原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图 1 为本发明一种双温相变储能的热管的结构示意图；图1各部件标记：蓄热腔室1，重力热管2，放热腔室3，余热热流体环形铜管4，高温相变材料腔室5，冷流体环形铜管6，低温相变材料腔室7。

如图1所示，一种双温相变储能的热管主要包括蓄热腔室1、重力热管2、放热腔室3、余热热流体环形铜管4、高温相变材料腔室5、冷流体环形铜管6、低温相变材料腔室7。其中，5组2重力热管连接在蓄热腔室1与放热腔室3之间，重力热管2内部填充传热工质。高温相变材料腔室5内填充高温相变材料，低温相变材料腔室7内填充低温相变材料。余热热流体环形铜管4中流动余热热流体，冷流体环形铜管6中流动冷流体。蓄热腔室1为重力热管2蒸发段，放热腔室3为重力热管2冷凝段。

其蓄放热原理如图2所示。当余热热流体经过余热热流体环形铜管4时，工质在重力热管2中不断受热气化上升、冷凝下降形成循环进行传热。高温相变材料腔室5内高温相变材料开始相变蓄热。高温相变材料腔室5蓄热完成后，热量由重力热管2传递至放热腔室3，低温相变材料腔室7内低温相变材料开始相变蓄热。

冷流体通过冷流体环形铜管6与放热腔室3进行换热，吸收热量；当余热热流体环形铜管4内热量不足时，低温相变材料腔室7提供所储存热量与冷流体换热；当低温相变材料腔室7热量提供完毕后，高温相变材料腔室5内存储热量开始供应，通过重力热管2触底热量至放热腔室3，与冷流体换热，完成无间断热量供应。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。