一种圆柱式结构渐变翅片相变蓄热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于蓄热技术领域，尤其涉及一种圆柱式结构渐变翅片相变蓄热器。
【背景技术】
[0002]随着化石燃料的枯竭和自然环境的恶化，寻找可持续发展的替代能源已成为许多国家关注的重大问题。研宄显热、潜热和化学反应蓄热技术可以减小间歇能源供需之间的不匹配问题。潜热蓄热具有性能好、可靠性高、储热密度大和几乎恒定的换热温度等优势，但相变材料的低热导率限制了潜热蓄热技术的发展。
[0003]蓄热过程时，由于沿高温换热流体流动方向，换热流体与相变材料换热温差越来越小，导致入口段的相变材料容易过热，出口段的相变材料不能有效熔化。传统的等间距翅片蓄热器相变材料整体利用率低，相变材料在换热过程中不能完全熔化与凝固并参与换热，由此产生的温度与热应力不均分布，减少了相变材料和容器材料的寿命。
【发明内容】
[0004]针对相变蓄热器相变材料热导率低、利用率低以及方形蓄热容器局部热应力过高等问题，提出一种圆柱式结构渐变翅片相变蓄热器，包括:上端面、蓄热壳体、环形翅片、换热管束、相变材料、底面；蓄热器整体结构呈圆柱体，竖直布置；上端面和底面之间采用圆周阵列方式竖直布置多根换热管束，换热管束互相平行等间距；多个环形翅片平行于上端面和底面，并在上端面和底面之间水平布置，每一级的环形翅片与所有换热管束相连，形成封闭通道，里面流动换热流体；蓄热壳体将上端面和底面之间的圆柱体空间包裹起来，所形成的圆柱体空间中除去环形翅片与换热管束形成封闭通道之外的其余空间存储相变材料。
[0005]所述环形翅片的间距渐变，越靠近上端面的环形翅片间距越大，越靠近底面的环形翅片间距越小，翅片间距渐变尺寸根据温度及换热量沿轴向分布对应布置。
[0006]所述环形翅片分为管束接口部分与翅片实体部分，管束接口部分是圆形通孔，直径与换热管束配合；管束接口部分呈圆周阵列等距布置在环形翅片上，具体数量根据蓄热器具体换热参数确定。
[0007]所述上端面装有换热流体入口，所述底面装有换热流体出口。
[0008]所述蓄热壳体包括内衬、高温合金、绝热层；内衬为碳硅化合物，多层碳硅化合物使用碳硅纤维与中间高温合金连接，绝热层采用多层隔热材料及真空绝热。
[0009]所述相变材料选择单纯盐或混合盐作为相变材料，包括主蓄热剂、防相分离剂、防过冷剂、相变温度调节剂、相变促进剂的成分，熔点温度不低于300°C。
[0010]所述换热管束的材料为高温稳定性合金，包括钻基、镍基。
[0011]本发明的有益效果是:本发明一种圆柱式结构渐变翅片相变蓄热器，利用相变材料配合换热流体可以设计出与换热温度匹配较好的相变蓄热器。间距渐变翅片可以减少入口段相变材料的过热现象，增加出口段相变材料的熔化，改善相变材料整体蓄热效果。翅片间距渐变度越匹配换热温差，翅片单元整体温度分布越均匀，累积蓄热量以及内壁面热流密度也越高，相变材料整体利用率越高。翅片可以阻碍自然对流的形成，有利于凝固过程。通过布置间距渐变整体环状翅片，使蓄热器换热温差更趋一致，减少相变材料局部过热以及蓄热容器热应力过高的现象。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的一种圆柱式结构渐变翅片相变蓄热器的结构示意图
[0013]图2为蓄热器主视图
[0014]图3为环形翅片结构图
[0015]其中，1-上端面、2-蓄热壳体、3-环形翅片、4-换热管束、5-相交材料、6_底面、7-换热流体入口、8-换热流体出口、301-管束接口部分、302-翅片实体部分。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图，对实施例作详细说明。
[0017]如图1所示，本发明由上端面I，蓄热壳体2，环形翅片3，换热管束4，相变材料5，底面6组成。蓄热器整体结构呈圆柱体，竖直布置。环形翅片3水平布置，每一级的环形翅片3是一整体，根据蓄热具体要求等距布置换热管束4的接口。换热管束4竖直互相平行等间距布置。换热管束4中流动换热流体。环形翅片3之间储存相变材料5，环形翅片3沿蓄热过程换热温差减小方向翅片间距不断减小。换热流体通过环形翅片3和换热管束4与相变材料5换热。每两个相邻的翅片将之间的相变材料分隔成单独的换热区域。
[0018]所述相变材料需要有合适的相变温度，以及较高的比热和潜热以减少蓄热单元的尺寸，同时相变材料必须表现出一致熔融性以减少不可逆的周期性损失，要选择化学稳定的相变材料以延长蓄热单元的寿命，此外还需考虑相变材料的安全性与经济性。
[0019]所述环形翅片选择热导率较高的材料。翅片间距随着蓄热过程换热温差减小的方向不断减小，间距渐变度匹配温差分布，换热管束垂直通过翅片，换热管束中的换热流体通过管束表面以及翅片表面与相变材料换热。同时翅片在凝固放热过程可以阻止整体的自然对流，减缓自然对流对凝固放热过程的影响。
[0020]如图2所示，换热流体入口 7在上端面I上，换热流体出口 8在底面6上。
[0021]如图3所示，环形翅片3分为管束接口部分301与翅片实体部分302，管束接口部分301是圆形通孔，直径与换热管束4配合。管束接口部分301呈圆周阵列等距布置在环形翅片3上，具体数量根据蓄热器具体换热参数确定。
[0022]熔化蓄热过程，高温的换热流体通过上端面I的换热流体入口 7进入到换热管束4中，流量平均分配到每个换热单元管。高温的换热流体通过环形翅片3和换热管束4与低温的相变材料5进行热传导换热。沿高温换热流体流动方向，高温换热流体与低温相变材料5的换热温差不断减小，为提高蓄热器整体换热效果，环形翅片3间距沿此方向不断减小。最终换热流体由底面6的换热流体出口 8流出蓄热器，完成一个换热过程。
[0023]凝固放热过程，低温的换热流体通过底面6的换热流体出口 8流入蓄热器，流量平均分配到换热每个换热单元管，高温的相变材料5通过环形翅片3和换热管束4与低温的换热流体主要进行热传导换热，换热后的流体通过上端面I的换热流体入口 7流出蓄热器。自然对流的存在会减缓凝固过程，但由于多个环形翅片3将相变材料分隔成竖直方向上不同的独立换热区域来阻止整体的自然对流，可以在一定程度上强化凝固过程。
[0024]此实施例仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种圆柱式结构渐变翅片相变蓄热器，其特征在于，包括:上端面、蓄热壳体、环形翅片、换热管束、相变材料、底面；蓄热器整体结构呈圆柱体，竖直布置；上端面和底面之间采用圆周阵列方式竖直布置多根换热管束，换热管束互相平行等间距；多个环形翅片平行于上端面和底面，并在上端面和底面之间水平布置，每一级的环形翅片与所有换热管束相连，形成封闭通道，里面流动换热流体；蓄热壳体将上端面和底面之间的圆柱体空间包裹起来，所形成的圆柱体空间中除去环形翅片与换热管束形成封闭通道之外的其余空间存储相变材料。
2.根据权利要求1所述蓄热器，其特征在于，所述环形翅片的间距渐变，越靠近上端面的环形翅片间距越大，越靠近底面的环形翅片间距越小，翅片间距渐变尺寸根据温度及换热量沿轴向分布对应布置。
3.根据权利要求1所述蓄热器，其特征在于，所述环形翅片分为管束接口部分与翅片实体部分，管束接口部分是圆形通孔，直径与换热管束配合；管束接口部分呈圆周阵列等距布置在环形翅片上，具体数量根据蓄热器具体换热参数确定。
4.根据权利要求1所述蓄热器，其特征在于，所述上端面装有换热流体入口，所述底面装有换热流体出口。
5.根据权利要求1所述蓄热器，其特征在于，所述蓄热壳体包括内衬、高温合金、绝热层；内衬为碳硅化合物，多层碳硅化合物使用碳硅纤维与中间高温合金连接，绝热层采用多层隔热材料及真空绝热。
6.根据权利要求1所述蓄热器，其特征在于，所述相变材料选择单纯盐或混合盐作为相变材料，包括主蓄热剂、防相分离剂、防过冷剂、相变温度调节剂、相变促进剂的成分，熔点温度不低于300°C。
7.根据权利要求1所述蓄热器，其特征在于，所述换热管束的材料为高温稳定性合金，包括钻基、镲基。
【专利摘要】本发明属于蓄热技术领域，尤其涉及一种圆柱式结构渐变翅片相变蓄热器，上端面(1)、蓄热壳体(2)、环形翅片(3)、换热管束(4)、相变材料(5)、底面(6)；上端面和底面之间采用圆周阵列方式竖直布置多根换热管束，换热管束互相平行等间距；多个环形翅片平行于上端面和底面，并在上端面和底面之间水平布置，每一级的环形翅片与所有换热管束相连，形成封闭通道，里面流动换热流体；蓄热壳体将上端面和底面之间的圆柱体空间包裹起来，里面存储相变材料。所述环形翅片的间距渐变，越靠近底面的环形翅片间距越小，使蓄热器换热温差更趋一致，减少相变材料局部过热以及蓄热容器热应力过高的现象。
【IPC分类】F28D20-02
【公开号】CN104864757
【申请号】CN201510303521
【发明人】徐鸿飞, 杜小泽, 杨佳霖, 杨立军
【申请人】华北电力大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月4日