一种基于栅栏型翅网强化传热相变蓄热装置

本发明涉及一种相变蓄热装置，特别涉及一种基于栅栏型翅网强化传热相变的蓄热装置。

背景技术：

1、充分利用太阳能等清洁且富足的资源能有效解决资源稀缺这一问题，然而，这类清洁能源利用过程中不可避免的会受到外界环境因素的影响，例如太阳能受昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件限制，阴、云、雨等随机气象因素使得太阳辐照度间断且不稳定，空间和时间限制对其利用效率制约较大。若想使这类清洁而富足的能源成为连续且稳定的能源，必须开发性能优异、成本低廉的蓄热技术。可见，蓄热供热系统对环境及资源问题而言非常重要，它可有效解决太阳能等现有能源与供给不匹配的矛盾。为了在相同资源的基础上实现最大利用率，探索开发出稳定的能源，必须开发性能优异、成本低廉的蓄热技术。

2、蓄热技术根据其热能储存形式可分为三种类型：显热蓄热、相变蓄热和化学能蓄热。相变蓄热技术是目前最具发展潜力的蓄热技术，比于显热蓄热、化学能蓄热，相变蓄热具有如下优点：（1）蓄热过程热量蓄存密度大，单位体积蓄热材料能够蓄存更多的热量；（2）蓄、放热过程中，蓄热材料发生相变，整个过程保持恒温，利于保证载热流体出口温度；（3）潜热蓄热可选材料丰富，相变温度范围广泛，价格相对低廉。

3、虽然相变蓄热技术有诸多优势，但也并非完美，仍然存在一定的不足和缺陷。其中最为严重的不足是：大多数可利用的相变材料导热系数相对较低，直接影响相变材料的蓄、放热密度；此外，循环蓄、放热过程中，材料的热物理性能会缓慢发生变化，放热量逐渐下降，不利于系统长期运行。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种栅栏式翅网强化传热的蓄热供热系统结构，可以提高传热效率，强化传热效果。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于栅栏型翅网强化传热相变蓄热装置，包括由出口边盖、进口边盖、前端底盖和后端底盖组装成一密闭箱体，所述密闭箱体内形成相变材料填充腔，所述相变材料填充腔内填充相变储热材料，所述密闭箱体内设有多个横向传热流体微管和多个竖向相变材料空心导流管，所述横向传热流体微管与竖向相变材料空心导流管的内部中通焊接，构成栅栏式翅网。

3、进一步地，所述横向传热流体微管采用直径不大于10mm的微管制成。

4、进一步地，所述竖向相变材料空心导流管壁面上开有供所述横向传热流体微管穿过的孔槽，所述横向传热流体微管和竖向相变材料空心导流管在孔槽里形成两个等面积的工字区域。

5、进一步地，所述相变材料填充腔内还填装有具有多孔的石墨，所述相变材料融合于多孔的石墨中。

6、进一步地，所述栅栏式翅网中设置有使相变材料产生卡门涡街的插件。

7、进一步地，所述出口边盖和进口边盖上分别设置有微孔，所述微孔与所述横向传热流体微管连通。

8、进一步地，所述相变材料采用熔融盐。

9、本发明通过对相变蓄热供热系统结构上的创新设计来增大自然对流，提升传热速率，增大给定时间内的蓄热量，增大总传热系数；扩大总传热面积；增加冷热流体的平均温差。通过多个横向传热流体微管和多个竖向相变材料空心导流管，构成栅栏式翅网强化传热的换热网格，既增加了与相变材料的接触面积，将传热流体的热量快速分散到相变材料的填充空间，在金属管道与相变材料直接接触的位置最先产生相变，开始融化，液态熔融盐在管内壁和管外壁发生向上的自然对流，在远离金属管的位置上自然对流向下，形成一个环流，相比没有竖向导流管的情况，自然对流的死区更小。并在供热系统内通过安装内插件，使流体产生卡门涡街，增加流体紊流程度，破坏层流层；提高传热系数，以最终实现强化传热。从而实现强化传热的方案。

技术特征：

1.一种基于栅栏型翅网强化传热相变蓄热装置，其特征在于：包括由出口边盖（1）、进口边盖（6）、前端底盖（9）和后端底盖（8）组装成一密闭箱体，所述密闭箱体内形成相变材料填充腔（5），所述相变材料填充腔（5）内填充相变储热材料，所述密闭箱体内设有多个横向传热流体微管（2）和多个竖向相变材料空心导流管（4），所述横向传热流体微管（2）与竖向相变材料空心导流管（4）的内部中通焊接，构成栅栏式翅网。

2.根据权利要求1所述的基于栅栏型翅网强化传热相变蓄热装置，其特征在于：所述横向传热流体微管（2）采用直径不大于10mm的微管制成。

3.根据权利要求1所述的基于栅栏型翅网强化传热相变蓄热装置，其特征在于：所述竖向相变材料空心导流管（4）壁面上开有供所述横向传热流体微管（2）穿过的孔槽，所述横向传热流体微管（2）和竖向相变材料空心导流管（4）在孔槽里形成两个等面积的工字区域。

4.根据权利要求1所述的基于栅栏型翅网强化传热相变蓄热装置，其特征在于：所述相变材料填充腔（5）内还填装有具有多孔的石墨，所述相变材料融合于多孔的石墨中。

5.根据权利要求1所述的基于栅栏型翅网强化传热相变蓄热装置，其特征在于：所述栅栏式翅网中设置有使相变材料产生卡门涡街的插件（3）。

6.根据权利要求1所述的基于栅栏型翅网强化传热相变蓄热装置，其特征在于：所述出口边盖（1）和进口边盖（6）上分别设置有微孔（7），所述微孔（7）与所述横向传热流体微管（2）连通。

7.根据权利要求1所述的基于栅栏型翅网强化传热相变蓄热装置，其特征在于：所述相变材料采用熔融盐。

技术总结
本发明公开了一种基于栅栏型翅网强化传热相变蓄热装置，包括由出口边盖、进口边盖、前端底盖和后端底盖组装成一密闭箱体，所述密闭箱体内形成相变材料填充腔，所述相变材料填充腔内填充相变储热材料，所述密闭箱体内设有多个横向传热流体微管和多个竖向相变材料空心导流管，所述横向传热流体微管与竖向相变材料空心导流管的内部中通焊接，构成栅栏式翅网。本发明通过多个横向传热流体微管和多个竖向相变材料空心导流管，构成栅栏式翅网强化传热的换热网格，提升传热速率，增大给定时间内的蓄热量，增大总传热系数；扩大总传热面积；增加冷热流体的平均温差。相比没有竖向导流管的情况，自然对流的死区更小。

技术研发人员：刘洋赫
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17