一種旋轉(zhuǎn)相變換熱器及工作方法技術(shù)

一種新型旋轉(zhuǎn)相變換熱器，工作時(shí)處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，換熱器主體通過旋轉(zhuǎn)接頭與熱流體管路連接，換熱器主體與旋轉(zhuǎn)接頭通過位于圓柱形換熱器主體圓心位置的固定接頭連接。電機(jī)或電機(jī)組驅(qū)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)換熱器主體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。換熱器主體上下兩端使用封板焊接密封，換熱器內(nèi)部具有三種類型工質(zhì)層：熱工質(zhì)層、相變換熱工質(zhì)層與冷工質(zhì)層，熱工質(zhì)層與相變換熱工質(zhì)層在換熱器內(nèi)部，冷工質(zhì)層與外界聯(lián)通，可連接風(fēng)管或其他冷卻介質(zhì)管路。其中每?jī)蓪訜峁べ|(zhì)層間使用數(shù)個(gè)連接通道進(jìn)行連接，連接通道穿過相變換熱工質(zhì)層與冷工質(zhì)層。換熱器三種類型工質(zhì)層的層數(shù)與排列順序可根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，不同工質(zhì)層的尺寸也可根據(jù)不同的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及設(shè)備散熱與工業(yè)高效換熱領(lǐng)域，特別是涉及一種新型旋轉(zhuǎn)相變換熱器及工作方法。
技術(shù)介紹
很多設(shè)備在工作中會(huì)使激光發(fā)射器等關(guān)鍵部件在短時(shí)間內(nèi)聚集大量的熱量，為保證設(shè)備正常工作，需要高效的換熱設(shè)備對(duì)電子部件進(jìn)行散熱，因此就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的換熱器，相變換熱器作為一種新型的換熱器，能夠利用相變材料的相變潛熱提高換熱效率，同時(shí)利用高能設(shè)備間歇使用的工作特性，短時(shí)間快速吸熱取冷，長(zhǎng)時(shí)間蓄冷備戰(zhàn)，成為高效換熱系統(tǒng)中冷凝換熱器的最佳選擇，然而相變材料導(dǎo)熱系數(shù)低成為相變換熱器強(qiáng)化換熱的最大制約，合理的換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提高相變換熱系數(shù)成為提高相變換熱器性能的關(guān)鍵技術(shù)，因此有人想到設(shè)計(jì)如下?lián)Q熱器；1）CN102706194B超級(jí)相變換熱器，該專利中換熱器熱源為大功率強(qiáng)流粒子束或強(qiáng)激光等熱功率照射，冷源為一種可由液態(tài)沸騰氣化為氣態(tài)的傳熱介質(zhì)，換熱器中僅存在1種工質(zhì)。換熱器中相變材料僅產(chǎn)生氣化過程，相變過程不可逆，換熱器存在2個(gè)空間區(qū)域（空腔）：圓筒外側(cè)液體區(qū)域、圓筒中心氣體區(qū)域，兩區(qū)域聯(lián)通，存在熱質(zhì)交換，兩區(qū)域靠旋轉(zhuǎn)離心作用分離，除此之外，旋轉(zhuǎn)的作用還有使受熱面動(dòng)態(tài)更換，并且換熱器上部松套在基礎(chǔ)支撐上，下部使用驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，沒有提及密封性能以及轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)換熱器上游與下游部件的影響。2）CN102829662A一種旋轉(zhuǎn)相變蓄熱裝置，其換熱器主要具有3個(gè)腔體：上進(jìn)水腔體、膠囊相變蓄熱球腔體與下出水口腔體，3個(gè)腔體相互連通。換熱器中存在兩種工質(zhì)：熱水與相變球中的相變材料，換熱過程為熱水或冷水與膠囊相變蓄熱球中的相變材料進(jìn)行換熱，未提及相變過程（但膠囊型相變球也只可能發(fā)生固-液相變，液-氣相變體積變化太大，膠囊會(huì)爆）；吸熱和放熱通過進(jìn)水口通入熱水或冷水進(jìn)行區(qū)分，冷熱工質(zhì)共用同一通道（共用通道將限制冷熱工質(zhì)必須為同種工質(zhì)，僅溫度不同），吸熱與放熱過程必須單獨(dú)進(jìn)行，并且其旋轉(zhuǎn)裝置的作用為帶動(dòng)翻動(dòng)板轉(zhuǎn)動(dòng)，攪動(dòng)膠囊型相變蓄熱球的翻滾，使相變球之間形成復(fù)雜的換熱通道，代替現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的換熱器，使用的膠囊球較多，越多的膠囊球浪費(fèi)的換熱空間越多（膠囊球壁厚），儲(chǔ)存的相變材料總量越少，滿足系統(tǒng)換熱要求的換熱器體積越大。因此兩者都存在較大缺陷，本申請(qǐng)解決了以上缺陷，本申請(qǐng)熱源為沿圓柱形換熱器軸向流動(dòng)的熱工質(zhì)，冷源為垂直穿透圓柱形換熱器側(cè)面的冷工質(zhì)，另外換熱器中相變換熱工質(zhì)層密封有儲(chǔ)能（儲(chǔ)冷）作用的相變材料，材料由固態(tài)受熱融化為液態(tài)。換熱器共有3種工質(zhì)，相變材料既可受熱融化，也可冷凝固化，相變過程可逆，本申請(qǐng)存在3個(gè)空間區(qū)域：熱工質(zhì)層、相變換熱工質(zhì)層與冷工質(zhì)層，三個(gè)區(qū)域互不相同，僅發(fā)生熱交換，換熱器上下具有旋轉(zhuǎn)接頭，旋轉(zhuǎn)接頭能夠在保證密封的條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，換熱器旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，上游及下游部件保持固定靜止，設(shè)計(jì)更加全面、合理，換熱過程分為取冷過程與蓄冷過程，相變材料在取冷時(shí)由固態(tài)融化為液態(tài)，蓄冷時(shí)由液態(tài)凝固為固態(tài)，由于冷、熱工質(zhì)層完全獨(dú)立，不共用流動(dòng)通道，相變材料的吸熱與放熱兩個(gè)過程可同時(shí)進(jìn)行，且對(duì)工質(zhì)無要求，具有更高的系統(tǒng)集成度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決上述存在的問題，本專利技術(shù)提供一種新型旋轉(zhuǎn)相變換熱器及工作方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、同時(shí)提高了相變材料蓄冷與取冷的換熱效率，為相變高效換熱在高能設(shè)備散熱系統(tǒng)與工業(yè)高效換熱系統(tǒng)中的運(yùn)用提供了運(yùn)用基礎(chǔ)，為達(dá)此目的，本專利技術(shù)提供一種新型旋轉(zhuǎn)相變換熱器，包括換熱器主體、旋轉(zhuǎn)接頭、固定接頭、電機(jī)組、驅(qū)動(dòng)齒輪、封板、熱工質(zhì)層、相變換熱工質(zhì)層、冷工質(zhì)層和連接通道，所述換熱器主體工作時(shí)處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所述換熱器主體為圓柱體，所述換熱器主體的上方和下方各有一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭，所述換熱器主體與旋轉(zhuǎn)接頭通過位于換熱器主體圓心位置的固定接頭連接，所述換熱器主體通過旋轉(zhuǎn)接頭與熱流體管路連接，所述換熱器主體的上下兩端使用封板焊接密封，所述封板外圈有傳動(dòng)齒，所述換熱器主體上下兩側(cè)的四個(gè)角各有一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪，所述驅(qū)動(dòng)齒輪分別與換熱器主體的封板的外圈的傳動(dòng)齒相互嚙合，所述驅(qū)動(dòng)齒輪分別為第一驅(qū)動(dòng)齒輪、第二驅(qū)動(dòng)齒輪、第三驅(qū)動(dòng)齒輪和第四驅(qū)動(dòng)齒輪，所述第一驅(qū)動(dòng)齒輪通過轉(zhuǎn)軸與第一電機(jī)組相連，所述第二驅(qū)動(dòng)齒輪通過轉(zhuǎn)軸與第二電機(jī)組相連，所述第三驅(qū)動(dòng)齒輪通過轉(zhuǎn)軸與第三電機(jī)組相連，所述第四驅(qū)動(dòng)齒輪通過轉(zhuǎn)軸與第四電機(jī)組相連，所述換熱器主體內(nèi)有熱工質(zhì)層、相變換熱工質(zhì)層與冷工質(zhì)層，所述熱工質(zhì)層、相變換熱工質(zhì)層與冷工質(zhì)層根據(jù)相應(yīng)排列相連，所述熱工質(zhì)層與相變換熱工質(zhì)層在換熱器內(nèi)部，所述冷工質(zhì)層與外界聯(lián)通，相鄰的兩個(gè)熱工質(zhì)層之間通過1-3個(gè)連接通道進(jìn)行連接，所述連接通道穿過相變換熱工質(zhì)層與冷工質(zhì)層。本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述換熱器主體內(nèi)熱工質(zhì)層、相變換熱工質(zhì)層與冷工質(zhì)層三種類型工質(zhì)層的排列方式為熱工質(zhì)層-相變換熱工質(zhì)層-冷工質(zhì)層-相變換熱工質(zhì)層或熱工質(zhì)層-相變換熱工質(zhì)層-冷工質(zhì)層，換熱器三種類型工質(zhì)層的層數(shù)與排列順序可根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述冷工質(zhì)層與外界聯(lián)通連接風(fēng)管或其他冷卻介質(zhì)管路，本專利技術(shù)冷工質(zhì)層外界聯(lián)通可根據(jù)需要連接風(fēng)管或其他冷卻介質(zhì)管路。本專利技術(shù)一種新型旋轉(zhuǎn)相變換熱器的工作方法，換熱器工作時(shí)處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中電機(jī)組帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪，再通過驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)換熱器主體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；蓄冷工作時(shí)，相變換熱工質(zhì)層中的相變材料為液態(tài)，熱工質(zhì)層中的熱工質(zhì)無換熱器軸向方向流動(dòng)，液態(tài)相變材料與熱工質(zhì)隨換熱器主體轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，冷工質(zhì)穿透旋轉(zhuǎn)相變換熱器主體，冷卻相變材料，使相變材料由液態(tài)凝固為固態(tài)；取冷工作時(shí)，相變換熱工質(zhì)層中的相變材料為固態(tài)，熱工質(zhì)層中的熱工質(zhì)在沿?fù)Q熱器軸向方向流動(dòng)的同時(shí)，隨換熱器主體轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)相變材料進(jìn)行加熱，使相變材料由固態(tài)融化為液態(tài)，與此同時(shí)，冷工質(zhì)穿透旋轉(zhuǎn)相變換熱器主體，冷卻相變材料，繼續(xù)為相變材料提供冷量。本專利技術(shù)提供了一種新型旋轉(zhuǎn)相變換熱器及工作方法，該換熱器工作時(shí)處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，換熱器主體為圓柱體，是主要的運(yùn)動(dòng)部件，通過旋轉(zhuǎn)接頭與熱流體管路連接，換熱器主體與旋轉(zhuǎn)接頭通過位于圓柱形換熱器主體圓心位置的固定接頭連接。電機(jī)或電機(jī)組驅(qū)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)換熱器主體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，換熱器主體處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，在取冷工作時(shí)，熱工質(zhì)層中熱工質(zhì)的軸向運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提高了熱工質(zhì)層與相變材料層之間的換熱系數(shù)，提高了相變材料吸熱效率；與此同時(shí)，由于換熱器主體的旋轉(zhuǎn)，換熱器冷工質(zhì)層沒有固定的冷工質(zhì)入口和出口，使冷工質(zhì)層的溫度分布更加均勻，提高換熱效率本，專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、同時(shí)提高了相變材料蓄冷與取冷的換熱效率，為相變高效換熱在高能設(shè)備散熱系統(tǒng)與工業(yè)高效換熱系統(tǒng)中的運(yùn)用提供了運(yùn)用基礎(chǔ)。附圖說明圖1為本專利技術(shù)新型旋轉(zhuǎn)相變換熱器外觀結(jié)構(gòu)圖；圖2為本專利技術(shù)新型旋轉(zhuǎn)相變換熱器剖面示意圖。圖示說明；1、換熱器主體；2、旋轉(zhuǎn)接頭；3、固定接頭；4-1、第一電機(jī)組；4-2、第二電機(jī)組；4-3、第三電機(jī)組；4-4、第四電機(jī)組；5-1、第一驅(qū)動(dòng)齒輪；5-2、第二驅(qū)動(dòng)齒輪；5-3、第三驅(qū)動(dòng)齒輪；5-4、第四驅(qū)動(dòng)齒輪；6、封板；7、熱工質(zhì)層；8、相變換熱工質(zhì)層；9、冷工質(zhì)層；10、連接通道。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述：本專利技術(shù)提供一種新型旋轉(zhuǎn)相變換熱器及工作方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、同時(shí)提高了相變材料蓄冷與取冷的換熱效率，為相本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種新型旋轉(zhuǎn)相變換熱器，包括換熱器主體（1）、旋轉(zhuǎn)接頭（2）、固定接頭（3）、電機(jī)組、驅(qū)動(dòng)齒輪、封板（6）、熱工質(zhì)層（7）、相變換熱工質(zhì)層（8）、冷工質(zhì)層（9）和連接通道（10），其特征在于：所述換熱器主體（1）工作時(shí)處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所述換熱器主體（1）為圓柱體，所述換熱器主體（1）的上方和下方各有一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭（2），所述換熱器主體（1）與旋轉(zhuǎn)接頭（2）通過位于換熱器主體（1）圓心位置的固定接頭（3）連接，所述換熱器主體（1）通過旋轉(zhuǎn)接頭（2）與熱流體管路連接，所述換熱器主體（1）的上下兩端使用封板（6）焊接密封，所述封板（6）外圈有傳動(dòng)齒，所述換熱器主體（1）上下兩側(cè)的四個(gè)角各有一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪，所述驅(qū)動(dòng)齒輪分別與換熱器主體（1）的封板（6）的外圈的傳動(dòng)齒相互嚙合，所述驅(qū)動(dòng)齒輪分別為第一驅(qū)動(dòng)齒輪（5?1）、第二驅(qū)動(dòng)齒輪（5?2）、第三驅(qū)動(dòng)齒輪（5?3）和第四驅(qū)動(dòng)齒輪（5?4），所述第一驅(qū)動(dòng)齒輪（5?1）通過轉(zhuǎn)軸與第一電機(jī)組（4?1）相連，所述第二驅(qū)動(dòng)齒輪（5?2）通過轉(zhuǎn)軸與第二電機(jī)組（4?2）相連，所述第三驅(qū)動(dòng)齒輪（5?3）通過轉(zhuǎn)軸與第三電機(jī)組（4?3）相連，所述第四驅(qū)動(dòng)齒輪（5?4）通過轉(zhuǎn)軸與第四電機(jī)組（4?4）相連，所述換熱器主體（1）內(nèi)有熱工質(zhì)層（7）、相變換熱工質(zhì)層（8）與冷工質(zhì)層（9），所述熱工質(zhì)層（7）、相變換熱工質(zhì)層（8）與冷工質(zhì)層（9）根據(jù)相應(yīng)排列相連，所述熱工質(zhì)層（7）與相變換熱工質(zhì)層（8）在換熱器內(nèi)部，所述冷工質(zhì)層（9）與外界聯(lián)通，相鄰的兩個(gè)熱工質(zhì)層（7）之間通過1?3個(gè)連接通道（10）進(jìn)行連接，所述連接通道（10）穿過相變換熱工質(zhì)層（8）與冷工質(zhì)層（9）。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種新型旋轉(zhuǎn)相變換熱器，包括換熱器主體（1）、旋轉(zhuǎn)接頭（2）、固定接頭（3）、電機(jī)組、驅(qū)動(dòng)齒輪、封板（6）、熱工質(zhì)層（7）、相變換熱工質(zhì)層（8）、冷工質(zhì)層（9）和連接通道（10），其特征在于：所述換熱器主體（1）工作時(shí)處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所述換熱器主體（1）為圓柱體，所述換熱器主體（1）的上方和下方各有一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭（2），所述換熱器主體（1）與旋轉(zhuǎn)接頭（2）通過位于換熱器主體（1）圓心位置的固定接頭（3）連接，所述換熱器主體（1）通過旋轉(zhuǎn)接頭（2）與熱流體管路連接，所述換熱器主體（1）的上下兩端使用封板（6）焊接密封，所述封板（6）外圈有傳動(dòng)齒，所述換熱器主體（1）上下兩側(cè)的四個(gè)角各有一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪，所述驅(qū)動(dòng)齒輪分別與換熱器主體（1）的封板（6）的外圈的傳動(dòng)齒相互嚙合，所述驅(qū)動(dòng)齒輪分別為第一驅(qū)動(dòng)齒輪（5-1）、第二驅(qū)動(dòng)齒輪（5-2）、第三驅(qū)動(dòng)齒輪（5-3）和第四驅(qū)動(dòng)齒輪（5-4），所述第一驅(qū)動(dòng)齒輪（5-1）通過轉(zhuǎn)軸與第一電機(jī)組（4-1）相連，所述第二驅(qū)動(dòng)齒輪（5-2）通過轉(zhuǎn)軸與第二電機(jī)組（4-2）相連，所述第三驅(qū)動(dòng)齒輪（5-3）通過轉(zhuǎn)軸與第三電機(jī)組（4-3）相連，所述第四驅(qū)動(dòng)齒輪（5-4）通過轉(zhuǎn)軸與第四電機(jī)組（4-4）相連，所述換熱器主體（1）內(nèi)有熱工質(zhì)層（7）、相變換熱工質(zhì)層（8）與冷工質(zhì)層（9），所述熱工質(zhì)層（7）、相變換熱工質(zhì)層（8）與冷工質(zhì)層（9）根據(jù)相應(yīng)排列相連，所述熱工質(zhì)層（7）與相變換熱工質(zhì)層（8）...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐雷，鞠全勇，牟福元，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：金陵科技學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32