基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置及其蓄放熱方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置及其蓄放熱方法，蓄放熱裝置包括殼體、加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室和脈動熱管。加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室和脈動熱管均設于所述殼體內。加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室通過不銹鋼隔板隔開。至少一組所述脈動熱管穿過所述隔板置于所述殼體內。脈動熱管置于加熱腔室、冷卻腔室部分為直管段加彎頭，置于相變材料室部分均為直管段。脈動熱管置于加熱腔室部分為蒸發段，置于相變材料室部分為絕熱段，置于冷卻腔室部分為冷凝段。冷卻腔室和加熱腔室的一端設有流體進口和出口。通過利用脈動熱管內部工質的相變傳熱以及相變材料的相變儲熱，實現廢熱的吸收、儲存、轉移與釋放，從而將廢熱有效再利用。

【技術實現步驟摘要】
基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置及其蓄放熱方法
本專利技術涉及熱能儲存與釋放
，具體涉及一種基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置及其蓄放熱方法。
技術介紹
在能源需求不斷擴大以及石化能源不斷減少的大背景下，新能源、可再生能源和廢熱利用等越來越受到重視，熱能的有效儲存對于提高能源的利用率和減少環境污染具有重要意義。目前相變潛熱蓄熱的研究主要有兩種：一種是研究相變蓄熱材料（PCM）本身，包含材料的壽命、物理性能、穩定性、蓄熱容器與材料的相容性等；另一種是研究熱物理問題，包括相變蓄熱過程的傳熱機理、相變蓄放熱裝置強化傳熱、相變蓄放熱器設計等。大多數相變材料普遍存在導熱系數低、蓄放熱性能差的缺點，從而使得相變蓄放熱裝置中的熱量儲存和釋放無法快速地進行，使得其相變蓄放熱效率偏低。為解決以上問題很多專業研究人員從材料的選擇和優化，裝置的設計和改造方面做了大量的研究工作。脈動熱管是日本學者Akachi在20世界90年代初期提出的一種可用于微小空間、新型高效、具有高熱流密度的新型傳熱元件。脈動熱管具有以下優點：（1）構造簡單、節約成本；（2）管徑小、體積也小；（3）結構多樣、適應性能好；（4）加熱方式多樣；（5）傳熱效果更好。申請號201410851584.3申請了一種脈動熱管蓄熱裝置及其熱循環方法，申請號201410851584.3考慮了通過脈動熱管蓄熱，但沒有考慮熱量轉移過程中如何利用脈動熱管放熱，即考慮如何在一個裝置中利用脈動熱管強化整個廢熱轉移的過程，提高裝置的實用性和經濟性。申請號201480054443.7申請了基于脈動熱管的熱交換裝置，其專利技術的技術目標是改善熱交換裝置的熱性能而不是廢熱利用，整個裝置沒有考慮利用相變材料儲存熱量。申請號201510463032.X申請了一種脈動熱管換熱器及其加工方法，其目的是提供一種脈動熱管換熱器及其加工方法。申請號201620562228.4申請了一種氣液脈動熱管換熱器，其目的是用于余熱回收，但沒有蓄熱環節。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術選用適當的相變材料，采用脈動熱管來強化整個蓄放熱過程，改善傳熱性能，把脈動熱管技術應用到蓄放熱裝置熱量交換的吸收、儲存、轉移與釋放的完整過程中。本專利技術進而提供一種基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置及其蓄放熱方法，通過將脈動熱管技術應用于蓄熱器中，利用脈動熱管內部工作工質的蒸發與冷凝和相變材料的相變潛熱來實現熱量的吸收、儲存、轉移與釋放。本專利技術采用的技術方案具體為：一種基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置，蓄放熱裝置包括殼體、加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室和脈動熱管。所述加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室和脈動熱管設于所述殼體內。所述加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室通過不銹鋼隔板隔開。至少一組所述脈動熱管穿過不銹鋼隔板置于所述加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室內。所述脈動熱管置于加熱腔室和冷卻腔室部分為直管段加彎頭組成，所述脈動熱管置于相變材料室部分均為直管段組成。所述殼體和外壁之間設有保溫層。所述脈動熱管置于加熱腔室部分為蒸發段，所述脈動熱管置于相變材料室部分為絕熱段，所述脈動熱管置于冷卻腔室部分為冷凝段。通過將脈動熱管技術應用于蓄熱器中，利用脈動熱管內部工作工質的蒸發與冷凝實現熱量的吸收、儲存與釋放，將廢熱中的能量有效地儲存并轉移到需要熱量的冷流體中。冷卻腔室、冷流體導流板和脈動熱管的冷凝段構成所述基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置的冷凝部分，所述冷卻腔室內流入冷流體，冷流體在冷卻腔室內沿導流板繞行，延長與脈動熱管的冷凝段接觸時間達到充分換熱目的。所述冷卻腔室的一端設有冷流體進口和冷流體出口。加熱腔室、熱流體導流板和脈動熱管的蒸發段構成所述基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置的加熱部分，所述加熱腔室內流入熱流體，熱流體在加熱腔室內沿導流板繞行，延長與脈動熱管的蒸發段的接觸時間達到充分換熱目的。所述加熱腔室的一端設有熱流體進口和熱流體出口。每組所述脈動熱管包括毛細管和工作工質，所述工作工質充注于所述毛細管內；所述毛細管由豎向通道和橫向彎頭首尾相連而成多彎閉合回路，所述豎向通道的個數為10-100個。所述脈動熱管之毛細管的材料為紫銅或者不銹鋼，內徑為2-5mm。本專利技術進一步提供一種基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置的蓄放熱方法，包括以下步驟：步驟一、吸收熱量：廢熱熱流體流經所述加熱腔室內釋放熱量，所述脈動熱管內工質在蒸發段吸收該熱流體的熱量后氣化，然后在所述脈動熱管冷凝段內冷凝釋放該熱量，又由所述相變材料室內的相變材料吸收；步驟二、儲存熱量：所述脈動熱管內的工質氣化后以氣塞或者液塞的形式向所述脈動熱管的絕熱段和冷凝段流動，所述脈動熱管內的工質在所述脈動熱管內的絕熱段冷凝過程中將熱量釋放于相變材料室的相變材料中，相變材料吸收熱量后溫度慢慢升高，溫度升高到相變點就開始融化，相變材料在融化的過程中大量的吸收熱量并予以儲存。脈動熱管內的工質釋放熱量后冷凝為液體，然后以液塞或者液膜的形式在重力作用下又返回到所述脈動熱管的蒸發端，工質在脈動熱管內不斷的氣化和冷凝，如此循環，實現從熱流體把熱量轉移到裝置的相變材料中。步驟三、轉移熱量：裝置內所述相變材料在相變過程中能儲存大量熱量，然后把所儲存的熱量從熱量多余的地方轉移到熱量缺少的地方使用，或者在熱量多余的時候儲存起來，在熱量缺少的時候釋放出來使用。步驟四、釋放熱量：冷卻流體流經裝置所述冷卻腔室，吸收和轉移相變材料儲存的熱量，因脈動熱管的冷凝端置于所述冷卻腔室中，脈動熱管冷凝端內的氣態工質因為冷卻后迅速冷凝，并在重力作用下回流到脈動熱管蒸發端，脈動熱管蒸發端和絕熱段外圍處于融化狀態的相變材料會慢慢凝固，在凝固的過程中釋放大量的熱量，脈動熱管內的工質在相變材料凝固過程中所釋放熱量的加熱下氣化，然后迅速填補到脈動熱管的冷凝端，所述脈動熱管內工質從所述脈動熱管冷凝端再次被冷卻腔室內流動的冷卻流體冷卻冷凝，然后在重力下又回所述脈動熱管蒸發端被加熱氣化，然后又回到所述脈動熱管的冷凝端，如此反復，實現把相變材料所儲存的熱量釋放到冷卻流體中，發揮廢熱的價值。所述冷流體為氣體或者液體，所述熱流體為氣體或者液體。所述相變材料的相變溫度低于所述熱流體的溫度，所述相變材料的相變溫度高于所述冷流體的溫度。充注工作工質前需要先對脈動熱管進行抽真空，本專利技術中，應保證工作工質的充液率為30-70％，工作工質的種類需根據熱流體的溫度進行選擇設計。本專利技術產生的有益效果是：本專利技術的脈動熱管蓄放熱裝置將脈動熱管技術應用于蓄放熱裝置中，利用脈動熱管內部工作工質的蒸發、冷凝和相變材料室內相變材料的相變潛熱，將熱流體中吸收的熱量儲存于相變材料中，實現了熱量的吸收與儲存；然后將儲存于相變材料中的熱量釋放于冷流體中，有效地將廢熱中的能量儲存并轉移到需要熱量的地方。該脈動熱管蓄放熱裝置不僅結構簡單，且利用相變材料的相變潛熱來蓄熱，蓄熱能力大，釋放熱量時候溫度穩定，另外在蓄熱、放熱過程中利用了脈動熱管，脈動熱管的運行不需要輸入外界動力的輸入，又具有熱能流密度大、效率高以及運行穩定可靠的明顯優點。具體實施方式下面結合附圖及實施例對本專利技術的技術方案作進一步詳細的說明。當結合附圖考慮時，能夠更完整更好地理解本專利技術。此處所說明的附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，實施例及其說明用本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置，其特征在于包括殼體、加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室和脈動熱管；加熱腔室包含熱流體導流板，冷卻腔室包含冷流體導流板；所述加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室和脈動熱管設置于所述殼體內；所述加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室通過不銹鋼隔板隔開；至少一組所述脈動熱管穿過不銹鋼隔板置于所述加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室內；所述脈動熱管置于加熱腔室和冷卻腔室部分為直管段加彎頭組成，所述脈動熱管置于相變材料室部分均為直管段組成；所述脈動熱管置于加熱腔室部分為蒸發段，所述脈動熱管置于相變材料室部分為絕熱段，所述脈動熱管置于冷卻腔室部分為冷凝段。

【技術特征摘要】
1.一種基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置，其特征在于包括殼體、加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室和脈動熱管；加熱腔室包含熱流體導流板，冷卻腔室包含冷流體導流板；所述加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室和脈動熱管設置于所述殼體內；所述加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室通過不銹鋼隔板隔開；至少一組所述脈動熱管穿過不銹鋼隔板置于所述加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室內；所述脈動熱管置于加熱腔室和冷卻腔室部分為直管段加彎頭組成，所述脈動熱管置于相變材料室部分均為直管段組成；所述脈動熱管置于加熱腔室部分為蒸發段，所述脈動熱管置于相變材料室部分為絕熱段，所述脈動熱管置于冷卻腔室部分為冷凝段。2.根據權利要求1所述的基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置，其特征在于，冷卻腔室、冷流體導流板和脈動熱管的冷凝段構成所述基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置的冷凝部分，所述冷卻腔室內流入冷流體，冷流體在冷卻腔室內沿導流板繞行，延長與脈動熱管冷凝段的接觸時間達到充分換熱目的；所述冷卻腔室的一端設有冷流體進口和冷流體出口。3.根據權利要求1所述的基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置，其特征在于，加熱腔室、熱流體導流板和脈動熱管的蒸發段構成所述基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置的加熱部分，所述加熱腔室內流入熱流體，熱流體在加熱腔室內沿導流板繞行，延長與脈動熱管蒸發段的接觸時間達到充分換熱目的；所述加熱腔室的一端設有熱流體進口和熱流體出口。4.根據權利要求1所述的基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置，其特征在于，所述加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室的高度比例為2.5-1:5-6:2.5-3。5.根據權利要求1所述的基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置，其特征在于，每組所述脈動熱管包括毛細管和工作工質，所述工作工質充注于所述毛細管內；所述毛細管由豎向通道和橫向彎頭首尾相連而成多彎閉合回路，所述豎向通道的個數為10-100個。6.根據權利要求5所述的基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置，其特征在于，所述毛細管的材料為不銹鋼或者紫銅，內徑為2-5mm。7.一種基于脈動熱管的可移動式蓄放熱裝置的蓄放熱方法，其特征在于包括以下步...

【專利技術屬性】
技術研發人員：羅孝學，章學來，華維三，甘偉，陸定宇，徐笑峰，周龍，毛發，韓興超，曾濤，李躍，周鵬飛，高雅漢，劉超，劉鋒，陳裕豐，張曉強，杜曉冬，
申請(專利權)人：上海海事大學，
類型：發明
國別省市：上海,31