CN103557732A - 相变蓄能增效控制方法 - Google Patents

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张天时
高青
高淳
王国华
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Abstract

本发明提出将PCM相变材料内置于薄壁的薄腔体内封装，形成薄腔体的管式封装结构，有效提升PCM相变蓄能融解和凝固转化效率，缩短蓄热和释热的过程时间；再者，针对PCM薄腔封装体组成的管束排布模块结构利用各模块横置、竖置交替、同向间距错排布置形成模块组合结构，造成传热流体多碰壁网状混流，达到传热强化目的；同时，各模块组合由折流板分隔形成多流程，实现了进一步增强对流换热和变向流动多维冲刷PCM薄腔管束的紊流程度。

Description

相变蓄能增效控制方法
技术领域
本发明属于热能存储、余热回收、汽车热管理等相关热能工程领域，特别涉及蓄能结构和相变传热提升的增效控制方法。 
背景技术
潜热蓄能是利用物质在相变过程中，吸收或放出相变潜热来进行能量储存与释放的能源利用技术。潜热蓄能具有冷热存储量大和良好的恒温特性，近些年得到了迅速的发展和利用。但是，在实际应用结构中受限于相变材料PCM(Phase Change Material)融解和凝固相变转化速率较低的影响。因此，有效提升相变过程融解和凝固的传热效率是工程应用的技术关键所在。 
目前，相变蓄能技术推进主要围绕强化PCM相变材料传热物性能力提升的发展方向上，如相变材料改性、成分添加和新型相变材料开发，提高热导率、潜热和温度界限。同时，围绕相变蓄热装置结构开展不断的技术进步，如扩展表面、紧凑结构和流程优化。本发明提出针对相变蓄能采取薄腔束集、错置混流蓄能增效控制方法，实现传热能力和速率的有效增强，提高融解和凝固相变传热的时效性。 
多年来，相变蓄能装置在不断的技术进步中已有一些相关专利，如中国专利“可折叠式相变蓄能冷链冷藏箱（200910091411.5）”，提出在折叠保温箱内设置相变温度与冷藏物温度要求相适应的相变蓄能袋或相变蓄能盒来实现冷藏保温；中国专利“一种相变蓄能装置（201010297543.6）”，提到在蓄能容器空间内填充有相变蓄能材料同时布置若干组毛细管换热结构提高换热效率；中国专利“车辆用蓄热系统（200780032325.6）”，利用相变蓄热器回收发动机余热来实现发动机暖机、乘员舱预热。但这些专利并没有针对相变蓄能采取薄腔束集、错置混流蓄能增效控制方法，实现传热效率提升。 
在国际上,很早就提出并开展相变材料蓄能的研究,如美国专利“Phase change material storage heater(5687706)”、“Method of using a PCM slurry to enhance heat transfer in liquids（4911232）”、“Thermal energy storage container system(4924935)”、“Thermal energy storage apparatus using encapsulated phase change material（4807696）”等。但是，没有阐述微尺度结构及置管束混流问题。事实上，相变蓄能技术在热能工程领域国内外已有很多研究和应用，但迫于相变材料融解和凝固相变转化迟滞时间长的问题，制约了相变蓄能技术的应用与发展。 
本发明方法提出针对相变材料PCM采取薄壁薄腔体管式封装结构形成管束模块，通过各模块横置、竖置交替、同向叉排布置及多流程设计，有效提升了PCM相变蓄能融解和凝固转化效率。 
发明内容
本发明将PCM相变材料内置于薄壁的薄腔体内封装，形成薄腔体的管式封装结构，有效提升PCM相变蓄能融解和凝固转化效率，缩短蓄热和释热的过程时间；再者，针对PCM薄腔封装体组成的管束排布模块结构利用各模块横置、竖置交替、同向间距错排布置形成模块组合结构，造成传热流体多碰壁网状混流，达到传热强化目的；同时，各模块组合由折流板分隔形成多流程，实现了进一步增强对流换热和变向流动多维冲刷PCM薄腔管束的紊流程度。 
附图说明
图1相变材料PCM薄腔封装体结构示意图。其中阴影区域为薄腔体内填充相变材料PCM区域。 
图2相变材料PCM管束排布模块结构示意图。其中虚线框内为相变材料PCM管束排布模块结构。 
图3管束横置、竖置交替、同向间距错排布置模块组合结构示意图。其中虚线框内为管束横置、竖置交替排布的模块组合结构。 
图4蓄能换热体内多模块组合、多流程蓄能增效控制示意图。其中虚线框内为蓄能换热体结构，换热流体进入集合箱体后，在折流板制约下，沿箭头所示多流程流动通道有序冲刷PCM集成模块，实现蓄能增效。 
图中各部件的编号和对应名称如下: 
图1-4中:1-PCM相变材料、2-薄壁薄腔体、3-管束排布模块结构、4-模块组合、5-蓄能换热体、6- 集合箱体、7-折流板、8-传热流体。 
具体实施方式
如附图所示，在本实施例中，将PCM相变材料1内置于薄壁的薄腔体2内进行封装，形成管束排布模块结构3，实现了迅速导热，达到PCM相变蓄能融解和凝固转化效率的有效提升，缩短蓄热和释热的过程时间。 
再者，针对管束排布模块结构3采取横置、竖置交替、同向间距错排布置方式形成模块组合结构4，当传热流体8进入集合箱体6入口后有序冲刷各模块组合4中交错布置的PCM薄腔管束模块3，实现传热流体8由分层流动向网状混流转化。由于针对管束排布模块结构3同时采用同向间距错排布置方式，进一步实现了网状流动的错位扰流，达到多碰壁流动传热强化目的，进一步促进了多维流动换热。 
同时，多个模块组合4集合组成蓄能换热体5，各模块组合4在集合箱体6中由折流板7分隔，折流板7固定在蓄能换热体5的上、下端面处，间隔分布形成各模块组合5间多流程流动通道。传热流体8在折流板7的约束控制下，沿多流程流动通道有序冲刷模块组合4，传热流体通过多流程实现了流动转向和增加传热流程，提高了流动速率，实现进一步对流换热和变向流动多维冲刷，增强了传热流体8冲刷PCM薄腔管束的紊流程度，有效提升了PCM相变蓄能融解和凝固转化效率，提高融解和凝固相变传热的时效性，达到相变蓄能增效目的。 

Claims (4)

1.相变蓄能增效控制方法，其特征在于将PCM相变材料（1）内置于薄壁的薄腔体（2）内封装，形成薄腔体的管式封装结构，达到PCM相变蓄能融解和凝固转化效率的有效提升，缩短蓄热和释热的过程时间。 
2.相变蓄能增效控制方法，其特征在于PCM薄腔封装体组合成管束排布模块结构（3），同时，各模块（3）横置、竖置交替布置形成模块组合（4），实现传热流体由分层流动向网状混流转化，达到多碰壁流动传热强化目的，进一步促进多维流动换热。 
3.相变蓄能增效控制方法，其特征在于模块组合（4）的间隔同向排布模块间采取间距错排结构，进一步实现网状流动的错位扰流，提高传热能力。 
4.相变蓄能增效控制方法，其特征在于由多个模块组合（4）集合组成蓄能换热体（5），各模块组合在集合箱体（6）中由折流板（7）分隔，形成多流程。传热流体通过多流程实现流动转向和增加传热流程，实现了进一步增强对流换热和变向流动多维冲刷PCM薄腔管束的紊流程度。 
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PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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