CN107401943A - 一种固液相变蓄能换热器的相变材料比例分配方法 - Google Patents

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栗鹏芳
宋新洲
梁光飞
青振江
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王艺翰
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Abstract

本发明公开了一种固液相变蓄能换热器的相变材料比例分配方法，一种固液相变蓄能换热器的相变材料比例分配方法，一种固液相变蓄能换热器的相变材料比例分配方法，它选用相变温度不同的固液相变材料充灌在翅片式换热器或管翅片式换热器的外部，各相变材料种类选取的计算方法：释冷时间在20秒以下，只取一种相变材料；释冷时间在20秒～60秒之间，取两种相变材料，质量各占50%；释冷时间在60秒以上,可采用本发明的专用公式进行计算后得出具体质量比。本发明的有益效果是：本发明结构合理，工艺简单；节省了换热器的尺寸，更利于节能。

Description

一种固液相变蓄能换热器的相变材料比例分配方法
技术领域
本发明涉及相变蓄能换热器，特别是一种适用于特别适合航空、航天、武器装备中需要具有瞬时大热流密度换热的设备与应用装置上使用的固液相变蓄能换热器的相变材料比例分配方法。
背景技术
关于相变蓄能制冷系统方面的专利基本可以分为几大类，相变材料及其制备方法，空调或太阳能用蓄热制冷系统，相变材料换热器。
专利号 CN20068037758.6 的相变材料换热器，其利用PCM蓄热器和一个换热单元充热时，另一个换热器单元和PCM蓄热器放热，二者同时进行，来自其嵌入的涡流管的冷热用于增强形成所需的温差。
CN200810035459.X 一种含碳纳米管复合相变蓄热材料的合成方法和CN200810122696.X 纳米胶囊相变蓄冷材料及其制备方法，是指如何配比和生产这些相变蓄热材料。
CN200510106146.9 一种太阳能相变地板直供采暖系统及其控制方法，其利用相变地板代替了常规太阳能蓄热水箱。 CN200810106145.4 一种干式相变蓄热地板采暖末端装置，其发明看重如何将相变材料作为蓄热介质形成末端地板。
CN200710027438.9 一种热二极管相变储能材料相结合的太阳能热利用系统，其特点是把热二极管技术和相变储能材料相结合。储存太阳能，根据热二极管的单向传热性，将相变材料加热并蓄能，生活用水吸收其能量成为热水。
CN200610129516.1 含相变材料流体蓄热蓄冷温度控制方法，该发明公开了一种含有相变材料流体的蓄热或蓄冷过程最佳温度控制方法，该方法可使流蓄热（冷）槽最快产生热对流状态，缩短总的蓄热（冷）完成时间，其温度控制策略与相变温度范围有关。
CN20061004336.7 相变蓄能化霜或空调系统，利用相变材料在空调制热时吸热储能，在化霜时利用这些热量进行辅助化霜。
CN200510041577.8 空调用相变蓄冷器，相变材料封装在由蓄冷器桶体、换热管、上端板和下端板构成的空腔内。
上述这些装置均存在一定的技术弊病，比如：换热效果不理想，换热效率较低等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法简单、使用效果好的固液相变蓄能换热器的相变材料比例分配方法。
本发明的技术方案是，一种固液相变蓄能换热器的相变材料比例分配方法，一种固液相变蓄能换热器的相变材料比例分配方法，其特征在于：它选用相变温度不同的固液相变材料充灌在翅片式换热器或管翅片式换热器的的外部，各相变材料种类选取的计算方法：
释冷时间在20秒以下，只取一种相变材料；
释冷时间在20秒～60秒之间，取两种相变材料，质量各占50%；
释冷时间在60秒以上,可采用以下公式计算：
各相变材料在散热器中各自所占的比例的计算方法:
载冷剂出口为5℃-30℃温区多元相变材料蓄能换热器，在60秒～600秒释冷时间内，可以由3～5种相变材料组成,从热端到冷端的次序依次为：
3种相变材料的质量比例
[（tin- tout）/2]: （tP1- tP2）: （tP2- tP3）
4种相变材料的质量比例
[（tin- tout）/2.5]: （tP1- tP2）: （tP2- tP3）: （tP3- tP4）
5种相变材料的质量比例
[（tin- tout）/3]: （tP1- tP2）: （tP2- tP3）: （tP3- tP4）: （tP4- tP5）
4、其相变材料的温度选取办法：
tP1 = tin-(14～15℃) tP末= tout-(14～15℃) tP1 -tP末=(1.4～1.6) (tin- tout )
tPn-tPn+1=(1～1.1)( tn+1 –tn+2)。
tP1：相变材料1的相变温度；tP末：最后次序的相变材料的相变温度。
本发明所采用的固液相变材料为石蜡，其化学式为CnH2n+2，相变温度范围为5～35℃.常用的石蜡有以下几种：
C5H12其相变温度为5.1℃；C9H20其相变温度为9.1℃；C14H30 其相变温度为14.3℃；C16H34其相变温度为16.7℃；C17H36其相变温度为21.4℃；C18H38其相变温度为28.2℃。
本发明的有益效果是：本发明结构合理，工艺简单，针对单一相变材料在沿程换热过程中并不能保证潜热的交换，效率较低的缺点，创造性的提出多个相变材料合理分区以使传热温差始终基本一致，从而解决传热温差过大所造成的熵增大、传热效率底的问题；也节省了换热器的尺寸，更利于节能。
附图说明
图1是本发明所述的固液相变蓄能换热器的结构示意图。
具体实施方式
结合以上附图详细描述实施例，图1当中的结构为选取三种固液相变材料充灌的固液相变蓄能换热器的结构，需要三个壳体3，在最上部的壳体上设有载冷剂进口1，在最下部的壳体的底部设有载冷剂出口2，每两个相邻壳体都通过管路连接，在壳体内都装配有翅片式换热器或管翅片式换热器，在壳体与翅片式换热器或管翅片式换热器之间填充固液相变材料，具体的选量如后续实施例所述。
实施例1，
当需要固液相变材料充灌在翅片式换热器或管翅片式换热器的的外部，各相变材料种类选取的计算方法：
释冷时间在20秒以下，只选取一种相变材料灌注到固液相变蓄能换热器内即可；选取的固液相变材料为石蜡。
实施例2，
释冷时间在20秒～60秒之间，只选取一种相变材料灌注到固液相变蓄能换热器内即可，质量各占50%；选取C5H12；C9H20；C14H30；C16H34；C17H36；C18H38的任意两种。
实施例3，
释冷时间在60秒以上,可采用以下公式计算：
各相变材料在散热器中各自所占的比例的计算方法:
载冷剂出口为5℃-30℃温区多元相变材料蓄能换热器，在60秒～600秒释冷时间内，可以由3种相变材料组成,从热端到冷端的次序依次为：
三种相变材料的质量比例
[（tin- tout）/2]: （tP1- tP2）: （tP2- tP3）
载冷剂进口温度tin=32℃，出口温度tout=25℃,相变材料1相变温度tP1=18℃，相变材料2的相变温度 tP2=14℃，相变材料2的相变温度 tP3=9℃。
对应为：3.5:4:5 这便是3种相变材料的选取的质量比例关系。
实施例4，
释冷时间在60秒以上,可采用以下公式计算：
各相变材料在散热器中各自所占的比例的计算方法:
载冷剂出口为5℃-30℃温区多元相变材料蓄能换热器，在60秒～600秒释冷时间内，可以由4种相变材料组成,从热端到冷端的次序依次为：
四种相变材料的质量比例
[（tin- tout）/2.5]: （tP1- tP2）: （tP2- tP3）: （tP3- tP4）
载冷剂进口温度tin=32℃，出口温度tout=25℃,相变材料1相变温度tP1=18℃，相变材料2的相变温度 tP2=15℃，相变材料3的相变温度 t P3=12℃，相变材料4的相变温度 t P4=9℃。
四种相变材料的质量比例:2.8:3:3:3
实施例5，
释冷时间在60秒以上,可采用以下公式计算：
各相变材料在散热器中各自所占的比例的计算方法:
载冷剂出口为5℃-30℃温区多元相变材料蓄能换热器，在60秒～600秒释冷时间内，可以由5种相变材料组成,从热端到冷端的次序依次为：
五种相变材料的质量比例
[（tin- tout）/3]: （tP1- tP2）: （tP2- tP3）: （tP3- tP4）: （tP4- tP5）
载冷剂进口温度tin=32℃，出口温度tout=23℃,相变材料1相变温度tP1=18℃，相变材料2的相变温度 tP2=15℃，相变材料3的相变温度 t P3=12℃，相变材料4的相变温度 t P4=9℃，材料5的相变温度 t P5=5℃。
五种相变材料的质量比例:3:3:3:3:4
上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种固液相变蓄能换热器的相变材料比例分配方法，其特征在于：它选用相变温度不同的固液相变材料充灌在翅片式换热器或管翅片式换热器的的外部，各相变材料种类选取的计算方法：
释冷时间在20秒以下，只取一种相变材料；
释冷时间在20秒～60秒之间，取两种相变材料，质量各占50%；
释冷时间在60秒以上,可采用以下公式计算：
各相变材料在散热器中各自所占的比例的计算方法:
载冷剂出口为5℃-30℃温区多元相变材料蓄能换热器，在60秒～600秒释冷时间内，可以由3～5种相变材料组成,从热端到冷端的次序依次为：
三种相变材料的质量比例
[（tin- tout）/2]: （tP1- tP2）: （tP2- tP3）
四种相变材料的质量比例
[（tin- tout）/2.5]: （tP1- tP2）: （tP2- tP3）: （tP3- tP4）
五种相变材料的质量比例
[（tin- tout）/3]: （tP1- tP2）: （tP2- tP3）: （tP3- tP4）: （tP4- tP5）
其它相变材料的温度选取办法：
tP1 = tin-(14～15℃) tP末= tout-(14～15℃) tP1 -tP末=(1.4～1.6) (tin- tout )
tPn-tPn+1=(1～1.1)( tn+1 –tn+2)；
tP1：相变材料1的相变温度；tP末：最后次序的相变材料的相变温度。
2.如权利要求1所述的一种固液相变蓄能换热器的相变材料比例分配方法，其特征在于：本发明所采用的固液相变材料为石蜡，其化学式为CnH2n+2，相变温度范围为5～35℃.常用的石蜡有以下几种：
C5H12其相变温度为5.1℃；C9H20其相变温度为9.1℃；C14H30 其相变温度为14.3℃；C16H34 其相变温度为16.7℃；C17H36其相变温度为21.4℃；C18H38其相变温度为28.2℃。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7633980B1 (en) * 2008-02-29 2009-12-15 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Phase change based cooling for high burst mode heat loads with temperature regulation above the phase change temperature
US20160123680A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-05 Hyundai Motor Company Latent heat storage module and latent heat storage apparatus
CN205425926U (zh) * 2016-02-03 2016-08-03 中国科学院理化技术研究所 一种多级梯度相变蓄冷器

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