CN111765792A - 基于超声波强化传热的相变储热装置及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于超声波强化传热的相变储热装置及其运行方法，相变储热装置包括功率超声波发生器、N个功率超声波换能器、壳体和换热管。本发明将超声波换能器布置在相变材料外围，超声波沿着功率超声波换能器向四周发射，利用超声波在液体中产生的空化效应、声流效应以及机械效应，加强液态相变材料的对流，大大提高了相变材料固液界面的对流换热系数，从而加强相变材料固液态间的换热，能够显著提高相变材料的相变速率，强化传热。

Description

基于超声波强化传热的相变储热装置及其运行方法
技术领域
本发明涉及强化换热技术领域，尤其涉及一种基于超声波强化传热的相变储热装置及其运行方法。
背景技术
在许多能源系统中常常出现能源的供应与使用时间的不匹配问题，能量的储存能够缓解能源的供应与需求方面的不匹配问题。常见的储热方式包括显热储热、潜热储热和化学能储热。其中，潜热储热因其具有储能密度大，吸放热过程在恒温下进行的优点而被广泛应用于能源调峰领域。
相变材料在经历相变储放热时存在着固液相变界面，该界面的存在大大增加了固体与液体间的换热热阻，因此亟需提供一种提高固液相变界面换热系数的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于超声波强化传热的相变储热装置及其运行方法，增强相变换热时的换热速率。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
基于超声波强化传热的相变储热装置，包括功率超声波发生器、N个功率超声波换能器、壳体和换热管，N为大于等于1的自然数；
所述壳体为密闭腔体，其上设有第一通孔和第二通孔；
所述换热管采用导热材质制成，设置在所述壳体内，一端从壳体的第一通孔伸出、另一端从壳体的第二通孔伸出，且换热管和壳体在第一通孔、第二通孔处密闭固连；
所述壳体和换热管之间填充有相变材料，换热管用于供换热流体经过、和壳体内的相变材料进行热交换；
所述功率超声波发生器分别和N个功率超声波换能器电气相连，用于激励N个功率超声波换能器工作；
所述N个功率超声波换能器分别设置在壳体外，用于产生超声波加强相变材料固液态间的换热。
作为本发明一种基于超声波强化传热的相变储热装置进一步的优化方案，所述N取2，2个功率超声波换能器设置在壳体两侧，且均平行于所述换热管。
作为本发明一种基于超声波强化传热的相变储热装置进一步的优化方案，所述相变材料采用盐类、水合盐类、合金类、石蜡类、脂肪酸类、醇类脂类中的任意一种相变材料。
本发明还公开了一种该基于超声波强化传热的相变储热装置的换热方法，包含以下过程：
相变材料储热时，换热流体流入换热通道并放出热量，换热通道将热量传递到相变材料，靠近换热通道的相变材料吸收热量后融化，而远离换热通道处的相变材料还处于固态；功率超声波发生器激励各个功率超声波换能器，功率超声波换能器产生超声波向四周发射，利用超声波在液体中产生的空化效应、声流效应以及机械效应，加强液态相变材料的对流，提高相变材料固液界面的对流换热系数，从而加强相变材料固液态间的换热，强化储热；
相变材料放热时，换热流体流入换热通道并吸收热量，相变材料将热量传递给换热通道，靠近换热通道的相变材料优先凝固，而远离换热通道处的相变材料还处于液态；功率超声波发生器激励各个功率超声波换能器，功率超声波换能器产生超声波向四周发射，利用超声波在液体中产生的空化效应、声流效应以及机械效应，加强液态相变材料的对流，提高相变材料固液界面的对流换热系数，从而加强相变材料固液态间的换热，强化放热。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明中超声波换能器布置在相变材料外围，超声波沿着功率超声波换能器向四周发射，利用超声波在液体中产生的空化效应、声流效应以及机械效应，加强液态相变材料的对流，大大提高了相变材料固液界面的对流换热系数，从而加强相变材料固液态间的换热，能够显著提高相变材料的相变速率，强化传热。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中，1-功率超声波换能器，2-导线，3-功率超声波发生器，4-换热管的入口，5-换热管的出口，6-壳体，7-相变材料，8-换热管，9-换热流体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1所示，本发明公开了基于超声波强化传热的相变储热装置，包括功率超声波发生器、N个功率超声波换能器、壳体和换热管，N为大于等于1的自然数；
所述壳体为密闭腔体，其上设有第一通孔和第二通孔；
所述换热管采用导热材质制成，设置在所述壳体内，一端从壳体的第一通孔伸出、另一端从壳体的第二通孔伸出，且换热管和壳体在第一通孔、第二通孔处密闭固连；
所述壳体和换热管之间填充有相变材料，换热管用于供换热流体经过、和壳体内的相变材料进行热交换；
所述功率超声波发生器分别和N个功率超声波换能器电气相连，用于激励N个功率超声波换能器工作；
所述N个功率超声波换能器分别设置在壳体外，用于产生超声波加强相变材料固液态间的换热。
所述N优先取2，如图1所示，2个功率超声波换能器设置在壳体两侧，且均平行于所述换热管。
所述相变材料是指能够在液态和固态间转化时吸收或放出大量潜热的物质，包括无机相变材料或有机相变材料；其中无机相变材料包括盐类、水合盐类或合金类，有机相变材料包括石蜡类、脂肪酸类或醇类脂类。
本发明还公开了一种该基于超声波强化传热的相变储热装置的换热方法，包含以下过程：
相变材料储热时，换热流体流入换热通道并放出热量，换热通道将热量传递到相变材料，靠近换热通道的相变材料吸收热量后融化，而远离换热通道处的相变材料还处于固态；功率超声波发生器激励各个功率超声波换能器，功率超声波换能器产生超声波向四周发射，利用超声波在液体中产生的空化效应、声流效应以及机械效应，加强液态相变材料的对流，提高相变材料固液界面的对流换热系数，从而加强相变材料固液态间的换热，强化储热；
相变材料放热时，换热流体流入换热通道并吸收热量，相变材料将热量传递给换热通道，靠近换热通道的相变材料优先凝固，而远离换热通道处的相变材料还处于液态；功率超声波发生器激励各个功率超声波换能器，功率超声波换能器产生超声波向四周发射，利用超声波在液体中产生的空化效应、声流效应以及机械效应，加强液态相变材料的对流，提高相变材料固液界面的对流换热系数，从而加强相变材料固液态间的换热，强化放热。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于超声波强化传热的相变储热装置，其特征在于，包括功率超声波发生器、N个功率超声波换能器、壳体和换热管，N为大于等于1的自然数；
所述壳体为密闭腔体，其上设有第一通孔和第二通孔；
所述换热管采用导热材质制成，设置在所述壳体内，一端从壳体的第一通孔伸出、另一端从壳体的第二通孔伸出，且换热管和壳体在第一通孔、第二通孔处密闭固连；
所述壳体和换热管之间填充有相变材料，换热管用于供换热流体经过、和壳体内的相变材料进行热交换；
所述功率超声波发生器分别和N个功率超声波换能器电气相连，用于激励N个功率超声波换能器工作；
所述N个功率超声波换能器分别设置在壳体外，用于产生超声波加强相变材料固液态间的换热。
2.根据权利要求1所述的基于超声波强化传热的相变储热装置，其特征在于，所述N取2，2个功率超声波换能器设置在壳体两侧，且均平行于所述换热管。
3.根据权利要求1所述的基于超声波强化传热的相变储热装置，其特征在于，所述相变材料采用盐类、水合盐类、合金类、石蜡类、脂肪酸类、醇类脂类中的任意一种相变材料。
4.基于权利要求1所述的基于超声波强化传热的相变储热装置的换热方法，其特征在于，包含以下过程：
相变材料储热时，换热流体流入换热通道并放出热量，换热通道将热量传递到相变材料，靠近换热通道的相变材料吸收热量后融化，而远离换热通道处的相变材料还处于固态；功率超声波发生器激励各个功率超声波换能器，功率超声波换能器产生超声波向四周发射，利用超声波在液体中产生的空化效应、声流效应以及机械效应，加强液态相变材料的对流，提高相变材料固液界面的对流换热系数，从而加强相变材料固液态间的换热，强化储热；
相变材料放热时，换热流体流入换热通道并吸收热量，相变材料将热量传递给换热通道，靠近换热通道的相变材料优先凝固，而远离换热通道处的相变材料还处于液态；功率超声波发生器激励各个功率超声波换能器，功率超声波换能器产生超声波向四周发射，利用超声波在液体中产生的空化效应、声流效应以及机械效应，加强液态相变材料的对流，提高相变材料固液界面的对流换热系数，从而加强相变材料固液态间的换热，强化放热。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116105215A (zh) * 2023-04-14 2023-05-12 四川蜀旺新能源股份有限公司 一种基于热电联供的建筑供热蓄能设备

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19619810A1 (de) * 1995-05-16 1996-11-21 Nippon Denso Co Wärmespeicher mit Rührfunktion
JP2008261584A (ja) * 2007-04-13 2008-10-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蓄熱器
JP2008309452A (ja) * 2007-06-18 2008-12-25 Aisin Seiki Co Ltd 蓄冷器
CN201191144Y (zh) * 2007-12-03 2009-02-04 陈定兴 相变蓄能换热器
WO2015189450A1 (es) * 2014-06-10 2015-12-17 Abengoa Solar New Technologies, S.A. Sistema de almacenamiento térmico y su procedimiento de carga y descarga
CN107328280A (zh) * 2017-07-06 2017-11-07 贺迈新能源科技（上海）有限公司 一种多单元横管热池
CN107449305A (zh) * 2017-07-26 2017-12-08 西安交通大学 储热单元
CN108981436A (zh) * 2017-06-02 2018-12-11 美的集团股份有限公司 换热器和热水器
CN110749226A (zh) * 2019-11-28 2020-02-04 兰州理工大学 一种内置活动式换热器的固-液相变储热装置及使用方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19619810A1 (de) * 1995-05-16 1996-11-21 Nippon Denso Co Wärmespeicher mit Rührfunktion
JP2008261584A (ja) * 2007-04-13 2008-10-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蓄熱器
JP2008309452A (ja) * 2007-06-18 2008-12-25 Aisin Seiki Co Ltd 蓄冷器
CN201191144Y (zh) * 2007-12-03 2009-02-04 陈定兴 相变蓄能换热器
WO2015189450A1 (es) * 2014-06-10 2015-12-17 Abengoa Solar New Technologies, S.A. Sistema de almacenamiento térmico y su procedimiento de carga y descarga
CN108981436A (zh) * 2017-06-02 2018-12-11 美的集团股份有限公司 换热器和热水器
CN107328280A (zh) * 2017-07-06 2017-11-07 贺迈新能源科技（上海）有限公司 一种多单元横管热池
CN107449305A (zh) * 2017-07-26 2017-12-08 西安交通大学 储热单元
CN110749226A (zh) * 2019-11-28 2020-02-04 兰州理工大学 一种内置活动式换热器的固-液相变储热装置及使用方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116105215A (zh) * 2023-04-14 2023-05-12 四川蜀旺新能源股份有限公司 一种基于热电联供的建筑供热蓄能设备
CN116105215B (zh) * 2023-04-14 2023-06-09 四川蜀旺新能源股份有限公司 一种基于热电联供的建筑供热蓄能设备

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