CN112556470B - 一种微环境温控系统中的储热传热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微环境温控系统中的储热传热装置，安装于储热室的壳体的保温层的外壁，所述储热传热装置包括若干固定在储热室的壳体的保温层的外壁上的导热套管，所述导热套管包括同心布置的外导热管和内导热管，所述内导热管内填满有煤油并将内导热管两端密封，外导热管与内导热管之间填充有石蜡并将外导热管两端密封。与现有技术相比，本发明储热、传热效果好。

Description

一种微环境温控系统中的储热传热装置
技术领域
本发明涉及相变储能技术领域，特别是一种微环境温控系统中的储热传热装置。
背景技术
从20世纪70年代末至80年代初这段时间，中国科学技术大学以及中国科学院位于广州的能源研究所等单位就积极开展了对无机盐、无机水合盐、具有相变性质的金属等相变材料研究的工作。自1978年起，有关专家学者葛新石等对针对相变材料，进行了理论和应用的详细研究。有关学者阮德水等对典型的无机水合盐，如Na2SO4·10H2O等进行了研究，相关的成分组织相图[18～25]、制备储存、过冷问题、热物性等各个方面进行了一系列综合系统的研究。地处西藏的太阳能研究示范中心和华中师范大学进行了相关合作利用产自西藏盐湖的芒硝、硼砂等富含无机水合盐类矿产，通过加入特制的悬浮添加剂等成功制得与太阳能相关得高密度储热材料。从20世纪90年代初我国相关单位开始对AI-Si合金进行相变相关得研究和应用，如华中科技大学相关研究人员黄志光等用于制造聚光式太阳灶。位于广州的中国科学院能源研究所和地处广州的广东工业大学相关研究学者张仁元、柯秀芳等多年的研究发现，金属在中高温温度利用相变储能的实际应用中具有极大的优势，主要是因为其在进行相变储能时可储能密度大、可储热温度高、具有极佳热稳定性且导热系数较高不易损失热量、相变或结晶时过冷度小、由于不平衡相变引起的相偏析小、具有较为良好的性价比等特点。应用发生相变温度为577℃的成分的Al-Si合金设计制造的第一代以电热相变为主要原理的储能联供热水热风装置，储热效率极高高达90％～96％，使用寿命长达10年以上，且其最大的优势还在于体积仅为广泛推广的蓄水储能装置的15％～20％。从2008年开始，一直处于进行过程中的863计划相关研究金属相变储能锅炉并将其应用于太阳能热发电。
20世纪90年代，有机相变材料被人们进行深入研究，相关研究内容包含测试相变材料的各种性能，如与热相关的物理性质、化学稳定性及对环保的影响等。石蜡相关材料最近炙手可热，现在常作为原材料来制备定形相变材料等，所制得固相具有相变功能的材料在太阳能蓄能系统，建筑节能中广泛应用。
定形相变储能材料，顾名思义就是在相变前后均能保持原有的形状(固态)，具体又可分为两大类，一类是固-固定形相变储能材料，固-液定形相变储能材料为另一类。定形相变材料由于其具有独有的性能使其具有十分广阔的应用前景，将其制成隔热保温墙体材料在建筑节能领域非常适用。高密度聚乙烯等是固-固相变材料主要的组元。而固-液定形相变储能材料究其本质其实是一类复合相变材料，它主要是由工作物质和载体基质两种成分组成。它的固-液相变特性是工作物质进行储能的主要特性，载体基质的保持材料不流动特性和较为优秀可加工性是其主要特性。
虽然相变材料的调研开展得越来越多，并且有些已经有了实物，但是关于高潜热相变材料的可靠性能以及稳定性能的调研工作始终进行的较为缓慢。相变材料是一种具有很高的热密度和宽广的熔点范围的运用价值很好的材料。在现为开展的诸多调研过程中，相变材料经过重复的相变转化过程，中间层就会开始有断层以及过冷出现，这样的话材料的性能会发生改变，所以这些对于水合盐类相变材料来说是一个很棘手的问题。由此可见，相变储能技术最重要的也是最基本的是材料。现在人们面临的一个巨大的挑战是因为许多材料的性价比、特性随着时间慢慢消失以及对盛装的装备的腐蚀作用，这些问题使相变储能技术的实际应用以及工业化增加了很大难度。
去除掉金属材料，其他几乎所有相变材料的都有一些共同需要解决的地方，比如：传热效率不高以及导热率较小。如果解决掉这些问题，那么热量吸收和放热的速度就会大大改善。所以怎么加强换热与材料的技术仍然需要广大科学界的不断努力。
相变储能技术的核心问题是解决加强保温的性能以及减少热量的损失。除此之外，因为在当下，高温储能的保温材料在高温情况下，其导热系数均大于0.1W/(m·K)，这就使得储能装置的体积增大和成本增加，目前的纳米保温材料虽然给良好的保温增加了希望，但是相变储能技术始终有一个方面需要调研，那就是怎么强化材料的性能以及提高性价比。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种微环境温控系统中的储热传热装置。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种微环境温控系统中的储热传热装置，安装于储热室的壳体的保温层的外壁，所述储热传热装置包括若干固定在储热室的壳体的保温层的外壁上的导热套管，所述导热套管包括同心布置的外导热管和内导热管，所述内导热管内填满有煤油并将内导热管两端密封，外导热管与内导热管之间填充有石蜡并将外导热管两端密封，所述内导热管通过管支撑架固定在外导热管内，所述外导热管外壁设有若干翅片。
进一步地，所述管支撑架包括套置于内导热管外的圆环，所述圆环的外圆周上均布有多个与圆环同心的扇形块，相邻的扇形块之间设有间隔，所述扇形块的外圆周面与外导热管的内壁相接触。
进一步地，所述储热室的壳体内设有无线温度监控器。
进一步地，所述外导热管和内导热管均采用纯铜材质制成。
进一步地，所述导热套管设置为14根，且按7×7的叠加式阵列排布。
进一步地，所述外导热管的内径为19.2mm、外径为20mm；内导热管的内径为12.7mm、外径为13.3mm。
进一步地，所述翅片为矩形且垂直固定在外导热管的外壁上，翅片的高和长均为12mm、宽为15mm、厚度为1mm，翅片之间的间距为300mm。
与现有技术相比，本发明的内导热管里面放置的是煤油，微环境温控系统的储热室的壳体放出热量，加热了内导热管里的煤油，由于煤油开始吸热升温以及液体的流动性，所有内导热管里的煤油均被加热；外导热管与内导热管之间放置的是储热材料石蜡，石蜡与外导热管之间为热传导，外导热管的内壁与石蜡接触时通过液体的流动特性将热量传递到全部外导热管，石蜡吸收到煤油传递过来的热量升温达到熔点发生相变反应来储热，储热效果好；并且通过翅片进行传热效果好。
附图说明
图1为本发明的俯视图。
图2为本发明的剖视图。
图3为图2的A处放大图。
图4为本发明的管支撑架的剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
如图1-图4所示，本实施例的一种微环境温控系统中的储热传热装置，安装于储热室的壳体9的保温层11的外壁，所述储热传热装置包括若干固定在储热室的壳体的保温层的外壁上的导热套管1，所述导热套管1包括同心布置的外导热管3和内导热管2，外导热管3和内导热管2均采用纯铜材质制成，所述内导热管2内填满有煤油并将内导热管2两端密封，外导热管3与内导热管2之间填充有石蜡并将外导热管3两端密封。
外导热管3的内径为19.2mm、外径为20mm；内导热管2的内径为12.7mm、外径为13.3mm；导热套管1设置为14根，且按7×7的叠加式阵列排布，此时需要的石蜡和煤油量最小，既能满足储热室的壳体要求，又节省了材料。相变材料使用的是石蜡，内部储热室的壳体从零下30摄氏度升高到10摄氏度维持一个月需要108.36KJ的热量，约等于30.1W，由此可见，微环境温控系统温度变化幅度不大，需要的热量也不多。石蜡和煤油的质量应该控制在合适的范围内，并且与外管道和内管道的内径息息相关。由此本实施例选择外导热管的内径为19.2mm、外径为20mm；内导热管的内径为12.7mm、外径为13.3mm来计算一下石蜡与煤油的质量。一根导热套管石蜡的体积为0.00062m3，则7根导热套管石蜡的体积为0.00434m3，叠加放在这7根导热套管上的另外每根导热套管石蜡的体积为0.00065m3，则这7根导热套管石蜡的体积为0.00455m3，将这14根导热套管放满90％的石蜡质量一共是6.1173kg。同理，将这14根导热套管放满90％的煤油的质量为5.52kg。由此可见，选择外管道内径为19.2mm和内管道内径为12.7mm的套管所需要的石蜡与煤油已经足够微环境温控系统使用。
作为套管换热装置，为了增加热交换面积，提高热效率，将内导热管2支撑在外导热管3之中是一种最理想的方式。为将内导热管2固定在外导热管3的中心，所述内导热管2通过管支撑架5固定在外导热管3内，所述管支撑架5包括套置于内导热管外的圆环51，所述圆环51的外圆周上均布有多个与圆环同心的扇形块52，相邻的扇形块52之间设有间隔53，所述扇形块52的外圆周面与外导热管3的内壁相接触。
进一步地，所述外导热管3外壁设有若干翅片10，翅片10为矩形且垂直固定在外导热管3的外壁上，翅片10的高和长均为12mm、宽为15mm、厚度为1mm，翅片之间的间距为300mm。在外导热管3外壁上设计翅片10，石蜡放出热量由翅片10传送至储热室的壳体内部从而达到传热的目的，翅片10和空气间为对流传热，传热介质为空气，空气中含有较多双原子组合而成，例如O2、N2等组成，这些组成空气的气体与翅片之间只有对流传热这一种形式，不吸引辐射线并且不发射辐射能。
在实际使用过程中，所述储热室的壳体9内设有无线温度监控器，无线温度监控器来远程监控内部储热室的壳体的温度，一旦低于10℃就会报警。现在市面上的无线温度监控器很多，本实施例选择的徐州法拉电子科技有限责任公司生产的ZW720远程温度采集仪可以很好的满足环境的要求。
整个储热传热装置未来将应用在南极，放在野外。工作人员每月去一次查看检查装置。综合以上这些环境因素，我们选择无线温度监控器来进行温度监控。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微环境温控系统中的储热传热装置，安装于储热室的壳体的保温层的外壁，其特征在于：所述储热传热装置包括若干固定在储热室的壳体的保温层的外壁上的导热套管，所述导热套管包括同心布置的外导热管和内导热管，所述内导热管内填满有煤油并将内导热管两端密封，外导热管与内导热管之间填充有石蜡并将外导热管两端密封，所述内导热管通过管支撑架固定在外导热管内，所述外导热管外壁设有若干翅片。
2.根据权利要求1所述的微环境温控系统中的储热传热装置，其特征在于：所述管支撑架包括套置于内导热管外的圆环，所述圆环的外圆周上均布有多个与圆环同心的扇形块，相邻的扇形块之间设有间隔，所述扇形块的外圆周面与外导热管的内壁相接触。
3.根据权利要求1-2任一所述的微环境温控系统中的储热传热装置，其特征在于：所述储热室的壳体内设有无线温度监控器。
4.根据权利要求1所述的微环境温控系统中的储热传热装置，其特征在于：所述外导热管和内导热管均采用纯铜材质制成。
5.根据权利要求1所述的微环境温控系统中的储热传热装置，其特征在于：所述导热套管设置为14根，且按7×7的叠加式阵列排布。
6.根据权利要求1所述的微环境温控系统中的储热传热装置，其特征在于：所述外导热管的内径为19.2mm、外径为20mm；内导热管的内径为12.7mm、外径为13.3mm。
7.根据权利要求3所述的微环境温控系统中的储热传热装置，其特征在于：所述翅片为矩形且垂直固定在外导热管的外壁上，翅片的高和长均为12mm、宽为15mm、厚度为1mm，翅片之间的间距为300mm。
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