CN114264176A - 一种圆柱形热管相变蓄放热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种圆柱形热管相变蓄放热系统，属于热能储存与释放技术领域，解决了蓄热器蓄热时间长、效率低，热量损失严重的问题。该系统包括壳体、蓄热室、叶轮、转盘及扇叶，其中所述壳体和所述蓄热室的外壁之间设有保温层，热管置于所述蓄热室，热管内部包括换热工质，蓄热室上端为取热端、下端为加热端，蓄热室中部空隙处为蓄热材料。通过将叶轮机构应用于蓄热器中，利用水流带动叶轮旋转，叶轮带动转盘（转盘内设有发条）、传动轴旋转，从而强化蓄热材料的对流传热，将热量有效的存储到蓄热室中。
Description
技术领域
本发明属于热能储存与释放技术领域，具体涉及一种高效相变蓄能系统。
背景技术
在能量需求不断扩大的同时，在工业及民用领域，仍有很多废热、余热不能够及时利用，这就造成了很大的能源浪费。而储能系统是缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式，是合理利用能源及减轻环境污染的有效途径，对于提供能源利用率也具有重要意义。
相变蓄热以其储热密度大、蓄热器结构紧凑、体积小、热效率高、吸热放热温度恒定、易与运行系统匹配、易于控制等突出的优点，日趋成为储热系统的首选系统，但是蓄热器蓄热时间长、效率低，热量损失严重。
针对蓄热器这些缺陷，本发明设计了一种圆柱形热管相变蓄放热系统，通过系统内部叶轮的转动，加强蓄热材料的扰动，从而起到强化传热效果，提高蓄热器蓄热性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圆柱形热管相变蓄放热系统，通过将叶轮机构应用于蓄热器中，利用热流体带动叶轮旋转，叶轮带动转盘及传动轴旋转，从而强化蓄热材料的对流传热，将热量有效的存储到蓄热室中。
本发明的目的是这样实现的：
一种圆柱形热管相变蓄热系统包括壳体、蓄热室、叶轮、转盘及扇叶，其中所述壳体和所述蓄热室的外壁之间设有保温层，热管置于所述蓄热室中，热管内部包括换热工质，蓄热室上端为取热端、下端为加热端，蓄热室中部空隙处为蓄热材料，蓄热室的加热端设有叶轮，叶轮连接转盘，转盘连接传动轴，转盘中设有发条。
当加热端有热流体通过时，热流体带动叶轮旋转，当蓄热室中部的蓄热材料全部为固体时，叶轮转动无法带动传动轴旋转，此时叶轮带动转盘旋转，而转盘无法带动传动轴旋转；当蓄热室中部的蓄热材料部分熔化时，发条全部缠绕在转盘上，转盘带动传动轴旋转，同时传动轴带动扇叶旋转，从而使蓄热室中部的蓄热材料转动，强化对流传热过程，加快蓄热器蓄热过程。
本发明产生的有益效果是：
本发明的叶轮旋转机构应用于蓄热装置中，利用供热时热流体的流动，带动叶轮旋转，叶轮带动转盘及传动轴旋转，同时传动轴带动扇叶旋转，从而使蓄热室中部的蓄热材料转动，强化对流传热过程。热流体通过挡板和热管，将热量储存在蓄热器中的相变材料之中，相变材料通过挡板和热管，将存储在相变材料中的热量释放于冷流体中，实现了热量从热流体到冷流体的转移，有效地将能量存储并转移到需要热量地流体中。
本发明的转盘内设有发条，当蓄热室中部的蓄热材料全部为固体时，叶轮转动无法带动传动轴旋转，此时叶轮带动转盘旋转，而转盘没用带动传动轴旋转；当蓄热室中部的蓄热材料部分熔化时，发条全部缠绕在转盘上，转盘带动传动轴旋转。从而减少因蓄热器内部阻力太大，叶轮无法带动传动轴旋转时，热流体对叶轮的冲击损耗。
附图说明
当结合附图说明时，能够更完整的理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一种圆柱形热管相变蓄放热装置的结构示意图；
图2是实施例的蓄热装置内部热管工作原理图。
图中：1-壳体，2-冷流体入口，3-蓄热室，4-相变材料，5-热管，6-冷流体出口，7-保温层，8-挡板，9-叶轮，10-转盘，11-热流体入口，12-传动轴，13-扇叶，14-挡板，15-热流体出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式一：如图1所示的一种圆柱形热管相变蓄热器系统，包括壳体1和蓄热室3，蓄热室3设于壳体1内，壳体1和蓄热室3的外壁之间设有保温层7，叶轮9置于蓄热室下端加热端，转盘10、传动轴12和扇叶13置于蓄热室中部，蓄热室3由挡板8和挡板14分为加热端（下端）、相变蓄放热端（中端）和取热端（上端）。热管5置于蓄热室3内，贯穿加热段、相变蓄放热端和取热端，相变材料4置于蓄热室中端，冷流体入口2和冷流体出口15设于蓄热室上端取热端，热流体入口6和热流体出口11设于蓄热室下端加热端。
具体实施方式二：热管5为重力式钢-水热管，公称直径优选为42mm，热管壁厚优选为2.5-4mm，热管个数为8-16个且以环状分布均匀设置在蓄热室内部，热管内部为真空，且充液率为18%-20%。叶轮9的具体尺寸根据蓄热室加热端的实际大小进行选择，转盘10内发条长度根据蓄热室中端相变材料的部分熔化时间以及蓄热室加热端热流体流量进行选择。扇叶13的长度为50-150mm，宽度为15-40mm，厚度为0.8-1.2mm。
具体实施方式三：冷流体和热流体均为液体，相变材料4的选取应根据热流体温度进行选择设计，相变材料4的相变温度低于热流体的相变温度。
具体实施方式四：当有多余热量无法利用时，为避免能量浪费，高温的热流体需要蓄热储存，当热量无法满足需求时，储存的热量释放以满足需求，其储放热的过程体为：热流体由热流体入口6流入，由热流体出口11流出，热流体热量由挡板8和热管5传入相变材料中。热流体带动叶轮9旋转，叶轮9带动转盘10旋转，当蓄热室中端的相变材料部分熔化，叶轮9能够带动传动轴12旋转时，转盘10内部的发条全部缠绕在转盘上，从而叶轮9带动转盘10，转盘10带动传动轴12及扇叶13旋转，从而使蓄热室中部的蓄热材料转动，强化对流传热过程，使热流体的热量能够快速存储在蓄热室3内，实现蓄热过程。
具体实施方式五：相变材料4吸收热量后，达到一定温度发生相变，不断将热量储存起来，在有热量储存的状态下，在冷流体流经蓄热室3时，冷流体沿途吸收相变材料4中存储的能量，对冷流体进行加热，使其温度升高，如此循环，实现热量的传递，在相变材料4的热能释放过程中，实现了放热过程。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，例如热管的类型，热管的尺寸、数量及排列方式，扇叶的具体尺寸及个数都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种圆柱形热管相变蓄放热系统，其特征在于包括壳体1、蓄热室3、叶轮9、转盘10及扇叶13，其中所述壳体和所述蓄热室的外壁之间设有保温层，热管置于所述蓄热室中，热管内部包括换热工质，蓄热室上端为取热端、下端为加热端，蓄热室中部空隙处为蓄热材料。
2.根据权利要求1所述的一种圆柱形热管相变蓄放热系统，其特征在于所述蓄热材料为三水醋酸钠。
3.根据权利要求1所述的一种圆柱形热管相变蓄放热系统，其特征在于所述热管的公称直径为42mm。
4.根据权利要求1、3所述的一种圆柱形热管相变蓄放热系统，其特征在于所述热管的个数为8-16个。
5.根据权利要求1所述的一种圆柱形热管相变蓄放热系统，其特征在于所述蓄热室的加热端设有叶轮。
6.根据权利要求1、5所述的一种圆柱形热管相变蓄放热系统，其特征在于所述叶轮连接转盘，转盘连接传动轴，其中：
当加热端有热流体通过时，热流体带动叶轮旋转，叶轮带动转盘及传动轴旋转，同时传动轴带动扇叶旋转，从而使蓄热室中部的蓄热材料转动，强化对流传热过程，加快蓄热器蓄热过程。
7.根据权利要求1、6所述的一种圆柱形热管相变蓄放热系统，其特征在于转盘中设有发条，当蓄热室中部的蓄热材料全部为固体时，叶轮转动无法带动传动轴旋转，此时叶轮带动转盘旋转，而转盘无法带动传动轴旋转；当蓄热室中部的蓄热材料部分熔化时，发条全部缠绕在转盘上，转盘带动传动轴旋转。从而减少因蓄热器内部阻力太大，叶轮无法带动传动轴旋转时，热流体对叶轮的冲击损耗。
8.根据权利要求1所述的一种圆柱形热管相变蓄放热系统，其特征在于所述扇叶的长度为50-150mm，宽度为15-40mm，厚度为0.8-1.2mm。
9.根据权利要求1所述的一种圆柱形热管相变蓄放热系统，其特征在于所述扇叶的个数为3-6个。
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