CN217936372U

CN217936372U - 一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱

Info

Publication number: CN217936372U
Application number: CN202221977082.1U
Authority: CN
Inventors: 洪宇翔; 赵蕾; 杜娟; 白丹丹; 叶华
Original assignee: Guangxi University of Science and Technology; Lishui University
Current assignee: Guangxi University of Science and Technology; Lishui University
Priority date: 2022-07-28
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2032-07-28

Abstract

一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱，涉及热管理及余热废热回收领域，包括相变材料箱、热管，相变材料箱包括箱体，箱体内填充有相变材料；热管从上至下分为冷凝段Ⅰ、冷凝段Ⅱ和蒸发段，热管内充入有工作流体；箱体内平行安装有多个多孔翅片；所述的热管为斜肋方形振荡热管，它是在方形振荡热管上平行压制有若干圈凹陷的斜肋，其管内表面相应具有若干圈与工作流体流向呈倾斜角度的环形凸起；热管的冷凝段Ⅰ或冷凝段Ⅱ穿过相变材料箱的中部，并与相变材料箱内的相变材料接触。本实用新型的传热效率较高，不仅能够对热管进行快速降温，同时能够将废热储存至相变材料箱中，必要时可运用到其他需要热能的元器件中，实现能源的节约，减少碳排放。

Description

一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱

技术领域

本实用新型涉及热管理及余热废热回收技术领域，尤其涉及一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱。

背景技术

中国承诺力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。为此，需要大力发展新能源技术和节能降耗的新型节能技术，以降低对化石资源的依赖，从而降低碳排放。作为一种新型节能技术，固液相变储能技术具有储能容量大、储能性能稳定、等温蓄放热、均温能力强、成本低等优点。固液相变储能技术利用相变材料（无机相变材料、有机相变材料、复合相变材料等）的相变潜热来实现热量的储存和利用，从而达到升温或降温的目的，通过一定的容器把暂时应用不到或者应用不完全的余热和废热储存起来，适时还可以另作他用。相变储能技术可与其它散热、移热等热管理技术协同使用，一方面，可用于电子元器件的热管理，提高电子元器件的抗高温冲击能力和均温能力。另一方面，还可以用于太阳能光伏电池的降温和热电联产、太阳能热水器的储放能以及太阳能除湿加湿技术等领域。申请公布号为CN106654430A的发明专利申请公开了《一种基于热管和相变材料的低温下动力电池热管理系统》，该系统是将电池放置在单独的电池箱中，相变材料放置在单独的相变材料箱中，电池箱内每块电池至少与一根热管的一端贴合，热管的另一端伸入相变材料箱内部与相变材料接触。该系统可以利用热管来传递电池运行时产生的热量，利用相变材料来储存热量，并在电池温度降低时输送热量，达到对电池进行保温的目的。但是，由于该系统采用的是一般的热管和普通的相变材料箱，传热效率比较低，移热散热潜力不足；且结构分离，制造成本更高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱，以提升传热效率。

解决上述技术问题的技术方案是：一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱，包括相变材料箱、热管，所述的相变材料箱包括箱体，箱体内填充有相变材料；所述的热管从上至下分为冷凝段Ⅰ、冷凝段Ⅱ和蒸发段，热管内充入有工作介质；所述的箱体内平行安装有多个多孔翅片；所述的热管为斜肋方形振荡热管，该斜肋方形振荡热管是在方形振荡热管上平行压制有若干圈凹陷的斜肋，斜肋方形振荡热管的管内表面相应具有若干圈与工作介质流向呈倾斜角度的环形凸起；所述斜肋方形振荡热管的冷凝段Ⅰ或冷凝段Ⅱ穿过相变材料箱的中部，并与相变材料箱内的相变材料接触。

本实用新型的进一步技术方案是：所述相变材料箱的箱体、多孔翅片均为两半式结构。

本实用新型的进一步技术方案是：所述相变材料箱的箱体顶部设有连通箱体内腔的填料口和泄压口。

本实用新型的进一步技术方案是：所述的工作介质为水或自润湿液或冷冻剂。

本实用新型的再进一步技术方案是：所述工作介质的充液率为40%～80%。

本实用新型的进一步技术方案是：所述的相变材料为石蜡。

本实用新型的再进一步技术方案是：所述斜肋方形振荡热管的冷凝段Ⅰ上安装有散热翅片；冷凝段Ⅱ穿过相变材料箱的中部且与相变材料箱内的相变材料接触。

由于采用上述结构，本实用新型之一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.传热效率高

本实用新型包括相变材料箱、热管，其中热管为斜肋方形振荡热管，该斜肋方形振荡热管是在方形振荡热管上平行压制有若干圈凹陷的斜肋，斜肋方形振荡热管的管内表面相应具有若干圈与工作介质流向呈倾斜角度的环形凸起。工作时，热管管内的工作流体经过凸起时，凸起对工作流体具有垂直于流动方向的扰流作用，造成边界层分离，产生横向涡，工作流体在凸起后重新附着后，产生局部大的湍动能，并且减薄边界层厚度，提升传热速率。另外，由于凸起的在管内的斜置，还能在管内诱导产生一定强度的纵向涡。在工作介质流体流动到冷凝段时，由于横向涡和纵向涡的双重作用，从而强化传热，在相同换热负荷条件下使用斜肋振荡热管还可以减少热管材料的消耗。

此外，本实用新型将斜肋方形振荡热管耦合在相变材料箱里，相变材料箱内还安装有多个多孔翅片。使用时热管上的热量不仅能够直接传给相变材料箱内的相变材料，也可以同时传递给多孔翅片，这样相变材料不仅能够接收热管传递的热量，也可以接受多孔翅片传递的热量，大大增加了传热面积，而且多孔翅片上的孔隙结构，可以让相变材料自由通过，加强了自然对流。

因此，本实用新型的传热效率较高。

2.能够对热管快速降温

由于本实用新型斜肋振荡热管的冷凝段Ⅰ或冷凝段Ⅱ穿过相变材料箱的中部并与相变材料箱内的相变材料接触。工作时，斜肋振荡热管管内的工作介质在热驱动下，形成快速的振荡流体，在斜肋的加持下将更多的热量输送至相变材料箱中，从而完成在持续高温下对热管的快速冷却。

3. 可收集热管废热，节约能源

本实用新型不仅能够对热管进行快速降温，同时能够将废热储存至相变材料箱中，运用到其他需要热能的元器件中，可实现能量的节约，减少碳排放。

下面，结合附图和实施例对本实用新型之一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：实施例一所述本实用新型之一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱的主视图，

图2：图1的俯视图，

图3：实施例一所述本实用新型之一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱的立体结构示意图；

图4：实施例一所述相变材料箱的结构示意图，

图5：实施例一所述相变材料箱的半个箱体结构示意图，

图6：实施例一所述斜肋方形振荡热管的主视图，

图7：图6的俯视图，

图8：实施例一所述斜肋方形振荡热管的立体结构示意图，

图9：实施例一所述多孔翅片的结构示意图，

图10：实施例一所述半个多孔翅片的结构示意图，

图11：实施例二所述本实用新型之一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱的主视图，

图12：实施例二所述本实用新型之一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱的立体结构示意图；

在上述附图中，各附图标记说明如下：

1-相变材料箱， 101-箱体，102-填料口，103-泄压口，

2-热管，201-冷凝段Ⅰ，202-冷凝段Ⅱ，203-蒸发段， 204-斜肋，

3-多孔翅片，4-散热翅片。

具体实施方式

实施例一

图1至图3公开的是一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱，包括相变材料箱1、热管2，所述的相变材料箱1包括箱体101，该箱体101由两半式结构连接而成；箱体101内填充有相变材料——石蜡，箱体101内还平行安装有多个多孔翅片3，该多孔翅片3对应同样为两半式结构，多孔翅片3上的孔隙结构，可以让相变材料自由通过，可加强自然对流；箱体101顶部设有连通箱体内腔的填料口102和泄压口103，用于加填相变材料和防止相变材料受热膨胀导致箱体内压力过大。

所述的热管2由材质为铝管的毛细方形弯管首尾相接形成具有多个弯头的四匝结构，从上至下分为冷凝段Ⅰ201、冷凝段Ⅱ202和蒸发段203，其中冷凝段Ⅰ201的上端设有充液口和抽真空口；该热管2为斜肋方形振荡热管，它是在方形振荡热管上平行压制有若干圈凹陷的斜肋204，斜肋方形振荡热管的管内表面相应具有若干圈与工作介质流向呈倾斜角度的环形凸起，倾斜角度为15°～75°；该斜肋方形振荡热管的冷凝段Ⅰ201穿过相变材料箱1的中部并与相变材料箱1内的相变材料接触。斜肋方形振荡热管的管内充入有工作介质，该工作介质为自润湿液，其充液率为40%。

本实用新型的工作原理：

使用前，在斜肋方形振荡热管中充入工作流体，相变材料箱中加入相变材料。工作时，斜肋方形振荡热管的蒸发段受热，热管内的工作介质受热产生蒸汽，促使工作流体向冷凝段流动，工作流体在向冷凝段流动时经过环形凸起造成边界层分离，形成横向涡，减薄边界层，同时在管内产生纵向涡，在两者的协同作用下增强传热，冷凝段相变材料箱中的相变材料和多孔翅片吸收流体通过管壁传递的热量，加速热传导，同时相变材料受热融化后通过孔隙结构，形成自然对流，此过程中相变材料产生相变将热量储存，同时斜肋方形振荡热管中的工作流体温度降低，冷凝后流回蒸发段，在降低电子元器件温度的同时，可将废热储存至相变材料箱中。

实施例二

图11至图12公开的是另一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱，包括相变材料箱1、热管2，所述的相变材料箱1包括箱体101，该箱体101由两半式结构连接而且；箱体101内填充有相变材料——石蜡，箱体101内还平行安装有多个多孔翅片3，该多孔翅片3同样为两半式结构，多孔翅片3上的孔隙结构，可以让熔融相变材料自由通过，可加强自然对流；箱体101顶部设有连通箱体内腔的填料口102和泄压口103，用于加填相变材料和防止相变材料受热膨胀导致箱体内压力过大。

所述的热管2由材质为铝管的毛细方形弯管首尾相接形成具有多个弯头的四匝结构，从上至下分为冷凝段Ⅰ201、冷凝段Ⅱ202和蒸发段203，其中冷凝段Ⅰ201的上端设有充液口和抽真空口；该热管2为斜肋方形振荡热管，它是在方形振荡热管上平行压制有若干圈凹陷的斜肋204，斜肋方形振荡热管的管内表面相应具有若干圈与工作流体流向呈倾斜角度的环形凸起，倾斜角度为15°～75°；所述斜肋方形振荡热管的冷凝段Ⅰ201上安装有散热翅片4，冷凝段Ⅱ202穿过相变材料箱1的中部且与相变材料箱1内的相变材料接触。斜肋方形振荡热管的管内充入有工作介质，该工作介质为冷冻剂，其充液率为60%。

本实施例二中，在冷凝段Ⅰ加入散热翅片，冷凝段Ⅱ使用带多孔翅片的相变材料箱，在蒸发段受热后，工作流体带着热量通过冷凝段Ⅱ后传递给相变材料，另外通过冷凝段Ⅰ后，部分热量还可以通过翅片散去，提升了传热性能，加强了工作流体在管中的振荡，快速降温的同时，在短时间内利用相变材料快速吸收大量热管废热，节约能源，其他应用方法同实施例一。

作为实施例一或实施例二的一种变换，所述的工作介质可以为水或自润湿液或冷冻剂中的任意一种。

作为实施例一或实施例二的又一种变换，所述的工作介质充液率为40%～80%中的任一数值。

Claims

1.一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱，包括相变材料箱（1）、热管（2），所述的相变材料箱（1）包括箱体（101），箱体（101）内填充有相变材料；所述的热管（2）从上至下分为冷凝段Ⅰ（201）、冷凝段Ⅱ（202）和蒸发段（203），热管（2）内充入有工作介质；其特征在于：所述的箱体（101）内平行安装有多个多孔翅片（3）；所述的热管（2）为斜肋方形振荡热管，该斜肋方形振荡热管是在方形振荡热管上平行压制有若干圈凹陷的斜肋（204），斜肋方形振荡热管的管内表面相应具有若干圈与工作介质流向呈倾斜角度的环形凸起；所述斜肋方形振荡热管的冷凝段Ⅰ（201）或冷凝段Ⅱ（202）穿过相变材料箱（1）的中部，并与相变材料箱（1）内的相变材料接触。

2.根据权利要求1所述的一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱，其特征在于：所述相变材料箱（1）的箱体（101）、多孔翅片（3）均为两半式结构。

3.根据权利要求1所述的一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱，其特征在于：所述相变材料箱（1）的箱体（101）顶部设有连通箱体内腔的填料口（102）和泄压口（103）。

4.根据权利要求1所述的一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱，其特征在于：所述的工作介质为水或自润湿液或冷冻剂。

5.根据权利要求4所述的一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱，其特征在于：所述工作介质的充液率为40%～80%。

6.根据权利要求1所述的一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱，其特征在于：所述的相变材料为石蜡。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种耦合斜肋方形振荡热管的多孔翅片相变材料箱，其特征在于：所述斜肋方形振荡热管的冷凝段Ⅰ（201）上安装有散热翅片（4）；冷凝段Ⅱ（202）穿过相变材料箱（1）的中部且与相变材料箱（1）内的相变材料接触。