本發(fā)明涉及熱能儲(chǔ)存與釋放技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于脈動(dòng)熱管的可移動(dòng)式蓄放熱裝置及其蓄放熱方法。

背景技術(shù)：

在能源需求不斷擴(kuò)大以及石化能源不斷減少的大背景下，新能源、可再生能源和廢熱利用等越來越受到重視，熱能的有效儲(chǔ)存對(duì)于提高能源的利用率和減少環(huán)境污染具有重要意義。目前相變潛熱蓄熱的研究主要有兩種：一種是研究相變蓄熱材料（PCM）本身，包含材料的壽命、物理性能、穩(wěn)定性、蓄熱容器與材料的相容性等；另一種是研究熱物理問題，包括相變蓄熱過程的傳熱機(jī)理、相變蓄放熱裝置強(qiáng)化傳熱、相變蓄放熱器設(shè)計(jì)等。大多數(shù)相變材料普遍存在導(dǎo)熱系數(shù)低、蓄放熱性能差的缺點(diǎn)，從而使得相變蓄放熱裝置中的熱量儲(chǔ)存和釋放無法快速地進(jìn)行，使得其相變蓄放熱效率偏低。為解決以上問題很多專業(yè)研究人員從材料的選擇和優(yōu)化，裝置的設(shè)計(jì)和改造方面做了大量的研究工作。脈動(dòng)熱管是日本學(xué)者Akachi在20世界90年代初期提出的一種可用于微小空間、新型高效、具有高熱流密度的新型傳熱元件。脈動(dòng)熱管具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）構(gòu)造簡單、節(jié)約成本；

（2）管徑小、體積也?。?/p>

（3）結(jié)構(gòu)多樣、適應(yīng)性能好；

（4）加熱方式多樣；

（5）傳熱效果更好。

申請(qǐng)?zhí)?01410851584.3申請(qǐng)了一種脈動(dòng)熱管蓄熱裝置及其熱循環(huán)方法，申請(qǐng)?zhí)?201410851584.3考慮了通過脈動(dòng)熱管蓄熱，但沒有考慮熱量轉(zhuǎn)移過程中如何利用脈動(dòng)熱管放熱，即考慮如何在一個(gè)裝置中利用脈動(dòng)熱管強(qiáng)化整個(gè)廢熱轉(zhuǎn)移的過程，提高裝置的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

申請(qǐng)?zhí)?201480054443.7申請(qǐng)了基于脈動(dòng)熱管的熱交換裝置，其發(fā)明的技術(shù)目標(biāo)是改善熱交換裝置的熱性能而不是廢熱利用，整個(gè)裝置沒有考慮利用相變材料儲(chǔ)存熱量。

申請(qǐng)?zhí)?201510463032.X申請(qǐng)了一種脈動(dòng)熱管換熱器及其加工方法，其目的是提供一種脈動(dòng)熱管換熱器及其加工方法。

申請(qǐng)?zhí)?01620562228 .4申請(qǐng)了一種氣液脈動(dòng)熱管換熱器，其目的是用于余熱回收，但沒有蓄熱環(huán)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明選用適當(dāng)?shù)南嘧儾牧?，采用脈動(dòng)熱管來強(qiáng)化整個(gè)蓄放熱過程，改善傳熱性能，把脈動(dòng)熱管技術(shù)應(yīng)用到蓄放熱裝置熱量交換的吸收、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移與釋放的完整過程中。本發(fā)明進(jìn)而提供一種基于脈動(dòng)熱管的可移動(dòng)式蓄放熱裝置及其蓄放熱方法，通過將脈動(dòng)熱管技術(shù)應(yīng)用于蓄熱器中，利用脈動(dòng)熱管內(nèi)部工作工質(zhì)的蒸發(fā)與冷凝和相變材料的相變潛熱來實(shí)現(xiàn)熱量的吸收、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移與釋放。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體為：

一種基于脈動(dòng)熱管的可移動(dòng)式蓄放熱裝置，蓄放熱裝置包括殼體、加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室和脈動(dòng)熱管。所述加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室和脈動(dòng)熱管設(shè)于所述殼體內(nèi)。所述加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室通過不銹鋼隔板隔開。至少一組所述脈動(dòng)熱管穿過不銹鋼隔板置于所述加熱腔室、相變材料室、冷卻腔室內(nèi)。所述脈動(dòng)熱管置于加熱腔室和冷卻腔室部分為直管段加彎頭組成，所述脈動(dòng)熱管置于相變材料室部分均為直管段組成。所述殼體和外壁之間設(shè)有保溫層。所述脈動(dòng)熱管置于加熱腔室部分為蒸發(fā)段，所述脈動(dòng)熱管置于相變材料室部分為絕熱段，所述脈動(dòng)熱管置于冷卻腔室部分為冷凝段。通過將脈動(dòng)熱管技術(shù)應(yīng)用于蓄熱器中，利用脈動(dòng)熱管內(nèi)部工作工質(zhì)的蒸發(fā)與冷凝實(shí)現(xiàn)熱量的吸收、儲(chǔ)存與釋放，將廢熱中的能量有效地儲(chǔ)存并轉(zhuǎn)移到需要熱量的冷流體中。

冷卻腔室、冷流體導(dǎo)流板和脈動(dòng)熱管的冷凝段構(gòu)成所述基于脈動(dòng)熱管的可移動(dòng)式蓄放熱裝置的冷凝部分，所述冷卻腔室內(nèi)流入冷流體，冷流體在冷卻腔室內(nèi)沿導(dǎo)流板繞行，延長與脈動(dòng)熱管的冷凝段接觸時(shí)間達(dá)到充分換熱目的。所述冷卻腔室的一端設(shè)有冷流體進(jìn)口和冷流體出口。

加熱腔室、熱流體導(dǎo)流板和脈動(dòng)熱管的蒸發(fā)段構(gòu)成所述基于脈動(dòng)熱管的可移動(dòng)式蓄放熱裝置的加熱部分，所述加熱腔室內(nèi)流入熱流體，熱流體在加熱腔室內(nèi)沿導(dǎo)流板繞行，延長與脈動(dòng)熱管的蒸發(fā)段的接觸時(shí)間達(dá)到充分換熱目的。所述加熱腔室的一端設(shè)有熱流體進(jìn)口和熱流體出口。

每組所述脈動(dòng)熱管包括毛細(xì)管和工作工質(zhì)，所述工作工質(zhì)充注于所述毛細(xì)管內(nèi)；所述毛細(xì)管由豎向通道和橫向彎頭首尾相連而成多彎閉合回路，所述豎向通道的個(gè)數(shù)為10-100 個(gè)。

所述脈動(dòng)熱管之毛細(xì)管的材料為紫銅或者不銹鋼，內(nèi)徑為2-5mm。

本發(fā)明進(jìn)一步提供一種基于脈動(dòng)熱管的可移動(dòng)式蓄放熱裝置的蓄放熱方法，包括以下步驟：

步驟一、吸收熱量：廢熱熱流體流經(jīng)所述加熱腔室內(nèi)釋放熱量，所述脈動(dòng)熱管內(nèi)工質(zhì)在蒸發(fā)段吸收該熱流體的熱量后氣化，然后在所述脈動(dòng)熱管冷凝段內(nèi)冷凝釋放該熱量，又由所述相變材料室內(nèi)的相變材料吸收；

步驟二、 儲(chǔ)存熱量：所述脈動(dòng)熱管內(nèi)的工質(zhì)氣化后以氣塞或者液塞的形式向所述脈動(dòng)熱管的絕熱段和冷凝段流動(dòng)，所述脈動(dòng)熱管內(nèi)的工質(zhì)在所述脈動(dòng)熱管內(nèi)的絕熱段冷凝過程中將熱量釋放于相變材料室的相變材料中，相變材料吸收熱量后溫度慢慢升高，溫度升高到相變點(diǎn)就開始融化，相變材料在融化的過程中大量的吸收熱量并予以儲(chǔ)存。脈動(dòng)熱管內(nèi)的工質(zhì)釋放熱量后冷凝為液體，然后以液塞或者液膜的形式在重力作用下又返回到所述脈動(dòng)熱管的蒸發(fā)端，工質(zhì)在脈動(dòng)熱管內(nèi)不斷的氣化和冷凝，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)從熱流體把熱量轉(zhuǎn)移到裝置的相變材料中。

步驟三、轉(zhuǎn)移熱量：裝置內(nèi)所述相變材料在相變過程中能儲(chǔ)存大量熱量，然后把所儲(chǔ)存的熱量從熱量多余的地方轉(zhuǎn)移到熱量缺少的地方使用，或者在熱量多余的時(shí)候儲(chǔ)存起來，在熱量缺少的時(shí)候釋放出來使用。

步驟四、 釋放熱量：冷卻流體流經(jīng)裝置所述冷卻腔室，吸收和轉(zhuǎn)移相變材料儲(chǔ)存的熱量，因脈動(dòng)熱管的冷凝端置于所述冷卻腔室中，脈動(dòng)熱管冷凝端內(nèi)的氣態(tài)工質(zhì)因?yàn)槔鋮s后迅速冷凝，并在重力作用下回流到脈動(dòng)熱管蒸發(fā)端，脈動(dòng)熱管蒸發(fā)端和絕熱段外圍處于融化狀態(tài)的相變材料會(huì)慢慢凝固，在凝固的過程中釋放大量的熱量，脈動(dòng)熱管內(nèi)的工質(zhì)在相變材料凝固過程中所釋放熱量的加熱下氣化，然后迅速填補(bǔ)到脈動(dòng)熱管的冷凝端，所述脈動(dòng)熱管內(nèi)工質(zhì)從所述脈動(dòng)熱管冷凝端再次被冷卻腔室內(nèi)流動(dòng)的冷卻流體冷卻冷凝，然后在重力下又回所述脈動(dòng)熱管蒸發(fā)端被加熱氣化，然后又回到所述脈動(dòng)熱管的冷凝端，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)把相變材料所儲(chǔ)存的熱量釋放到冷卻流體中，發(fā)揮廢熱的價(jià)值。

所述冷流體為氣體或者液體，所述熱流體為氣體或者液體。

所述相變材料的相變溫度低于所述熱流體的溫度，所述相變材料的相變溫度高于所述冷流體的溫度。

充注工作工質(zhì)前需要先對(duì)脈動(dòng)熱管 進(jìn)行抽真空，本發(fā)明中，應(yīng)保證工作工質(zhì)的充液率為 30-70％，工作工質(zhì)的種類需根據(jù)熱流體的溫度進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明的脈動(dòng)熱管蓄放熱裝置將脈動(dòng)熱管技術(shù)應(yīng)用于蓄放熱裝置中，利用脈動(dòng)熱管內(nèi)部工作工質(zhì)的蒸發(fā)、冷凝和相變材料室內(nèi)相變材料的相變潛熱，將熱流體中吸收的熱量儲(chǔ)存于相變材料中，實(shí)現(xiàn)了熱量的吸收與儲(chǔ)存；然后將儲(chǔ)存于相變材料中的熱量釋放于冷流體中，有效地將廢熱中的能量儲(chǔ)存并轉(zhuǎn)移到需要熱量的地方。該脈動(dòng)熱管蓄放熱裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單，且利用相變材料的相變潛熱來蓄熱，蓄熱能力大，釋放熱量時(shí)候溫度穩(wěn)定，另外在蓄熱、放熱過程中利用了脈動(dòng)熱管，脈動(dòng)熱管的運(yùn)行不需要輸入外界動(dòng)力的輸入，又具有熱能流密度大、效率高以及運(yùn)行穩(wěn)定可靠的明顯優(yōu)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，能夠更完整更好地理解本發(fā)明。此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖 1 為本發(fā)明一種脈動(dòng)熱管蓄熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1各部件名稱：圖中1、加熱流體進(jìn)口，2、加熱流體出口，3、加熱腔室，4、相變材料室，5、冷卻腔室，6、脈動(dòng)熱管，7、脈動(dòng)熱管抽真空充工質(zhì)接口，8、脈動(dòng)熱管壓力表接口，9、冷卻腔室內(nèi)冷流體導(dǎo)流板，10、冷卻流體出口，11、冷卻流體進(jìn)口， 12冷卻腔室與相變材料室隔板，13、相變材料， 14、裝置的加料口，15、加熱腔室與相變材料室隔板，16、加熱腔室內(nèi)熱流體導(dǎo)流板，17、殼體。

如圖1所示的一種基于脈動(dòng)熱管的可移動(dòng)式蓄放熱裝置，包括殼體17、加熱腔室3、相變材料室4、冷卻腔室5和脈動(dòng)熱管6，加熱腔室3、相變材料室4、冷卻腔室5和脈動(dòng)熱管6設(shè)于殼體 17內(nèi)，至少一組脈動(dòng)熱管 6置于殼體 17內(nèi)，加熱腔室3 內(nèi)設(shè)有熱流導(dǎo)流板15，冷卻腔室5內(nèi)設(shè)有冷流導(dǎo)流板9，加熱腔室3、相變材料室4、冷卻腔室5通過擋板 12、16 隔開。冷卻腔室5 的一端設(shè)有冷流體進(jìn)口 10和冷流體出口11，加熱腔室3的一端設(shè)有熱流體進(jìn)口 1和熱流體出口2，脈動(dòng)熱管6的蒸發(fā)端置于加熱腔室3 內(nèi)，脈動(dòng)熱管6的冷凝端置于冷卻腔室5 內(nèi)，熱流導(dǎo)流板15和冷流導(dǎo)流板9能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)熱流體的導(dǎo)流作用作用，延長流體在腔室內(nèi)的流動(dòng)時(shí)間，強(qiáng)化傳熱。每組脈動(dòng)熱管6包括毛細(xì)管和工作工質(zhì)，工作工質(zhì)充注于毛細(xì)管內(nèi)，毛細(xì)管的內(nèi)徑優(yōu)選為2-5mm，毛細(xì)管為由豎向通道和橫向彎管首尾相連構(gòu)成的多彎折閉合回路型的銅管或者不銹鋼管，脈動(dòng)熱管 6設(shè)有10-100個(gè)豎向通道，充注工作工質(zhì)前需要先對(duì)脈動(dòng)熱管6進(jìn)行抽真空，7為充液抽真空連接端，8為壓力表連接端。本發(fā)明中，應(yīng)保證工作工質(zhì)的充液率為30-70％，工作工質(zhì)的種類需根據(jù)加熱腔室3內(nèi)的熱流體的溫度進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)。為了增加脈動(dòng)熱管6的換熱面積，脈動(dòng)熱管6的毛細(xì)管上還可以設(shè)有若干直肋或者環(huán)肋。冷流體和熱流體均可以為氣體或者液體，相變材料選取應(yīng)根據(jù)熱流體溫度進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，相變材料的相變溫度低于熱流體的相變溫度。

當(dāng)有可以利用的熱流體熱量時(shí)，為避免能量的浪費(fèi)，高溫的熱流體需要蓄熱儲(chǔ)存，熱流體流經(jīng)加熱腔室3后熱流體釋放熱量，釋放熱量的過程具體為：脈動(dòng)熱管的蒸發(fā)端因?yàn)橹糜诩訜崆皇?中，脈動(dòng)熱管內(nèi)的工作工質(zhì)吸收加熱腔室3中熱流體的熱量后發(fā)生相變，以氣塞或者液塞的形式向脈動(dòng)熱管的絕熱段和冷凝端流動(dòng)，在絕熱段將熱量釋放于相變材料中，釋放熱量后的工作工質(zhì)相變冷凝為液體，以液塞或者液膜的形式返回脈動(dòng)熱管的蒸發(fā)端，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。

在熱流體的熱能釋放過程中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)相變材料 ( 即蓄熱材料 ) 的加熱。相變材料吸收熱量后，達(dá)到一定溫度 ( 熔點(diǎn) ) 發(fā)生相變，不斷將熱量儲(chǔ)存起來。

在熱量儲(chǔ)存完畢后，移動(dòng)到需要熱量的環(huán)境下，在冷流體流經(jīng)冷卻腔室5 時(shí)，冷流體對(duì)脈動(dòng)熱管內(nèi)冷凝端的熱工質(zhì)予以冷卻，熱工質(zhì)冷卻液化放熱后在重力作用下返回脈動(dòng)熱管蒸發(fā)段，下部的氣態(tài)工質(zhì)又會(huì)補(bǔ)充上來，然后在冷凝端液化，液化后的回到蒸發(fā)端的工質(zhì)在相變材料所蓄熱量的加熱下再次氣化后又來填補(bǔ)脈動(dòng)熱管6冷凝端的冷凝空間，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞，在相變材料的熱能釋放過程中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷流體的加熱。

如上所述，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，顯然，只要實(shí)質(zhì)上沒有脫離本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)及效果、對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的變形，也均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。