專利名稱：一種可自動克服溫度不均勻性的相變材料強(qiáng)化換熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相變蓄冷/蓄熱領(lǐng)域，尤其涉及一種可自動克服溫度不均勻性的相變材料強(qiáng)化換熱方法。
背景技術(shù)：
供冷/供熱時(shí)，用戶側(cè)常?？梢酝ㄟ^增加蓄冷/蓄熱裝置，起到調(diào)節(jié)負(fù)荷波動的作用。當(dāng)采用電力作為驅(qū)動能源時(shí)，增加蓄冷/蓄熱裝置還可以充分利用峰谷電價(jià)，起到節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用的效果。顯熱蓄冷/蓄熱，蓄冷材料的占地面積很大，實(shí)際運(yùn)用時(shí)存在諸多不便。 相變蓄冷/蓄熱可以充分利用材料的相變潛熱(一般是固-液相變)，提高單位體積或質(zhì)量的蓄能密度，從而達(dá)到充分利用有限空間或質(zhì)量儲能的目的。為了便于應(yīng)用，絕大多數(shù)情況下，相變材料都被封裝在某種形狀的小型容器內(nèi)(如球形、板狀、圓柱形等)。這些灌裝了相變材料的小型容器以某種方式堆積在蓄冷槽/蓄熱槽內(nèi)，通過二次流體與冷源/熱源進(jìn)行換熱，從而實(shí)現(xiàn)蓄冷/蓄熱。然而，在相變蓄冷(液-固相變)或蓄熱(固-液相變)過程中，容器內(nèi)的相變材料與外部的二次流體之間的換熱僅能通過容器壁的導(dǎo)熱來實(shí)現(xiàn)。在容器內(nèi)部，自然對流只發(fā)生在液相中，固相與液相之間的傳熱主要依靠導(dǎo)熱進(jìn)行，因此很容易出現(xiàn)封裝容器內(nèi)溫度不均勻的情況，從而導(dǎo)致相變過程緩慢，進(jìn)而間接造成蓄冷/蓄熱能耗的增加，效率下降?，F(xiàn)有容器內(nèi)導(dǎo)熱強(qiáng)化技術(shù)，有的是通過在相變材料中添加金屬粉末，增加表觀導(dǎo)熱系數(shù)。但這種方式效果不理想，主要原因是隨著相變次數(shù)的增加，添加的金屬粉末很容易沉淀，即便是將相變材料做成凝膠狀也無法克服這一問題。也有通過設(shè)置金屬棒、條、翅片等方式，來增加導(dǎo)熱性。但金屬棒、條的直徑有限，導(dǎo)熱強(qiáng)化的效果不明顯；金屬翅片給容器封裝帶來了很大麻煩，效果也不理想。除此之外，只能通過減小封裝容器的尺寸，或采用金屬容器進(jìn)行封裝，以減少相變時(shí)間，但這樣做會導(dǎo)致灌裝成本的急劇增加，經(jīng)濟(jì)性很差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對球形容器內(nèi)封裝蓄冷/蓄熱相變材料在相變過程中出現(xiàn)的溫度不均勻性問題，提供一種可自動克服溫度不均勻性的相變材料強(qiáng)化換熱方法。為實(shí)現(xiàn)相變過程中溫度的均勻性，本發(fā)明提供一種熱管解決方案。即在封裝容器內(nèi)放置一個(gè)小型熱管，利用熱管的高導(dǎo)熱性，克服容器內(nèi)溫度分布的不均勻現(xiàn)象。熱管外形結(jié)構(gòu)為圓錐狀或橄欖狀。這種結(jié)構(gòu)使得熱管可以在重力和浮力的作用下保持自然垂直狀態(tài)，無需額外的固定裝置，對封裝容器在蓄冷槽/蓄熱槽中的堆放方式也無特殊要求。本發(fā)明中的熱管，有利于克服容器內(nèi)相變材料在高度方向上冷端和熱端的溫度不均勻現(xiàn)象。熱管工質(zhì)可根據(jù)相變材料的相變溫度區(qū)間進(jìn)行篩選，工質(zhì)的沸騰溫度與相變材料的相變溫度區(qū)間相吻合。熱管工質(zhì)的充注量以不超過50%為宜，密封后的負(fù)壓狀態(tài)有利于熱管在液相的相變材料中保持懸浮狀態(tài)。熱端與冷端的比例一般可由換熱表面積確定。由于熱管很高的導(dǎo) 熱能力，使得高度方向上的溫度更加均勻，可以加快相變過程， 因此，可以增大封裝容器的尺寸，從而在相同蓄冷/蓄熱量的情況下減少封裝容器的數(shù)量， 節(jié)省封裝成本。


圖1是本發(fā)明中熱管導(dǎo)熱強(qiáng)化傳熱的原理圖；圖2是本發(fā)明的第二種實(shí)施方式的示意圖。附圖標(biāo)記說明1、球形封裝容器；2、容器灌裝口 ；3、熱管；4、相變材料。
具體實(shí)施例方式首先將預(yù)制的熱管插入球形容器內(nèi)，熱管工質(zhì)的充注量以不超過50%為宜，在 10-40°C范圍內(nèi)的相變材料，對應(yīng)的可以選擇的熱管工質(zhì)有乙醇、丙酮、氟利昂、甲醇、水等。 然后灌裝相變材料至指定容量(根據(jù)體積膨脹率不同而不同，保證球形容器有一定的體積變化裕量)，再根據(jù)相變材料及封裝要求確定是否需要抽真空，最后對容器進(jìn)行密封，完成整個(gè)封裝過程。蓄冷與蓄熱的差別在于利用的相變溫度不同，蓄冷時(shí)選擇相變材料的相變溫度較低，蓄熱時(shí)選擇相變材料的相變溫度較高。以下僅對固-液相變過程進(jìn)行說明，不再強(qiáng)調(diào)蓄冷或蓄熱用途。下面以兩個(gè)實(shí)施例講述具體的實(shí)施過程。實(shí)施例一如圖1所示，采用圓錐狀熱管。當(dāng)相變材料被降溫冷卻時(shí)，發(fā)生液_固相變，貼近容器內(nèi)壁面的液體首先凝固。熱管上部為冷端，下部為熱端。在熱管的作用下，冷端和熱端的溫度趨于一致，使得容器內(nèi)熱管所對應(yīng)的區(qū)域的相變材料幾乎同時(shí)發(fā)生相變，熱管也會被凝固在相變材料中。同時(shí)，由于容器中心的熱量被快速的導(dǎo)出，在一定程度上增強(qiáng)了液體的自然對流， 使得強(qiáng)化換熱的影響區(qū)域更大，效果更好。如圖2所示的熱管設(shè)計(jì)，增大了熱管影響區(qū)域，作用機(jī)理相同，但效果更好。實(shí)施例二圖1所示，當(dāng)相變材料被加熱，發(fā)生固_液相變時(shí)，貼近容器內(nèi)壁面的固體首先融化。熱管上部為熱端，下部為冷端。在熱管的作用下，冷端和熱端的溫度趨于一致，使得容器內(nèi)熱管所對應(yīng)的區(qū)域的相變材料幾乎同時(shí)發(fā)生相變。隨著融化區(qū)域的增大，液相的自然對流也會在一定程度上加快相變進(jìn)程。圖2所示，增大了熱管影響區(qū)域，作用機(jī)理相同，但效果更好。
權(quán)利要求
1.一種可自動克服溫度不均勻性的相變材料強(qiáng)化換熱方法，其特征在于在封裝容器內(nèi)放置一個(gè)小型熱管，所述熱管的工質(zhì)根據(jù)相變材料的相變溫度區(qū)間進(jìn)行篩選。
2.如權(quán)利要求1所示的可自動克服溫度不均勻性的相變材料強(qiáng)化換熱方法，其特征在于所述熱管外形結(jié)構(gòu)為圓錐狀或橄欖狀，使之在懸浮時(shí)保持垂直狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1或2所示的可自動克服溫度不均勻性的相變材料強(qiáng)化換熱方法，其特征在于熱管的工質(zhì)充注量不超過50%。
全文摘要
本發(fā)明針對球形容器內(nèi)封裝蓄冷/蓄熱相變材料在相變過程中出現(xiàn)的溫度不均勻性問題，提供一種可自動克服溫度不均勻性的相變材料強(qiáng)化換熱方法。為實(shí)現(xiàn)相變過程中溫度的均勻性，本發(fā)明提供一種熱管解決方案。即在封裝容器內(nèi)放置一個(gè)小型熱管，利用熱管的高導(dǎo)熱性，克服容器內(nèi)溫度分布的不均勻現(xiàn)象。所述熱管外形結(jié)構(gòu)為圓錐狀或橄欖狀。熱管的工質(zhì)根據(jù)相變材料的相變溫度區(qū)間進(jìn)行篩選。由于熱管很高的導(dǎo)熱能力，使得高度方向上的溫度更加均勻，可以加快相變過程，因此，可以增大封裝容器的尺寸，從而在相同蓄冷/蓄熱量的情況下減少封裝容器的數(shù)量，節(jié)省封裝成本。
文檔編號F28D15/02GK102305566SQ20111017761
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者馮自平, 宋文吉, 管海鳳, 韓穎 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所