[实用新型]一种组合式相变材料蓄热换热单元管

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种能源存储与释放装置，尤其涉及一种组合式相变材料蓄热换热单元管。

背景技术

空间站太阳能热动力发电系统利用抛物型的聚能器截取太阳能，并将其聚集到吸热/蓄热器的圆柱形腔内，被吸收转换成热能，其中一部分热能传递给循环工质以驱动热机发电，另一部分热量则被封装在蓄热换热单元管中的多个环形容器内，环形容器内的相变蓄热材料通过熔化而吸收储存起来。在轨道阴影期，相变蓄热材料在相变点附近凝固释热，充当热机热源来加热循环工质，使得空间站处于阴影期时仍能连续工作发电。

现有吸热/蓄热器结构中，23根蓄热换热单元管平行均匀分布在圆柱形吸热腔内壁，由24个蓄热容器单元焊接套装在蓄热换热单元管管外。蓄热单元为一个个分离的环形容器，内部充装熔点为1042K的80.5LiF-19.5CaF2的单一的相变材料。

由于蓄热换热单元管在轴线方向外壁太阳入射热流的不同以及内壁工质温度的不同，造成各蓄热单元的熔化率有很大不同，在轨道周期内部分容器的相变蓄热材料熔化率变化很小。这样造成了潜热蓄热能力的浪费，增加了系统质量，也造成了工质出口温度的较大波动。

发明内容

本实用新型提供一种结构简单、加工方便、性能优良的组合式相变材料蓄热换热单元管。为此，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型主要包括中心管，中心管上焊接套装有24个蓄热换热单元，所述蓄热换热单元为分离的环形容器，环形容器内部充装有相变材料。所述的24个蓄热单元中从左侧到右侧每8个环形容器为一段，每段采用相同熔点的相变材料，相变材料依次为NaF-60KF、80.5LiF-19.5CaF₂、KF-15CaF₂。

本实用新型具有结构紧凑、加工方便、传热效率高的特点，蓄热换热单元管中蓄热相变材料的相变温度是根据太阳辐射热流的不同而选取的，能够保证所有蓄热材料同时熔化，利用3种相变温度的相变材料取代单一相变温度的相变材料，从而形成变温组合的相变储能系统，不仅能加快储能、放能速度，而且热利用效率明显提高。这对于储热或放热时间有严格要求的空间太阳能蓄热系统有重要意义。与单一相变温度的相变材料换热单元管分析对比，采用三段式组合相变蓄热材料换热单元管对吸热器的热性能有明显改善，提高了阴影期工质出口温度，有利于提高系统的效率；降低了工质的最高温度，有利于提高换热单元管的可靠性；降低了吸热器出口温度的波动，提高了相变蓄热材料潜热的利用率，有利于减小系统质量。 

附图说明

图1是本实用新型的吸热/蓄热器的圆柱形结构示意图。

图2是本实用新型一种组合式相变材料蓄热换热单元管的结构示意图。

图中，1-组合式相变材料蓄热换热单元管，2-工质流体入口管，3-工质流体出口管，4-入口环形总管，5-出口环形总管，6-吸热/蓄热器的圆柱形腔体，7–蓄热换热单元管第一段，8-蓄热换热单元管第二段，9-蓄热换热单元管第三段。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步地描述。如图1所示，其结构包括圆柱形腔体6、蓄热换热单元管1、工质流体入口管2、工质流体出口管3、入口环形总管4及出口环形总管5。如图2所示，蓄热换热单元管中第一段7中环形容器内盛放相变材料为NaF-60KF、第二段8中环形容器内盛放相变材料为80.5LiF-19.5CaF₂、第三段9中环形容器内盛放相变材料为KF-15CaF₂。

当吸热/蓄热器工作时，日照期进入吸热/蓄热器腔体6内的太阳热流辐射一部分热能传递给循环工质，循环工质经工质流体入口管2流入入口环形总管4被分配到各蓄热换热单元管1，循环工质温度提高后，汇集到出口环形总管5，经工质流体出口管3流入涡轮机膨胀做功，以驱动热机发电；另一部分热能加热蓄热换热单元管1的环形容器外表面，使其内的相变蓄热材料熔化，环形容器内的相变蓄热材料吸热由固态转变为液态将热能储存起来。在轨道阴影期，相变蓄热材料在相变点附近凝固释热，充当热机热源来加热循环工质，使得空间站处于阴影期时仍能连续工作发电。