[实用新型]一种填充有泡沫金属骨架的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，尤其涉及一种填充有泡沫金属骨架的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769℃的80.5LiF-19.5CaF₂的相变材料，但上述氟盐材料存在两大缺陷，一是导热性能较差，二是固液相密度差大，相变过程中会发生较大的体积变化，形成空穴，空穴热阻很大，会恶化相变蓄热材料的传热进而影响蓄热容器的使用寿命。因此，提高氟盐类相变蓄热材料的导热性能和限制空穴恶化相变蓄热材料传热的影响是提高蓄热器热性能的关键。

泡沫金属具有独特的多孔结构和优异性能，在相变蓄热材料中加入泡沫金属骨架后，相变蓄热材料被分散成小颗粒储藏在泡沫金属孔隙中，金属骨架起到强化传热作用，能显著提高相变蓄热材料的导热性能;而相变蓄热材料中的空穴也因为毛细作用分散在孔隙中，避免了因空穴集中而产生的局部热阻和热应力。因此，在相变材料蓄热换热单元中填充泡沫金属能够强化相变材料的导热性能，同时还能够相提高相变材料的蓄热性能。

发明内容

本实用新型提供一种结构简单、性能优良的填充有泡沫金属骨架的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：

一种填充有泡沫金属骨架的相变材料蓄热换热单元管，它具有中心管，中心管上焊接套装有多个分离的环形容器，环形容器内部充装有泡沫金属骨架材料和相变材料，所述的泡沫金属骨架材料为泡沫金属Ni或泡沫金属Cu，所述的环形容器内部充装熔点为769℃的80.5LiF-19.5CaF₂的相变材料。

本实用新型具有结构紧凑、传热效率高的特点，对于空间应用的太阳能热动力发电系统，由于蓄热换热单元管中蓄热相变材料填充了泡沫金属骨架，通过其多孔结构提供毛细力有效改善了空穴分布，解决了“热斑”“热松脱”现象对于蓄热容器热效率和可靠性的影响，提高了蓄热效率，可以加大蓄热容器尺寸以减少容器数量，容器数量的减少还相应减小了吸热蓄热器壳体的尺寸和质量，从而提高了蓄热装置的可靠性，延长了蓄热装置的使用寿命。对于提高吸热蓄热器可靠性，缩减其尺寸和质量的意义十分重大。

附图说明

图1是本实用新型蓄热换热单元管的结构示意图。

图2是本实用新型环形容器的结构示意图。

图中，1-蓄热换热单元管中心管，2–环形容器，3-环形容器上盖，4-泡沫金属骨架，5-环形容器筒体。 

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，填充有泡沫金属骨架的相变材料蓄热换热单元管由中心管（1）和环形容器（2）组成，中心管（1）上焊接套装有多个分离的环形容器（2）。如图2所示环形容器（2）由上盖（3）和筒体（5）组成，筒体（5）内部充装有泡沫金属骨架材料（4）和相变材料，泡沫金属骨架材料（4）为泡沫金属Ni或泡沫金属Cu，环形容器（2）内部充装熔点为769℃的80.5LiF-19.5CaF₂的相变材料，其实施过程如下：准备好泡沫金属骨架材料4，并按一定量放入到环形容器2的筒体5内，将粉状的80.5LiF-19.5CaF₂拌匀，放入真空加热炉中加热除气除水使其呈熔融状态，同时将盛放泡沫金属骨架材料的筒体5一同放入炉内加热，加热一定时间后，将呈熔融状态的80.5LiF-19.5CaF₂倒入盛放泡沫金属骨架材料的筒体5内，在真空加热炉中进行复合，控制复合温度，复合一定时间后，在真空中冷却到一定温度后取出，将上盖3和筒体5焊接封装，得到环形容器，最后将多个环形容器依次焊接套装在中心管1既得成品。