【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及蓄热器的，特别涉及一种螺旋梯级相变蓄热器。
技术介绍
1、为了平衡电网的供需(实现“移峰填谷”)以及对以风能、太阳能为代表的新能源进行消纳，储能技术的研究日益受到人们的关注。而在众多储能技术当中，储热技术由于其较低的建设、维护成本以及较高的环保性能，逐渐成为储能的主流技术之一。储热系统可分为三种形式，相比于显热储热和热化学储热，以梯级相变储热为代表的潜热储能系统由于其较高的储能密度以及相对简单的结构而受到学者们的重视。
2、合理的结构形式是梯级相变蓄热器的基础。间壁式蓄热器具有结构简单、有效容积大、工艺成熟等特点，是用于梯级相变蓄热器的主流结构形式之一。然而，间壁式蓄热器中相变材料的传热路径长，加剧了由相变材料导热性能低带来的传热性能亟需提升的挑战。
3、为了解决上述问题，学者们开发了许多方法(如新构型及其优化、添加导热增强剂以及相变微胶囊等)用于强化蓄热器传热性能。其中，新构型探索及其结构优化是最具挑战的强化技术之一。在此背景下，学者们针对间壁式蓄热器的结构设计和优化开展了许多研究。然而，当前相变蓄热器的结构仍存在体积-比表面积有限、传热的各向异性仍然明显等问题，同时，换热流体与相变材料之间仍存在一定的传热错配问题。这不仅阻碍了蓄热器充/放热性能的最大化，而且导致蓄热器内部的热应力集中，削弱其使用寿命。因此，开发新的蓄热器结构以进一步提高传热性能、优化热设计以及降低热应力集中度成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
4、经过数百万年的进化，自然生物已经发展出了各种高效的热质传
5、该蓄热器针对充/放热过程中传热性能较差的问题，通过借鉴鹦鹉螺的螺旋连接管和弧形隔膜结构，同时强化了换热流体的对流传热性能和相变材料内部的导热性能；针对热应力集中问题，该蓄热器通过借鉴鹦鹉螺的螺旋蜗壳结构，将热量更均匀地传递到蓄热器中，防止热应力的集中，提高了蓄热器的力学性能；针对蓄热器的热设计，本专利在仿生鹦鹉螺结构的基础上，利用换热流体螺旋流动时产生的离心力，将分液冷凝技术集成到蓄热器中，对气相和液相流体进行分区配置，实现高传热性能区域与高相变材料热阻区域的匹配，获得了更优的蓄热器热设计。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种螺旋梯级相变蓄热器创新构型，以在提高蓄热器传热性能的同时更均匀地分散热应力，并获得更优的蓄热器热设计。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种螺旋梯级相变蓄热器创新构型，包括多个依次交替层叠布置的分气单元和分液单元；所述分气单元包括第一外壳、以及沿螺旋状轨迹布置于所述第一外壳内的第一流体通道；所述第一外壳内填充有第一相变材料，所述第一相变材料包裹于所述第一流体通道外；所述第一流体通道内设有分气隔板，所述分气隔板在所述第一流体通道分隔形成有第一围蔽通道，所述第一围蔽通道的流通方向尽头为围蔽结构；所述分液单元包括第二外壳、以及沿螺旋状轨迹布置于所述第二外壳内的第二流体通道；所述第二外壳内填充有第二相变材料，所述第二相变材料包裹于所述第二流体通道外；所述第二流体通道内设有分液隔板，所述分液隔板在所述第二流体通道分隔形成有第二围蔽通道，所述第二围蔽通道的流通方向尽头为围蔽结构；多条所述第一流体通道和所述第二流体通道依次交替接通，所述第一流体通道和所述第二流体通道的流动方向相反；且多条所述第一围蔽通道分别与其下方相邻的所述第二流体通道接通，多条所述第二围蔽通道分别与其下方相邻的所述第一流体通道接通。
3、在其中一个实施例中，所述第一外壳内设有多个沿螺旋轨迹布置的第一腔室，多个所述第一腔室内均填充有所述第一相变材料，所述第一流体通道沿螺旋轨迹依次穿过多个所述第一腔室；所述第二外壳内设有多个沿螺旋轨迹布置的第二腔室，多个所述第二腔室内均填充有所述第二相变材料，所述第二流体通道沿螺旋轨迹依次穿过多个所述第二腔室。
4、在其中一个实施例中，相邻所述第一腔室之间设有第一金属翅片分隔，所述第一流体通道穿过多块所述第一金属翅片；相邻所述第二腔室之间设有第二金属翅片分隔，所述第二流体通道穿过多块所述第二金属翅片。
5、在其中一个实施例中，所述第一围蔽通道围纳的空间内设有分气孔，所述分气孔与其下方相邻的所述第二流体通道接通；所述第二围蔽通道围纳的空间内设有分液孔，所述分液孔与其下方相邻的所述第一流体通道接通。
6、在其中一个实施例中，所述分气单元与下方相邻所述分液单元之间设有分气端板，所述分气孔设于所述分气端板上；所述分液单元与下方相邻所述分气单元之间设有分液端板，所述分液孔设于所述分液端板上。
7、在其中一个实施例中，所述第一流体通道的输入端设于邻近所述第一外壳的外部处，所述第一流体通道的输出端设于邻近所述第一外壳的中部处；所述第二流体通道的输入端设于邻近所述第二外壳的中部处，所述第二流体通道的输出端设于邻近所述第二外壳的外部处；所述第二流体通道的输入端与其上方相邻所述第一流体通道的输出端接通，所述第二流体通道的输出端与其下方相邻所述第一流体通道的输入端接通。
8、在其中一个实施例中，所述第一围蔽通道靠近所述第一流体通道的内侧壁布置；所述第二围蔽通道靠近所述第二流体通道的外侧壁布置。
9、在其中一个实施例中，所述分气隔板为由长短板连接为l形的结构，所述分气隔板的长板以与所述第一流体通道流向轨迹一致的方式布置，所述分气隔板的短板与所述第一流体通道的侧壁连接；所述分液隔板为由长短板连接为l形的结构，所述分液隔板的长板以与所述第二流体通道流向轨迹一致的方式布置，所述分液隔板的短板与所述第二流体通道的侧壁连接。
10、在其中一个实施例中，所述第一相变材料和所述第二相变材料为固液有机相变材料或复合相变材料。
11、在其中一个实施例中，所述第一相变材料和所述第二相变材料为石蜡、赤藓糖醇或醋酸。
12、本专利技术的有益效果如下：
13、上述构型实质为仿生鹦鹉螺结构的板式相变蓄热器，其利用鹦鹉螺壳的结构特点，能够分别在传热性能、热应力以及热设计等3个方面获得有益效果：
14、1、针对传热性能，该蓄热器通过借鉴鹦鹉螺的螺旋连接管和弧形隔膜结构，设计了等角螺线换热流体通道和一系列的封闭翅片，同时强化了换热流体的对流传热性能和相变材料内部的导热性能，经过验证，相比于现有的优化方案，仿生鹦鹉螺结构的相变蓄热器充热功率提高45.6％；
15、2、针对热应力，该蓄热器通过借鉴鹦鹉螺的螺旋蜗壳结构，设计了螺旋板式储热单元壳体，将热量更均匀地传递到蓄热器中，经过验证，相比于现有的优化方案，仿生鹦鹉螺结构的相变蓄热器内相变材料温度均匀性提高19.97％，有效防止热应力的集中；
16、3、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种螺旋梯级相变蓄热器，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的螺旋梯级相变蓄热器，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的螺旋梯级相变蓄热器，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的螺旋梯级相变蓄热器，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的螺旋梯级相变蓄热器，其特征在于，
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【技术特征摘要】
1.一种螺旋梯级相变蓄热器，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的螺旋梯级相变蓄热器，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的螺旋梯级相变蓄热器，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的螺旋梯级相变蓄热器，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的螺旋梯级相变蓄热器，其特征在于，
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗向龙，夏扬凯，卢沛，梁颖宗，陈健勇，杨智，陈颖，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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