一种相变蓄冷装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及的是热交换管理领域,尤其是一种相变蓄冷装置。
【背景技术】
[0002] 热管理技术的研宄关注点在于解决"取热回路"中高热流密度下热量从热源到冷 却工质间的传递过程,而对于"释热回路"以及如何降低热管理系统体积、重量和功耗尚未 引起足够的重视。随着固体激光器朝着长时间、更高功率的方向发展,如果仍然采用传统的 微通道实时水冷方式,热管理系统的体积、重量及功耗将极其庞大,极大的限制了大功率固 体激光器的应用领域。
[0003] 相变蓄冷是通过相变材料相变把冷量储存起来,在需要时通过相变把冷量释放出 来的方法。相变储能系统在太阳能利用、建筑节能、蓄冷空调及高能激光器中有着广泛的应 用。
[0004] 2003年曹建光等人开展了泡沫铝在相变储能装置中的应用研宄,获得了基于泡沫 铝强化传热的部分相变储能规律,但该技术尚未见应用。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的,就是针对现有技术所存在的不足,而提供一种相变蓄冷装置 的技术方案,该方案利用释热回路、取热回路和相变材料进行热交换,无需采用额外能源, 整体装置体积较小,能耗较低。
[0006] 本方案是通过如下技术措施来实现的:一种相变蓄冷装置,包括有设置在封装壳 体内的取热冷板、释热冷板、骨架材料、相变材料和隔热材料;取热冷板和释热冷板之间设 置有骨架材料;骨架材料与释热冷板和取热冷板采用层式堆叠交错设置;骨架材料内填充 有相变材料;封装壳体的内壁上设置有隔热材料;取热冷板内设置有取热回路;释热冷板 内设置有释热回路;取热回路中设置有取热载冷剂;释热回路中设置有释热载冷剂;封装 壳体顶部设置有排气孔和相变材料加注口。
[0007] 作为本方案的优选:取热回路一端设置在取热冷板内,另一端设置在热源区域内; 释热回路一端设置在释热冷板内,另一端设置在外部制冷设备内。
[0008] 作为本方案的优选:骨架材料的形状为块状多孔蜂窝形;骨架材料的材质为多孔 泡沫石墨;骨架材料导热系数为l〇〇w/m . K~300w/m . K ;骨架材料有效孔隙率为0. 2~ 0· 8〇
[0009] 作为本方案的优选:取热冷板和释热冷板通过导热胶粘贴在骨架材料上。
[0010] 作为本方案的优选:相变材料能够发生固液相变;相变材料相变潜热大于IOOkJ/ kg 〇
[0011] 作为本方案的优选:导热胶的导热系数大于3W/m . K。
[0012] 作为本方案的优选:相变材料的需要量根据公式--计算,其中Q为单次蓄冷量, L Δ H为相变材料相变潜热。
[0013] 作为本方案的优选:骨架材料的需要量根据公式
计算,其中Q为单次蓄冷 量,ε为有效孔隙率,Λ H为相变材料相变潜热。
[0014] 作为本方案的优选:相变材料以液相状态加注进封装壳体中。
[0015] 作为本方案的优选:骨架材料为多孔泡沫石墨;相变材料为石蜡。
[0016] 本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知,由于在该方案中利用相变材料 的相变实现废热吸收,吸热过程不需动力能源,能耗低;利用相变材料的相变吸收热量,储 能密度高,装置体积规模小;通过多孔介质材料强化传热,单位时间储热量大,适用于高热 流密度负载散热;通过增加相变材料总量增加总吸热量,可适用不同热负荷的使用环境,应 用范围广。
[0017] 由此可见,本实用新型与现有技术相比,具有突出的实质性特点和显著地进步,其 实施的有益效果也是显而易见的。
【附图说明】
[0018] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0019] 图2为取热冷板和释热冷板的换热原理示意图。
[0020] 图中,1为相变材料加注口,2为排气口,3封装壳体,4为隔热材料,5为取热冷板, 6为骨架材料,7为释热冷板,8为取热回路,9为释热回路,10为热源区域,11为外部制冷装 置。
【具体实施方式】
[0021] 本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥 的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
[0022] 本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征,除非特别叙 述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0023] 实施例1
[0024] 本实用新型包括有设置在封装壳体内的取热冷板、释热冷板、骨架材料、相变材 料和隔热材料;取热冷板和释热冷板之间设置有骨架材料;骨架材料与释热冷板和取热冷 板采用层式堆叠交错设置;骨架材料内填充有相变材料;封装壳体的内壁上设置有隔热材 料;取热冷板内设置有取热回路;释热冷板内设置有释热回路;取热回路中设置有取热载 冷剂;释热回路中设置有释热载冷剂;封装壳体顶部设置有排气孔和相变材料加注口。
[0025] 取热载冷剂吸收热源热量后,通过循环回路进入取热冷板,取热载冷剂在取热回 路内对流换热,热量经取热冷板、导热胶、骨架材料传递至相变材料,相变材料吸热发生固 液相变,部分或全部由固态融化为液态;释热载冷剂在释热回路内对流换热,相变材料吸收 的热量经骨架材料、导热胶、释热冷板传递至释热载冷剂,释热载冷剂通过循环回路将热量 传递至外围制冷设备,相变材料释热发生液固相变,部分或全部由液态固化为固态。
[0026] 骨架材料为Poco Foam泡沫石墨,层间导热系数为135w/m . Κ,开孔率75%,有效 孔隙率为95%,尺寸为208mmX 104mmX21mm,层数8层。
[0027] 导热胶为高导热银胶,导热系数为55w/m . K。
[0028] 取热冷板为铜板,层数为4层,取热回路截面为矩形,尺寸为4_X4mm,取热回路 中心距为8mm。
[0029] 释热冷板为铜板,层数为3层,释热回路截面为矩形,尺寸为6mmX 6mm,释热回路 中心距为12_,释
热冷板通过接口管道与释热回路连接。
[0030] 相变材料为正十四烷,填充量2. 4L,膨胀空间占蓄冷器总有效体积10%,单次蓄 冷量480kJ。
[0031] 蓄冷器初始状态相变材料为全固相,取热回路加载热负荷10. 64kW,取热载冷剂 为水,流量为310L/h,相变材料液固相变时间27s,入口平均水温48. 56°C,出口平均水温 18. 99°C,总换热系数为 2500W/m2. K。
[0032] 释热回路连接制冷机,实测制冷功率300W,释热载冷剂为酒精,相变材料固液相变 时间30min。
[0033] 实施例2
[0034] 与实施例1基本相同,不同之处在于骨架材料尺寸为135mmX270mmX40mm,层数 为2层。
[0035] 取热冷板为铜板,层数为1层,取热回路截面为圆形,内径为6mm,取热回路中心距 为38mm,取热冷板通过接口管道与取热回路连接。
[0036] 释热冷板为铜板,层数为1层,释热回路截面为圆形,内径为6mm,释热回路中心距 为40mm,释热冷板通过接口管道与释热回路连接。
[0037] 相变材料为正十四烷,填充量2. 0L,膨胀空间占蓄冷器总有效体积18%,单次蓄 冷量400kJ。
[0038] 蓄冷器初始状态相变材料为全固相,取热回路加载热负荷800W,取热载冷剂为 水,流量为3. 4L/min,相变材料液固相变时间8min,入口平均水温22. 56°C,出口平均水温 17. 69°C,总换热系数为 2400W/m2 . K。
[0039] 释热回路连接制冷机,实测制冷功率200W,释热载冷剂为R134a,相变材料固液相 变时间40min。
[0040] 实施例3
[0041] 与实施例1基本相同,不同之处在于骨架材料为为HTC泡沫石墨,层间导热系数为 245w/m · K,开孔率61 %,有效孔隙率为95%,尺寸为152_X 194_X25_,层数为4层。
[0042] 取热冷板为铝板,层数为2层,取热回路截面为圆形,内径为6_,取热回路中心距 为38mm,取热冷板通过接口管道与连接取热回路。
[0043] 释热冷板为铝板,层数为2层,释热回路截面为圆形,内径为6_,释热回路中心距 为40mm,释热冷板通过接口管道与释热回路连接。
[0044] 相变材料为正十六烷,填充量I. 5L,膨胀空间占蓄冷器总有效体积15%,单次蓄 冷量320kJ。
[0045] 蓄冷器初始状态相变材料为全固相,取热回路加载热负荷600W,取热载冷剂为全 三乙胺,相变材料液固相变时间9min,入口平均温度22°C,出口平均温度18°C,总换热系数 2000ff/m 2 . Ko
[0046] 释热回路连接制冷机,制冷功率200W,释热载冷剂为R134a,相变材料固液相变时 间 30min。
[0047] 本实用新型并不局限于前述的【具体实施方式】。本实用新型扩展到任何在本说明 书中披露的新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组 合。
【主权项】
1. 一种相变蓄冷装置,其特征是:包括有设置在封装壳体内的取热冷板、释热冷板、 骨架材料、相变材料和隔热材料;所述取热冷板和释热冷板之间设置有骨架材料;所述骨 架材料与释热冷板和取热冷板采用层式堆叠交错设置;所述骨架材料内填充有相变材料; 所述封装壳体的内壁上设置有隔热材料;所述取热冷板内设置有取热回路;所述释热冷板 内设置有释热回路;所述取热回路中设置有取热载冷剂;所述释热回路中设置有释热载冷 剂;所述封装壳体顶部设置有排气孔和相变材料加注口。2. 根据权利要求1所述的一种相变蓄冷装置,其特征是:所述取热回路一端设置在取 热冷板内,另一端设置在热源区域内;所述释热回路一端设置在释热冷板内,另一端设置在 外部制冷设备内。3. 根据权利要求1所述的一种相变蓄冷装置,其特征是:所述骨架材料的形状为块状 多孔蜂窝形;所述骨架材料的材质为多孔泡沫石墨;所述骨架材料导热系数为l〇〇W/m. K~300w/m.K;所述骨架材料有效孔隙率为0. 2~0.8。4. 根据权利要求1所述的一种相变蓄冷装置,其特征是:所述取热冷板和释热冷板通 过导热胶粘贴在骨架材料上。5. 根据权利要求1所述的一种相变蓄冷装置,其特征是:所述相变材料能够发生固液 相变;所述相变材料相变潜热大于l〇〇kJ/kg。6. 根据权利要求4所述的一种相变蓄冷装置,其特征是:所述导热胶的导热系数大于 3ff/m.K〇7. 根据权利要求1所述的一种相变蓄冷装置,其特征是:所述相变材料的需要量根据8. 根据权利要求1所述的一种相变蓄冷装置,其特征是:所述骨架材料的需要量根据9. 根据权利要求1所述的一种相变蓄冷装置,其特征是:所述相变材料以液相状态加 注进封装壳体中。10. 根据权利要求1所述的一种相变蓄冷装置,其特征是:所述骨架材料为多孔泡沫石 墨;所述相变材料为石蜡。
【专利摘要】本实用新型提供了一种相变蓄冷装置的技术方案,该方案包括有设置在封装壳体内的取热冷板、释热冷板、骨架材料、相变材料和隔热材料;取热冷板和释热冷板之间设置有骨架材料;骨架材料与释热冷板和取热冷板采用层式堆叠交错设置;骨架材料内填充有相变材料;封装壳体的内壁上设置有隔热材料;取热冷板内设置有取热回路;释热冷板内设置有释热回路;取热回路中设置有取热载冷剂;释热回路中设置有释热载冷剂;封装壳体顶部设置有排气孔和相变材料加注口。该方案利用释热回路、取热回路和相变材料进行热交换,无需采用额外能源,整体装置体积较小,能耗较低。
【IPC分类】F28D20/02
【公开号】CN204694132
【申请号】CN201520344412
【发明人】范国滨, 张卫, 刘军, 王永振, 杨波, 柳丽卿, 蔡光明, 闫锋, 武德勇, 王姣, 谢秀芳, 李春领
【申请人】中国工程物理研究院应用电子学研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月26日