[发明专利]一种“D形”潜热蓄热构件

说明书

技术领域

本发明涉及热能回收、储存系统中的蓄热构件，具体涉及一种“D形”潜热蓄热构件。

背景技术

蓄热装置是余热回收、太阳能等可再生能源利用领域中非常重要的一项工具。其主要作用在于将工业上产生的各种不连续的废热以及太阳能这样随时间变化的间歇性能源在供能充足时将其储存起来，然后在需要的时候再释放出来以供用户使用。潜热蓄热装置因其单位体积的蓄热量大、蓄热过程中温度相对恒定、有不同温度段的装置可供选择等优点而受到关注。板式蓄热器（对应矩形的蓄热构件）因其结构简单、单位体积的蓄热量大等优点受到广泛的研究和应用。但是，对于这种由矩形蓄热构件构成的板式蓄热器，存在一个共同的缺点，那就是在相变材料选定，运行工况一定的情况下，因大多数相变材料具有较低的导热系数，存在换热死角，使整个蓄热装置的换热性能低下，从而导致相变蓄热装置无法快速地进行热量的储存或释放，成为制约其发展和应用的主要因素，因此，对该类相变蓄热器换热过程的强化无疑具有重要的意义。

通常，相变过程中换热的强化分为两大类：一类是蓄热（融化）过程的强化，如工业上余热等热能的回收，这类热源的一个共同点是具有极大的不稳定性，设法在最短的时间内储存最多的热能是此类问题的核心。另一类是放热（凝固）过程的强化，如太阳能之类的热源，其特点是在相对较长的一段时间内有稳定的发热量，增加蓄热过程中放热的次数是解决问题的关键。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明的目的在于，通过对现有矩形蓄热装置结构的优化，提供一种高效的“D形”潜热蓄热构件，该“D形”潜热蓄热构件通过对相变材料分布位置的改变，增强了对流换热的强度，改善了装置内的竖向温度分布，最终有效地消除了传统矩形蓄热构件内蓄热过程中出现的换热死角，缩短了蓄热时间，增大了单位时间的蓄热量。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种“D形”潜热蓄热构件，包括一个加热壁面和两个竖向壁面，该构件还包括一个曲线形外壁，加热壁面的两端与曲线形外壁的两端相接，两个竖向壁面设置在加热壁面和曲线形外壁的两侧，形成一个壳体，在曲线形外壁面上设置有相变材料填充管，壳体内填充有相变材料，壳体内通过相变材料填充管填充有相变材料，所述的相变材料填充管在向壳体内填充满相变材料后密封；

所述的曲线形外壁的外形轮廓曲线延逆时针方向旋转90度后得到的曲线满足Peak Functions函数中Asym2Sig曲线的分布样式。

本发明还具有如下技术特征：

所述的Asym2Sig曲线的函数式为：

y＝y₀+A(1/(1+exp(-(x-x_c+w₁/2)/w₂)))(1-1/(1+exp(-(x-x_c+w₁/2)/w₃)))

式中：y₀＝-23.2，x_c＝8.3，A＝34.8，w₁＝46，w₂＝18.6，w₃＝0.5。

所述的加热壁面由导热系数高的铜板制成。

所述的曲线形外壁和竖向壁面均采用不锈钢板制成。

所述的曲线形外壁和竖向壁面外均设置有一层保温层。

本发明与现有技术相比，具有如下有益的技术效果：

本发明的潜热蓄热构件，由于其形状改变了相变材料的分布位置，在融化过程中温度较高，融化速率较快的位置分布较多的固态相变材料，在温度偏低，融化速率较慢的地方则布置相对较少的固态相变材料，从而使更多的固态相变材料可直接与高温的液相相变材料接触换热，缓解了大量高温液相相变材料积聚在容器顶部的现象，使壳体内竖向的温度分布更加均匀。

本发明的潜热蓄热构件还有效地消除了融化过程中存在于传统矩形构件底部处的换热死角。

本发明的潜热蓄热构件更利于自然对流的作用，有效地增强了融化过程中对流换热的强度，最终使固态相变材料的融化速率得到提升，蓄热时间变短，单位时间的蓄热量增加。

附图说明

图1是“D形”潜热蓄热构件的主视结构示意图。

图2是“D形”潜热蓄热构件的左视结构示意图。

图3是“D形”潜热蓄热构件内相变材料融化过程中的相界面变化图。

图4是“D形”潜热蓄热构件内相变材料融化过程中的温度场分布图。

图5是矩形潜热蓄热构件内相变材料融化过程中的相界面变化图。