[发明专利]一种复合相变材料回热器

说明书

本发明提供了一种复合相变材料回热器，包括储热体和设置在储热体外部的保温材料层，其特征在于，所述储热体包括包覆材料层和填充在包覆材料层内部的相变材料层，所述储热体上下两端分别设有隔热材料层和支撑材料层，所述有隔热材料层、支撑材料层和保温材料层依次从内至外设置，所述储热体两侧外部设有丝网，所述储热体之间的间隔处形成流体通道。该回热器解决了降低回热损失和降低轴向流动阻力损失不可兼得的问题，提高回热器的性能。

技术领域

本发明及热能回收利用领域技术领域，尤其涉及一种复合相变材料回热器。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础。人类历史上经历的三次工业革命，第一、第二次工业革命是以人类大规模利用能源和利用能源方式的改进为标志。第三次工业革命，也是以第一、第二次工业革命建立的工业化基础之上进行的。人类社会的工业化进程，消耗了和消耗着地球上大量的资源，改变了人类赖以生存的生态环境。大气污染、水污染、土壤污染等，给人类社会带来了前所未有的压力。因此，能源资源开发及利用和减少能源污染已经成为了刻不容缓的大事，也是摆在科学家面前的重要课题。

在工业领域，余热回收再利用是提高能源利用效率最有效的途径之一。回热器就是余热回收再利用的关键设备。因此，回热器的性能直接影响能源综合利用的效率。

回热器存在三大主要损失，按损失值大小依次为回热损失、轴向流动阻力损失和轴向导热损失。

回热器回热效率的物理意义是回热器实际换热量与最大可能换热量之比，是衡量回热器性能的重要指标，假设流经回热器的工质物性为常数，回热效率可根据下式计算：

式中，T₁、T₂分别为热吹期热流体进、出口温度，T₃、T₄分别为冷吹期冷流体进、出口温度。

根据工质与回热器材料之间的能量守恒，有：

或，

式中，为热吹期或冷吹期流经回热器的工质平均质量流量，c_p，g为工质的平均热容；m为回热器的质量，c_p，s为回热器材料的热容。约等于热吹期和冷吹期之间回热材料的温差。由(2)式，热吹期和冷吹期回热材料的温差与回热器材料质量固定情况下，回热器材料的热容越大，右侧数值越大。对固定的工质，式(2)左侧T₁-T₂的差越大。再根据式(1)，热吹期进口工质温度固定和冷吹期工质出口温度确定情况下，热吹期温差T₁-T₂或冷吹期温差T₄-T₃的值越大，回热器的回热效率越高。

根据欧根公式，堆积床多孔介质的流阻可以用如下公式计算，

式中，Δ_p为流动阻力、D_p为堆积床多孔介质的特征尺度、ε为孔隙率、μ为流体粘度、L为堆积床厚度、u为流体流经堆积床多孔介质的表观速度、ρ为流经堆积床多孔介质的流体密度。

根据公式(4)，显然有孔隙率越高，即ε越大，Δp越小。孔隙率和流阻关系的规律符合所有结构形式的多孔介质。因此，为了降低回热器的轴向流动阻力损失，回热器材料多采用高孔隙率的多孔介质。然而，提高孔隙率ε，降低了流阻损失，但是也同时降低了公式(2)、(3)的右边项，进而降低公式(2)、(3)的左边项的差值。

因此，就回热器性能来说，降低回热损失和降低轴向流动阻力损失是一对矛盾。现有的回热器结构，比如金属丝网回热器、平板型回热器、蜂窝陶瓷回热器、多孔纤维型回热器、针束型回热器、泡沫陶瓷回热器和堆积床回热器，均未能有效解决这对矛盾。