[发明专利]基于凝结传热的相变蓄热装置及其关键参数确定方法

说明书

本发明提出了一种基于对流换热的相变蓄热装置及其关键参数确定方法，装置包括冷凝套管与相变蓄热装置外壳；相变蓄热装置外壳上设有蒸汽入口、冷凝套管接口、溢流阀及冷凝液泵；蒸汽入口位于相变蓄热装置外壳的顶角处；冷凝液泵位于蒸汽入口相对的底角处；相变蓄热装置外壳内平行设有至少一组第一蒸汽通道板和第二蒸汽通道板；蒸汽通道板、蒸汽通道板和冷凝液液位将相变蓄热装置外壳内腔分隔成波浪形的多个蒸汽冷凝通道；多个冷凝套管通过冷凝套管接口穿插在相变蓄热装置外壳内；冷凝套管轴向平行于第一蒸汽通道板；每个蒸汽冷凝通道内的冷凝套管沿高度方向上呈波浪形布置。通过参数确定方法可获得相变蓄热装置最终设计，减轻了对散热能力的需求。

技术领域

本发明属于相变蓄热领域，特别是一种基于凝结传热的相变蓄热装置及其关键参数确定方法。

背景技术

对于大功率电子设备的散热问题，由于其表面的热流密度很高，可达100W/cm²～1000W/cm²，常应用微通道流动这一传热强化手段来提高表面传热能力，如专利号201910591725.5的微通道蒸发器。由于微通道中的流动阻力很大，为降低循环水泵设计要求，有必要提高单位体积制冷剂的散热量，而使输入的液态制冷剂沸腾是提高单位体积制冷剂散热量的一种常用手段。

电子设备的散热过程随工作状态改变而浮动较大，表现出峰值热载荷高，平均热载荷低的特点，有必要在电子设备的散热过程中采用蓄热技术，降低对散热能力的要求。由于相变蓄热方法具有蓄热密度大，相变过程温差小的优点，被认为是一种优秀的解决电子设备散热过程中蓄热问题的方法。

相变蓄热是利用材料在相变过程中，因其状态改变而在较小的温度区间内大量吸热(或放热)的一种蓄热技术，具有较高的蓄热密度。目前给出的相变蓄热装置中，如专利号201720508512.8的相变蓄热装置，仅考虑了液相制冷剂输入条件，无法匹配气液混合制冷剂输入时的蓄热需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于凝结传热的相变蓄热装置及其关键参数确定方法，以实现在低换热温差条件下，利用凝结传热方法及相变蓄热特性，将输入的大输入功率、短持续时间、长输入间隔的热流暂存于装置内并转换为低输入功率、长持续时间、连续输入的热流的目的。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于凝结传热的相变蓄热装置，包括冷凝套管与相变蓄热装置外壳；

所述冷凝套管包括内换热管、中间层及外换热管；所述内换热管与外换热管同轴布置；所述向内换热管与外换热管间填充相变蓄热材料作为中间层；

所述相变蓄热装置外壳上设有蒸汽入口、冷凝套管接口、溢流阀及冷凝液泵；所述蒸汽入口位于相变蓄热装置外壳的顶角处；冷凝液泵位于蒸汽入口相对的底角处；所述相变蓄热装置外壳内平行间隔的设有至少一组第一蒸汽通道板和第二蒸汽通道板；所述第一蒸汽通道板上端与相变蓄热装置外壳上端内壁固连，下端与相变蓄热装置外壳上内的冷凝液控制液位的上控制液位设有距离；所述第二蒸汽通道板上端与相变蓄热装置外壳上端设有距离，下端不高于冷凝液控制液位的下控制液位；所述第一蒸汽通道板、第二蒸汽通道板两侧均与相变蓄热装置外壳两侧内壁固连；所述溢流阀高于冷凝液控制液位上控制液位且低于第一蒸汽通道板下端；所述冷凝液泵高于第二蒸汽通道板下端，且低于冷凝液控制液位的上控制液位；所述第一蒸汽通道板、第二蒸汽通道板和冷凝液液位将相变蓄热装置外壳内腔分隔成波浪形的多个蒸汽冷凝通道；多个冷凝套管通过冷凝套管接口穿插在相变蓄热装置外壳内；冷凝套管轴向平行于第一蒸汽通道板；每个蒸汽冷凝通道内的冷凝套管沿高度方向上呈波浪形布置。

一种相变蓄热装置的关键参数的确定方法，包括以下步骤：

步骤1、估算相变蓄热材料相变点及相变蓄热装置冷凝点；

步骤2、计算内换热管尺寸：内换热管壁厚t₁：