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太阳能热泵相变蓄热器的研究进展
由于相变材料的传热系数通常较低,且在相变过程中伴有体积变化。因此, 合理地设计相变蓄热器是相变蓄热系统中的一个重要组成部分,各国的研究者们 尝试设计了各种类型的蓄能换热器。 1、相变蓄能材料/水换热器
相变蓄能换热器的形式主要有壳管式和矩形式,绝大多数的相变蓄能换热器的 换热介质为水,对于采用这种介质蓄能的换热器研究起源较早,直到今天仍然有很 多学者在不断的研发新型的相变蓄能材料/水换热器,并对其换热特性、传热机理 等进行不断的深入研究,以期早日实现工程应用。
在国外, 2000 年,Mehmet 对圆柱形蓄热装置进行了理论分析,并采用焓法对相 变蓄热单元的瞬时过程作了分析,指出相变材料、圆柱体的半径、流体的流量、 入口温度等蓄热装置的运行效率均有影响。2002 年, Giovanni 对平板型相变材料 在固液变化过程中热传递进行了数值和实验研究,实验结果和模拟值相吻合 Kamal A. R.
在国内,张寅平等对相变蓄能技术进行了深入研究,在理论探索和实验研究方
。
面都取得了丰硕的成果。2002 年,陈颖等提出了圆柱形相变蓄热器的结构,通过传 热分析和实验研究,总结出放热性能变化规律,得出了满足工程精度的实验准则 式。2003 年,杨启容等通过建立与实际相似的加肋同心套管式潜热蓄热器模拟实 验台,对潜热蓄热器内通流体时的充热、放热过程进行了实验研究,得出了流体的 出口温度、充热量和放热量随时间的变化规律
。2005 年,马贵阳等研制开发了
在低谷用电时段储存电能、在用电高峰时放热的相变蓄热装置,装置中加装了强 化传热的导热翅片和放热的换热盘管。通过对不同出水流量下时放热过程中的
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热工参数测试结果分析可知,导热翅片起到很好的强化传热作用。
王增义等研制了热管式相变蓄热换热器,采用石蜡作为蓄热材料,对其储、放
能过程即内部石蜡的融化与凝固过程进行了实验研究,结果表明,热管在该换热器 内极好地发挥了换热元件的作用,换热器运行状况良好,各项功能均能较好地实 现。2007 年,朱孝钦等研究了一种以传统的管壳式换热器作为结构基础,管内充填 相变材料 CaCl2. 6H2O 的新型换热器的储热性能 。 2、相变蓄能材料/制冷剂换热器
采用制冷剂作为换热介质,与相变蓄能材料间进行直接换热的蓄能换热器是近 几年才开始研究的,其省略了传统的中间换热环节,故换热效率有所提高。 2007 年, FuqiaoWang 等在制冷系统中采用制冷剂作为换热介质的相变蓄热器, 将其作为系统中的预冷凝器,系统 COP 可以提高 6% ,随后又通过数值模拟研究了 将相变蓄热器设置于系统不同位置时的不同效果。吕磊磊等介绍了一种应用于 空调系统冷凝热回收的复合相变蓄热器。这种复合相变蓄器是一种片管式换热 器外套蓄热箱体,在高温制冷剂管外侧加装翅片,相变材料在壳体与翅片管间储存, 冷、热流体分别在管内流动,具有管壳式和翅片管式换热器各自的优点,利用相变 材料放出潜热提高供水温度,不需用热水时,压缩机不必停机,而是加热融化相变材 料,以储存热量 。
综上所述,我们可以看出太阳能热泵一直是利用可再生能源的有效途径,太阳
能蓄能热泵的研究更是国内外的热点研究课题。近年来,随着相变蓄能材料研究 的进步、相变蓄热器强化换热研究的深入,相变潜热蓄热吸引了各国学者越来越 多的关注。但是,相比而言,国内的研究仍落后于国外,其研究主要依靠对国外技术 的引进、吸收,缺乏创新。因此,未来的研究应力争在系统上突出新, 在技术上突 出用, 在目标上突出远。
目前的太阳能热泵蓄能技术,其蓄能设备基本上是机械地连接在系统上,尤其
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是在蓄能装置在冬季蓄热,夏季蓄冷两工况下均使用的时候,这就在太阳能热泵系 统中增加了换热环节,降低了换效率,导致系统的复杂、成本的提高,控制的复杂。 在某种程度上,使推广与应用变得缓慢。因此,通过系统集成创新,构建高度简化、 造价便宜、用能合理的太阳能热泵集成系统才是解决问题的途径。但是,由于太 阳能热泵应用的成本偏高,规模偏小,如何突破核心关键技术,推动太阳能热泵技术 领域相关设备的生产与发展,提高太阳能利用领域的集成创新能力,仍是期待解决 的问题。 其它相关文章： 展
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