诺丁汉大学在热管的热能存储

应用方面取得新进展

文章信息

技术领域：热管的热能存储应用

开发单位：诺丁汉大学 Thomas C. Werner

技术突破：探究了一种以水为流动工质的铜/镍合金热管在280 °C以上的性能，并获得了沸腾极限、热阻和等效热导率等参数。

文章名称：Thomas C. Werner, Experimental analysis of a high temperature water heat pipe for thermal storage applications, Thermal Science and Engineering Progress, 2020.

应用价值：可用于指导中高温水热管的设计。

热管是具有高导热系数的结构，其显著优势是重量轻、可靠性高、易维护、使用寿命长。目前，跨越300 °C至500 °C温度范围的热管仍处于研发阶段。初步结果表明，在预计的毛细管和沸腾极限范围内，Cu / Ni-水热管在最高300 °C的温度下可以完全发挥作用，但是，需要进一步探索这些热管在高于280 °C的温度时毛细管和沸腾极限并量化其性能，这是本研究的重点。同时，本研究旨在证明新测试设备的功能能够满足最高350 °C的冷凝温度。水热管被用于试验，以验证和量化热管应用于热能存储的功能。该试验设备将来还可用于测试新型中温热管流体。基于本研究开发的热管正在进行寿命测试，以证实其长期功能。

该研究成功地提出了一种通过对输出功率和热阻进行分析来确定高温水蒸气的功率极限（在本例中为沸腾极限）的实验方法。事实证明，如果冷凝温度保持在300 °C以下，则在280 °C以上的温度将水填充铜合金热管用于蓄热应用是有效的。沸腾极限在1.1E-7和0.6E-7的最大成核半径之间。热阻值可以提供达到沸腾极限的替代指标，其中过渡区不太明显。已经通过实验计算出了沸腾极限高于280 °C的铜合金/水热管的等效热导率值。在蒸气温度高于250 °C时，热阻显著增加。

图1 实验装置示意图（前缀“ E”，“ A”和“ C”分别表示位于蒸发段，绝热段和冷凝段的热电偶）

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北京工业大学在热管的冰蓄冷

应用方面取得新进展

文章信息

技术领域：热管的冰蓄冷应用

开发单位：北京工业大学 全贞花

技术突破：使用微型热管阵列的冰蓄冷设备可以获得199.7 1/m的每单位体积水的热交换面积和113.65 kJ/kg的能量存储密度，相比循环热管的冷能存储功率高53.0％以上，储能密度和蓄冰率分别高51.8％和51.1％。

文章名称：Zichu Liu, Zhenhua Quan. Experimental research on the performance of ice thermal energy storage device based on micro heat pipe arrays, Applied Thermal Engineering, 2020.

应用价值：提出的微型热管阵列的冰蓄冷设备可以用于解决冰蓄冷的技术壁垒，包括水的导热系数低，热分层现象和经济性差等的问题。

冰蓄冷（ITES）和冷冻水存储是最常用的冷能存储类型，相比于冷冻水存储，冰蓄冷因为具有优越的能量存储密度和几乎等温的相变过程，可以减小设备的尺寸。因此，近年来冰蓄冷受到了广泛关注。然而冰蓄冷依然有许多尚未解决的技术问题，包括水的导热系数低，热分层现象和经济性差，这限制了该技术的进一步发展。为了克服这些限制，人们推荐使用热管这一优良的传热元件。与传统方法相比，在没有输入功率的情况下，通过连续的蒸发冷凝，大量的热可以在相当长的距离内通过较小的横截面传递。优化冰蓄冷装置的结构是解决这些问题最经济，最合理的方法之一。

来自北京工业大学的科研人员开发了使用微型热管阵列作为增强型传热元件的冰蓄冷设备。对所提出的装置进行了实验研究，以分析在不同入口温度和传热流体的体积流量下的冷能存储和释放特性。结果表明，所提出的装置显示出优异的传热性能，在固化和熔化过程中微型热管阵列的最大温差分别小于1.2 ºC和1.5 ºC。使用微型热管阵列的设备每单位体积水的热交换面积和能量存储密度分别为199.7 1/m和113.65 kJ/kg。此外，研究人员比较了使用微型热管阵列和循环热管的冰储冷装置的性能。前者单根热管的冷能存储功率比后者高53.0％以上，即使其体积流量小于后者，前者的储能密度和蓄冰率仍分别高于后者51.8％和51.1％。这是由于前者的高导热性能，以及其表面更有利于通过增加散热片来强化传热。

图2 微型热管阵列冰蓄冷装置结构图: (a) 微型热管阵列冰蓄冷装置, (b) 微型热管阵列, (c) 封闭矩形翅片, (d) 多通道扁管