新型速冷杯设计与实验研究

任宇鑫 杨姣琳 李宇光

南京理工大学能源与动力工程学院

在日常生活中，自 然冷却很难快速降低热水温度以满足人们的用水需求，并 造成能量浪费。研究者对小型换热器强化换热技术的广泛研究表明通过设置扰流件[1]和 翅片[2]，利 用相变材料[3-4]和泡沫金属[5-6]等可达到强化换热的目的。基于以上，本 文提出一种新型速冷杯，将 相变材料填充至空心不锈钢换热棒中经换热棒壁从热水中吸热产生相变，并 通过内置泡沫金属增强相变材料内部导热。换热棒外部设置翅片，并 通过马达带动换热棒旋转增加流体扰动从而进一步提高换热效率，最 终实现热量从高温热水到相变材料的快速转移及贮存。通过实验研究相变材料种类、泡 沫金属，马 达转速、热 水体积等对速冷杯冷却性能的影响情况，获 得性能优化结果。

1 新型速冷杯设计与实验研究

1.1 新型速冷杯设计

新型速冷杯设计将金属换热棒置于速冷杯中心，并在其中填充相变材料，利 用相变材料储热特性对杯内高温流体进行降温，并 通过加装泡沫金属增强相变材料内部导热。除此之外，金属棒外壁布置有螺旋翅片增加换热面积，并 利用电动马达带动金属棒旋转加强流体扰动从而达到强化换热的目的。新型速冷杯主要由杯身和换热棒组成，其 剖面示意图如图1 所示，螺旋翅片换热棒结构和具体结构参数如图2 所示。

图1 新型速冷杯剖面示意图

图2 螺旋翅片换热棒结构示意图