一種相變材料綜合利用系統的製作方法

2023-09-10 07:02:15 2

專利名稱：一種相變材料綜合利用系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種相變材料綜合利用系統，具體涉及利用相變材料消除室內餘熱及 對室內低品位熱量的回收利用的系統。
背景技術：
在我國，現有城鄉建築面積400多億平方米，95%左右都是高耗能建築。隨著人們 生活水平的提高，人們對室內環境的舒適度要求也愈來愈高，空調普及程度逐漸提高，建築 能耗的比重將進一步增加。因此，建築節能技術的開發與運用已成為當前的熱點問題之一。而相變材料，作為其中的代表，近年來越來越多的被研究與運用。由於相變材料具 有獨特的潛熱性能，可以對空調和採暖的負荷進行削峰和移峰，減少空調負荷，減少空調裝 機容量；降低夏季室內最高溫度，減少室內溫度的波動範圍，提高人體舒適度，從而可以緩 解電力供應緊張，降低建築能耗，同時減少其對環境所帶來的負面效應，因而具有廣闊的應 用前景。目前，相變材料在建築中的應用只限於儲能，而沒有考慮回收利用相變材料所吸 收熱量的問題。比如發明專利「一種輕質相變保溫牆體砌塊」(申請號200710160900. 2)， 其僅僅是利用牆體中的相變材料來對室內環境進行隔熱、保溫以及調解溫度，但並沒有進 一步利用相變材料所吸收的熱量。這樣就限制了相變材料的作用，沒有達到更加節能的目 的。另外，現有的相變牆體在緩減和減弱夏季室內溫度和熱量的程度有限，還需要用空調來 提供較多冷量以維持室內熱舒適度。比如名稱為「儲能牆」(申請號200520093050. 5)的 實用新型專利，其僅僅是通過相變材料把它吸收的室內環境的熱量儲存起來達到延遲室內 溫度最高值的時間和減弱室內溫度最高值的度數，但其延遲和減弱的程度較小，還需要空 調在一天大部分時間提供較多冷量，保證室內熱環境和維持室內熱舒適。另外，目前相變牆 體所使用的相變材料均為固-固相變材料或固-液相變材料，但這兩種相變材料的相變潛 熱較小，使用時吸收的熱量較少，這樣就大大限制了相變牆體的作用。比如實用新型專利 「一種含相變材料的保溫牆體材料」(申請號為200520047532. 7)以及上述「儲能牆」專利， 均是採用固-固相變材料或固-液相變材料，由於它們的相變潛熱較小，吸收的熱量較少， 從而造成相變牆體在實際的作用受到一定的限制。

發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在於提供一種可在供冷季節吸收室 內餘熱以維持室內熱舒適並可對這部分餘熱回收利用的以相變材料為基礎的綜合利用系 統。
本發明的技術方案是這樣實現的一種相變材料綜合利用系統，它包括一個容器， 在容器內設有相變材料，所述相變材料為氣液相變材料，容器置於建築物圍護結構內側；在 建築物圍護結構外側設有熱利用裝置，熱利用裝置上設有相變材料進口和相變材料出口 ； 相變材料進口和相變材料出口均高於容器進口和容器出口，容器出口通過管道與熱利用裝 置上相變材料進口連通，熱利用裝置上相變材料出口通過管道與容器進口連通。所述容器底部設有排汙管，排汙管上設有截止閥；在容器出口與熱利用裝置相變 材料進口之間的管道上設有單向閥。所述熱利用裝置主要由第一換熱器、高溫熱泵和熱水型溴化鋰吸收式製冷系統構 成，相變材料進口和相變材料出口設於第一換熱器上，第一換熱器的介質進出口通過管道 與高溫熱泵連接；高溫熱泵與熱水型溴化鋰吸收式製冷系統連接；熱水型溴化鋰吸收式制 冷系統冷量出口與供冷末端連接；熱水型溴化鋰吸收式製冷系統熱量出口與第二換熱器連 接用於加熱換熱介質。所述熱利用裝置還包括輔助熱源，輔助熱源與熱水型溴化鋰吸收式製冷系統連 接，用於向熱水型溴化鋰吸收式製冷系統提供熱源。所述熱利用裝置還包括第三換熱器，熱水型溴化鋰吸收式製冷系統冷量出口同時 與第三換熱器連接，第一換熱器上相變材料出口與第三換熱器上相變材料進口連接，第三 換熱器上相變材料出口通過管道連接容器進口。所述熱利用裝置為冷卻設備，冷卻設備與冷源連接。冷源可以是自然水、冷卻塔或 者其他天然的低品位的冷源。本發明在建築物圍護結構的內側設置含氣液相變材料的容器，然後用管道使相變 材料與熱利用裝置相連，形成一個由容器和熱利用裝置組成的環路。在供冷季節，當室內有 餘熱時，此時容器中液態相變材料開始與室內環境換熱，吸收室內環境的餘熱，維持室內環 境的熱舒適。液態相變材料吸熱汽化變成氣態；然後氣態相變材料經管道通向熱利用裝置， 與熱利用裝置進行換熱。氣態的相變材料釋放熱量直到冷凝變成液態，然後由於重力作用， 液態的相變材料再經管道流回容器，進行下次循環。在這個過程中，通過與氣態相變材料換 熱，熱利用裝置吸收相變材料放出的熱量，冷凝氣態相變材料或回收這部分低品位的熱量。 比如利用高溫熱泵把這部分熱量的品味提升用來驅動溴化鋰製冷系統進行製冷，同時也可 以利用一些天然冷源吸收這部分熱量進而對氣態相變材料進行冷凝等。這樣，就構成一個 相變材料由液態——氣態——液態的循環。通過這個循環，在供冷季節，室內環境的餘熱就 以相變材料為載體不斷的傳給熱利用裝置，從而很好的消除室內的餘熱，並可以充分利用 該部分低品位熱量。這樣，本系統在保證在供冷季節裡室內熱舒適性的前提下，充分節約能 源。本發明利用在建築物圍護結構內側設置含氣液相變材料的容器，在供冷季節，不 僅可以吸收室內的餘熱，減少室內溫度的波動和保證室內熱舒適，節約能源；而且還可以充 分利用相變材料所吸收的熱量，達到回收低品位熱量的目的。本發明不僅技術可行、結構簡 單、易於安裝、成本低，而且還具有回收利用低品位熱量、節約能源、便於現有建築改造等優 點ο


圖I-本發明結構示意圖。圖2-本發明實施例1結構示意圖。圖3-本發明實施例2結構示意圖。圖中，1-相變材料；2-容器；3-熱利用裝置；4-單向閥；5-截止閥；6_排汙管； 7-儲液箱；8-管道；9-第二換熱器；10-房間；11-第一換熱器；12-高溫熱泵；13-熱水型 溴化鋰吸收式製冷系統；14-輔助熱源；15-生活熱水；16-供冷末端；17-冷卻設備；18-自 然水；19-冷卻塔；20-其他天然的低品位的冷源；21-第三換熱器。圖中，箭頭a表示熱量的傳遞方向；箭頭b表示相變材料的傳遞方向；箭頭c表示 冷量的傳遞方向；箭頭d表示水的傳遞方向。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步說明。本發明利用氣液相變材料在一定壓力範圍內，一方面相變溫度具有穩定性，可以 吸收供冷季節裡室內的餘熱；另一方面相變材料本身的流動性，可以對這部分低品位熱量 回收利用。具體結構參見圖1，本發明相變材料綜合利用系統，包括一個容器2，在容器2內設 有相變材料1，所述相變材料1為氣液相變材料，容器2置於建築物圍護結構內側。這裡的 圍護結構包括牆體和屋頂。本系統容器2應具有氣密性好、導熱性能好、耐腐蝕、易於安裝 等特點，而氣液相變材料的選擇應保證其相變壓力接近大氣壓力時，其相變潛熱大，相變溫 度在人體舒適溫度範圍內。在建築物圍護結構外側設有熱利用裝置3，熱利用裝置3上設有 相變材料進口和相變材料出口。熱利用裝置3設有儲液器7，儲液器7的作用是使相變材料 氣液分離，同時也起緩衝作用。所述相變材料出口設於儲液器7上；相變材料進口和相變材 料出口均高於容器進口和容器出口，容器出口通過管道8與熱利用裝置上相變材料進口連 通，熱利用裝置上相變材料出口通過管道8與容器進口連通，從而在容器2和熱利用裝置3 之間形成相變材料的循環往復。所述容器2底部最低處設有排汙管6，排汙管6上設有截止閥5，打開截止閥5可 以定期或不定期排汙，以保證相變材料1的潛熱性能不受影響。當然，可以在容器2上設置 加料口，以補充排放的相變材料1。容器2底部應有坡向排汙管6的坡度，便於容器2排汙 與檢修。在容器出口與熱利用裝置相變材料進口之間的管道8上設有單向閥4，同時這段管 道中橫向管設有坡向熱利用裝置的坡度，防止倒流產生汽蝕。在需要供冷的地區和季節裡，可以採用圖2所示的實施例，所述熱利用裝置主要 由第一換熱器11、高溫熱泵12和熱水型溴化鋰吸收式製冷系統13構成，相變材料進口和相 變材料出口設於第一換熱器11上，第一換熱器11的介質進出口通過管道與高溫熱泵12連 接；高溫熱泵12與熱水型溴化鋰吸收式製冷系統13連接；熱水型溴化鋰吸收式製冷系統 13冷量出口與供冷末端16連接；熱水型溴化鋰吸收式製冷系統13熱量出口與第二換熱器 9連接用於加熱換熱介質。同時，所述熱利用裝置還包括輔助熱源14，輔助熱源14與熱水 型溴化鋰吸收式製冷系統13連接，用於在高溫熱泵12熱量不足時向熱水型溴化鋰吸收式製冷系統13提供熱源。為了確保氣態相變材料冷凝為液態相變材料，所述熱利用裝置還包括第三換熱器 21，熱水型溴化鋰吸收式製冷系統13冷量出口同時與第三換熱器21連接，第一換熱器11 上相變材料出口與第三換熱器21上相變材料進口連接，第三換熱器21上相變材料出口通 過管道連接容器2進口。第一換熱器11上相變材料出口出來的相變材料即使還是氣態，在 熱水型溴化鋰吸收式製冷系統13向第三換熱器21提供冷介質時，冷介質會在第三換熱器 21內與相變材料進行熱交換，吸收相變材料熱量從而使其冷凝為液態。實施例1工作原理在供冷季節，房間10內有餘熱，此時，容器2中的液態相變材 料1與房間10換熱，吸收房間10內的餘熱，維持房間10的熱環境和熱舒適。液態相變材 料1吸收熱量直到汽化為氣態，由於氣態的相變材料1的流動性，熱量伴隨著氣態相變材料 1經管道8引出通向熱利用裝置3，在熱利用裝置3中通過第一換熱器11與高溫熱泵12進 行換熱，把熱量傳給高溫熱泵12，高溫熱泵12吸收氣態相變材料1的熱量並進一步把熱量 品味提升製取溫度高於70°C的熱水，作為熱水型溴化鋰吸收式製冷系統13的動力，驅動其 製取冷量。當高溫熱泵12由於相變材料1吸收熱量變化的原因製取溫度高於70°C熱水的 水量不足時，此時，運用輔助熱源14補充熱量。輔助熱源14可以是生活廢熱、太陽能等一 些天然的低品位熱量。熱水型溴化鋰吸收式製冷系統13製取的冷量大部分供給供冷末端 16，供需要冷量的區域使用。而小部分冷量通過第三換熱器21用來進一步冷卻相變材料1， 使其充分冷凝為液態甚至達到過冷狀態；另一方面從熱水型溴化鋰吸收式製冷系統13出 來的冷卻水可以做為生活熱水15的熱源，通過第二換熱器9製取生活熱水15。氣態相變材料1通過第一換熱器11把熱量傳給高溫熱泵12後並通過熱水型溴化 鋰吸收式製冷系統13製取冷量中的一小部分進一步冷凝，完全變為液態或甚至達到過冷 狀態，然後液態的相變材料1進入儲液箱7，儲液箱7中的液態相變材料1由於重力作用，再 次通過管道8進入置於建築物圍護結構內側的容器2中進行下一次循環。這樣，就可以通 過相變材料1的不斷循環，不僅可以維持室內熱舒適，而且還可以回收低品位能量。作為另一個實施例，本發明稱之為實施例2，所述熱利用裝置也可以是普通冷卻設 備17，冷卻設備17所需冷源可以是自然水18、冷卻塔19或者其他天然的低品位的冷源20， 見圖3。在冷卻設備17中，冷源使相變材料冷凝為液態，再回到容器中進行循環。實施例2運用冷卻設備17直接冷卻氣態相變材料1，吸收相變材料1的熱量，使其 冷凝為液態或甚至達到過冷狀態。其工作原理為在供冷季節，房間10內有餘熱，此時，置 於建築圍護結構內側的容器2中的液態相變材料1與房間10換熱，吸收房間10中餘熱，維 持房間的熱平衡和熱舒適。這樣液態相變材料1由於吸熱直到汽化為氣態，同樣因為氣態 相變材料1的流動性，熱量伴隨著氣態相變材料1經管道引出通向冷卻設備17並與其進行 換熱，此時氣態相變材料1放出熱量直到冷卻為液態甚至達到過冷狀態，然後液態的相變 材料1進入儲液箱7，儲液箱7中的相變材料1由於重力作用，再次經管道進入置於建築物 圍護結構內側的容器2內，進行下一次循環。實施例2中，冷卻設備17需一些天然的低品 位冷源，比如在供冷季節裡自然水18溫度低於相變材料1相變溫度的地區，可以用自然水 18進行冷卻；在供冷季節空氣溼球溫度低於相變材料1相變溫度的地區，可以用冷卻塔19 進行冷卻；或利用其他天然低品位冷源20。這樣，就可以通過相變材料1的不斷循環，在供 冷季節裡維持室內熱舒適的前提下減少空調的使用，節約能源。
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系統中儲液器7的坡度坡向其液體流出的方向，便於相變材料1的流動。系統中 各設備的承壓能力應大於相變材料1的相變壓力。
權利要求
1.一種相變材料綜合利用系統，它包括一個容器(2)，在容器(2)內設有相變材料(1)， 其特徵在於所述相變材料(1)為氣液相變材料，容器(2)置於建築物圍護結構內側；在建 築物圍護結構外側設有熱利用裝置(3)，熱利用裝置上設有相變材料進口和相變材料出口 ； 相變材料進口和相變材料出口均高於容器進口和容器出口，容器出口通過管道(8)與熱利 用裝置上相變材料進口連通，熱利用裝置上相變材料出口通過管道(8)與容器進口連通。
2.根據權利要求1所述的相變材料綜合利用系統，其特徵在於所述熱利用裝置(3)主 要由第一換熱器(11)1、高溫熱泵(12)和熱水型溴化鋰吸收式製冷系統(13)構成，相變材 料進口和相變材料出口設於第一換熱器(11)上，第一換熱器(11)的介質進出口通過管道 與高溫熱泵(12)連接；高溫熱泵(12)與熱水型溴化鋰吸收式製冷系統(13)連接；熱水型 溴化鋰吸收式製冷系統(13)冷量出口與供冷末端(16)連接；熱水型溴化鋰吸收式製冷系 統(13)熱量出口與第二換熱器(9)連接用於加熱換熱介質。
3.根據權利要求2所述的相變材料綜合利用系統，其特徵在於所述熱利用裝置(3)還 包括輔助熱源(14)，輔助熱源(14)與熱水型溴化鋰吸收式製冷系統(13)連接，用於向熱水 型溴化鋰吸收式製冷系統提供熱源。
4.根據權利要求2或3所述的相變材料綜合利用系統，其特徵在於所述熱利用裝置 (3)還包括第三換熱器(21)，熱水型溴化鋰吸收式製冷系統(13)冷量出口同時與第三換熱 器(21)連接，第一換熱器上相變材料出口與第三換熱器上相變材料進口連接，第三換熱器 上相變材料出口通過管道連接容器進口。
5.根據權利要求1所述的相變材料綜合利用系統，其特徵在於所述容器(2)底部設有 排汙管(6)，排汙管(6)上設有截止閥(5)；在容器出口與熱利用裝置相變材料進口之間的 管道上設有單向閥(4)。
6.根據權利要求1所述的相變材料綜合利用系統，其特徵在於所述熱利用裝置(3)為 冷卻設備(17)，冷卻設備與冷源連接。
全文摘要
本發明公開了一種相變材料綜合利用系統，在容器內設有氣液相變材料，容器置於建築物圍護結構內側；在建築物圍護結構外側設有熱利用裝置，熱利用裝置上設有相變材料進口和相變材料出口；相變材料進口和相變材料出口均高於容器進口和容器出口，容器出口通過管道與熱利用裝置上相變材料進口連通，熱利用裝置上相變材料出口通過管道與容器進口連通。本發明在供冷季節，不僅可以吸收室內的餘熱，減少室內溫度的波動和保證室內熱舒適，節約能源；而且還可以充分利用相變材料所吸收的熱量，達到回收低品位熱量、節約能源的目的。本發明結構簡單、易於安裝、成本低，便於現有建築改造。
文檔編號F28D15/02GK102116587SQ20111003559
公開日2011年7月6日 申請日期2011年2月10日 優先權日2011年2月10日
發明者串禾, 劉紅, 谷振宇, 黃育華 申請人:重慶大學