用於蓄熱和蓄冷的改性石蠟相變材料及其應用裝置的製作方法
2023-06-12 00:59:56 1
專利名稱：用於蓄熱和蓄冷的改性石蠟相變材料及其應用裝置的製作方法
技術領域：
本發明提出的用於蓄熱和蓄冷的改性石蠟相變材料及其填充裝置，涉及蓄熱材料製備技術及其蓄熱裝置製造技術。可以應用於建築物供熱和空調以及各種過程工業等領域的蓄熱和蓄冷。特別適用於利用廉價「谷電」建築物的蓄熱和蓄冷。
背景技術：
中國發明專利1125758(
公開日1996年7月3日)提出了一種空調製冷用的相變蓄冷劑，涉及一種空調系統用的蓄冷介質，為兩種脂肪酸，即辛酸和月桂酸混合而成的低共熔混合物，其低共熔點為3.5℃～5.5℃，熔解熱為139～159kJ/kg。該蓄冷劑使用安全，化學性能穩定，具有較好的可逆性。
中國發明專利1462787(
公開日2003年12月24日)提出了一種建築採暖用的加熱定形相變蓄熱材料及其製備方法。它由碳數為18～23的石蠟、聚烯烴、熱塑性彈性體和無機填料組成；其相變溫度在30℃～40℃之間，可將室溫保持在18℃～26℃左右。太陽能採暖用的相變蓄熱材料由碳數為16～20的石蠟、聚烯烴、熱塑性彈性體和無機填料組成；其相變溫度在17℃～25℃之間，可將室溫保持在20℃左右。
中國發明專利1211605(
公開日1999年3月24日)提出了一種複合相變蓄熱材料，在固-液或固-固型相變蓄熱材中混有導熱纖維，導熱纖維在相變蓄熱材料中的平均間距為0.5～5mm。將導熱纖維製成蓬鬆團置入容器內的相變蓄熱材料。明顯增加了蓄熱材料的導熱性能，提高了蓄熱量利用率。由於纖維枝幹的誘導作用，可促進相變過程進行，明顯改善吸、放熱過程的穩定性。
國際發明專利WO96/30710(國際公布日1996年10月3日)提出了一種填充體式蓄能-交換器，其剛性球殼表面上均勻分布著對稱的凸起部，用來吸收貯存介質相變時的體積變量，還有增加其交換表面積的裝置。球內填充有高性能液-固轉化潛熱的熱和/或冷貯存介質，如水，水合鹽或石蠟，以及可壓縮物質。
中國發明專利1451921(
公開日2003年10月29日)提出了一種壓縮冷凝機組冷凝排熱的相變蓄熱熱回收利用裝置，即在現有空調機組迴路的冷凝器基礎上串聯了兩個相變蓄熱器，並利用三通閥控制壓縮機出口的製冷劑的流向，使其通過兩個相變蓄熱器進行蓄熱或直接進入現有的冷凝器。串聯的兩個相變蓄熱器分別充滿技術級石蠟及石蠟基蓄熱材料，而且其內部均設有冷水管路，並與輔助加熱器構成加熱管路，保證所供應的衛生熱水達到規定的溫度。通過蓄熱材料的相變過程將連續工作的壓縮冷凝機組的排熱進行儲存。根據衛生熱水使用的階段性和不連續性，通過蓄熱材料的相變過程放出熱量，加熱冷水，完成熱量從製冷劑向冷水的轉移，實現回收壓縮冷凝機組的排熱製取衛生熱水。
發明內容
本發明提出一種用於蓄熱和蓄冷的改性石蠟相變材料以及應用裝置。
對應-90℃～80℃之間的蓄熱或蓄冷溫度範圍，改性石蠟相變材料的類型是系列化的。根據限定的蓄熱或蓄冷溫度，決定改性石蠟相變材料基材的成分。例如，以8℃相變用於空調蓄冷的石蠟基材為14個碳左右的烷烴。而60℃相變用於供熱蓄熱的石蠟基材為28個碳左右的烷烴。在高出石蠟基材熔化溫度50～70℃的熔融狀態下，添加2～5％的導電高分子材料和3～7％的超細鋁粉，以及適量的阻燃劑，經充分攪拌而成。
蓄熱或蓄冷裝置的基本形式為管殼式的換熱器，換熱管為銅翅片管或鋁翅片管；冷媒水或熱媒水流經管程，而石蠟置於翅片側(殼程)；端部為具有分程結構的水室，以增加水側的流速；具有防止熱膨脹的結構，包括U型翅片管或浮動封頭以及突起的膨脹部；可專門用作蓄熱或專門用作蓄冷，也可以同時設置兩臺，一臺裝填蓄熱用改性石蠟，另一臺裝填蓄冷用改性石蠟。上述裝置的端部和內部翅片管簇可季節性地在兩個容器中輪換固定，閒置的作為石蠟儲罐；石蠟以螺栓結構密封於上述裝置內，且其外壁設有絕熱防火層。
本發明的改性石蠟相變材料具有良好蓄熱或蓄冷特性，包括系列化的可選相變溫度，蓄熱密度比較高，無過冷問題，性能無衰減，無腐蝕性，難燃。而本發明的蓄熱或蓄冷裝置具有良好傳熱特性；可根據需求靈活設置，達到一個系統具備蓄熱和蓄冷兩個功能；而且使用安全。
圖1為蓄熱或蓄冷裝置的一種實施方式的結構示意2為供熱與供冷和蓄熱與蓄冷同時設置的一種實施方式的流程示意圖
具體實施例方式
如圖1的結構示意所示，本發明的裝置為管殼式的換熱結構，其三個主要組合件分別是端部1，換熱管簇2和殼體3。端部1為兩程水室結構，兩個水室以分程隔板4分開，並分別連接著冷媒水或熱媒水的入口和出口接管5。換熱管為銅翅片管6。冷媒水或熱媒水流經管程，自入口管a流入，從出口管b流出。石蠟置於翅片側(殼程)，殼體3上分別連接著石蠟的入口和出口接管7，以及緩衝罐8。管口c為石蠟灌充口，管口d為石蠟的排放口。緩衝罐8上連接有調節閥9，管口e可用於壓力調節。緩衝罐8和U型翅片管簇2是一種防止熱膨脹的結構。該裝置的端部與罐體採用螺栓結構10，且在殼體外壁為聚氨脂絕熱層和3～5mm的防火塗層11，以密封石蠟相變材料，絕熱防火。如果同時設置蓄熱裝置與蓄冷裝置，其中一臺的端部形式為封板12。
如圖2的流程示意所示，本發明的應用系統中，對應地同時設置了制冷機13與電加熱器14，以及蓄冷裝置15與蓄熱裝置16。蓄冷裝置與蓄熱裝置中，一臺裝填蓄冷用改性石蠟，另一臺裝填蓄熱用改性石蠟。裝置的端部和內部翅片管簇只設置一套，可以季節性地在兩個容器中輪換固定，閒置的作為石蠟儲罐，端部採用上述圖1中的封板12。循環泵17用於在上述裝置與用戶18之間輸送冷媒水或熱媒水。
以8℃相變為條件，作為蓄冷用改性石蠟相變材料的基材選擇了的14個碳左右的烷烴。以60℃相變為條件，作為蓄熱用改性石蠟相變材料的基材選擇了的28個碳左右的烷烴。分別將蓄冷用石蠟基材加熱到58～78℃，將蓄熱用石蠟基材加熱到110～130℃的熔融狀態，添加2～5％的導電高分子材料和3～7％的超細鋁粉，以及適量的阻燃劑，並作充分攪拌。以此製備成蓄冷與蓄熱用改性石蠟相變材料分別被灌充至圖2的示意流程的蓄冷裝置15與蓄熱裝置16中。
當供熱運行時，流程中電加熱器前後的閥門19與蓄熱裝置前後的閥門20分別開啟，而制冷機前後的閥門21與蓄冷裝置前後的閥門22分別關閉。圖2中的圖例給出了三通閥23、24和25的開啟方式，塗成黑色側表示關閉。據此可分別進行依靠電加熱器直接供熱、依靠電加熱器蓄熱、以及依靠蓄熱裝置間接供熱。類似地，當供冷運行時，流程中制冷機與蓄冷裝置前後的閥門分別開啟，而電加熱器與蓄熱裝置前後的閥門分別關閉。根據圖2中的圖例所示的三通閥23、24和25的開啟方式，可分別進行依靠制冷機直接供冷、依靠制冷機蓄冷、以及依靠蓄冷裝置間接供冷。
權利要求
1.一種用於蓄熱和蓄冷的改性石蠟相變材料及其應用裝置。改性石蠟相變材料中以一定工藝加入了強化傳熱的添加劑和阻燃劑，其蓄熱和蓄冷應用裝置為外翅片管結構的管殼式換熱器，由端部的分程水室，內部的U型結構或浮動封頭結構的銅、鋁或其它金屬材質的翅片式換熱管管簇，以及外壁為絕熱防火塗層並以螺栓密封的殼體容器構成。
2.根據權利要求1所述的改性石蠟相變材料，其特徵在於在高出石蠟基材熔化溫度50～70℃的熔融狀態下，添加2～5％的導電高分子材料和3～7％的超細鋁粉，以及適量的阻燃劑，經充分攪拌而成。本發明的改性石蠟相變材料具有良好蓄熱或蓄冷特性，包括系列化的可選相變溫度，蓄熱密度比較高，無過冷問題，性能無衰減，無腐蝕性，難燃。
3.根據權利要求1所述的改性石蠟相變材料，其特徵在於由於可以根據限定的蓄熱或蓄冷溫度，決定改性石蠟相變材料基材的成分，所以對應-90℃～80℃之間的蓄熱或蓄冷溫度範圍，改性石蠟相變材料的產品類型是系列化的。例如，以8℃相變用於空調蓄冷的石蠟基材為14個碳左右的烷烴。而60℃相變用於供熱蓄熱的石蠟基材為28個碳左右的烷烴。
4.根據權利要求1所述的蓄熱和蓄冷應用裝置，其特徵在於基本形式為管殼式的換熱器，換熱管為銅翅片管或鋁翅片管；冷媒水或熱媒水流經管程，而石蠟置於翅片側(殼程)。
5.根據權利要求1所述的蓄熱和蓄冷應用裝置，其特徵在於端部為具有分程結構的水室，以增加水側的流速；
6.根據權利要求1所述的蓄熱和蓄冷應用裝置，其特徵在於具有防止熱膨脹的結構，包括U型翅片管或浮動封頭以及裝置殼體上的膨脹容器。
7.根據權利要求1所述的蓄熱和蓄冷應用裝置，其特徵在於可專門用作蓄熱或專門用作蓄冷，也可以同時設置兩臺，一臺裝填蓄熱用改性石蠟，另一臺裝填蓄冷用改性石蠟。上述裝置的端部和內部翅片管簇可季節性地在兩個容器中輪換固定，閒置的作為石蠟儲罐。
8.根據權利要求1所述的蓄熱和蓄冷應用裝置，其特徵在於石蠟以螺栓結構密封於上述裝置內，且其外壁設有絕熱防火層。本發明的蓄熱或蓄冷裝置具有良好傳熱特性；可根據需求靈活設置，達到一個系統具備蓄熱和蓄冷兩個功能；而且使用安全。
9.根據權利要求1和權利要求6所述的蓄熱和蓄冷應用裝置，其特徵在於用於供熱時可以直接與熱源(例如電熱加熱器)和熱用戶連接；用於供冷時可以直接與冷源(例如制冷機組)和冷用戶連接，期間無須設置其它間接熱媒或冷媒循環系統。而且，供熱與供冷和蓄熱與蓄冷同時設置於一個系統中，大為簡化了蓄熱和蓄冷系統構成方式。
全文摘要
本發明提出一種用於蓄熱和蓄冷的改性石蠟相變材料及其應用裝置。由於可以根據限定的蓄熱或蓄冷溫度，決定改性石蠟相變材料基材的成分，所以對應－90℃～80℃之間的蓄熱或蓄冷溫度範圍，改性石蠟相變材料是系列化的。石蠟基材在較高溫度下，添加適量的導電高分子材料和超細鋁粉，以及適量的阻燃劑。其應用裝置的特徵在於基本形式為管殼式的換熱器，換熱管為銅、鋁或其它金屬材質的翅片管；冷媒水或熱媒水流經管程，而石蠟置於翅片側(殼程)；端部為具有分程結構的水室，以增加水側的流速；具有防止熱膨脹的結構，包括U型翅片管或浮動封頭以及裝置殼體上的膨脹容器；可專門用作蓄熱或專門用作蓄冷，也可以同時設置兩臺，一臺裝填蓄熱用改性石蠟，另一臺裝填蓄冷用改性石蠟。上述裝置的端部和內部翅片管簇可季節性地在兩個容器中輪換固定，閒置的作為石蠟儲罐；石蠟以螺栓結構密封於上述裝置內，且在其外壁為絕熱防火層。本發明的改性石蠟相變材料具有良好蓄熱或蓄冷特性，包括系列化的可選相變溫度，蓄熱密度比較高，無過冷問題，性能無衰減，無腐蝕性，難燃。而本發明的蓄熱或蓄冷裝置具有良好傳熱特性；可根據需求靈活設置，達到一個系統具備蓄熱和蓄冷兩個功能；而且使用安全。
文檔編號C09K5/06GK1927985SQ200510095859
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月6日 優先權日2005年9月6日
發明者王培瑋 申請人:王培瑋