一種用於IDC機房蓄冷的相變材料及其應用裝置的製作方法
2023-09-21 11:04:55
本發明涉及蓄冷材料製備技術及其蓄冷裝置製造技術領域，具體為一種用於idc機房蓄冷的相變材料及其應用裝置。
背景技術：
idc機房冷卻系統全年不間斷供冷，idc機房會設置應急冷源。目前應急冷源主要採用水蓄冷，極少數採用冰蓄冷。採用水蓄冷，蓄冷密度低，通常水蓄冷罐體積巨大；而採用冰蓄冷，idc機房製冷系統能效比降低，不利於節能，降低pue。結合idc機房運行溫度和可靠、安全、節省場地等要求，提出相變蓄冷來解決idc機房蓄冷的問題。
傳統的相變蓄能材料主要包括結晶水合鹽和熔融鹽等無機相變蓄能材料以及脂肪烴(石蠟)、高級脂肪酸、醇及其混合有機相變蓄能材料。但是，通常無機相變蓄能材料存在著以下兩個問題：一是過冷現象，即該相變材料冷凝到冷凝點時並不結晶，導致其內部物資不能及時發生相變，從而影響熱量的及時釋放；二是出現相分離現象，即當溫度上升時該相變蓄能材料釋放出來的結晶水的數量不足以溶解所有的非晶態固體脫水鹽（或低水合物鹽），在逆向過程中，沉降到底部的脫水鹽無法和結晶水結合而不能重新結晶，使得相變過程不可逆，從而造成該相變蓄能材料的蓄能能力隨著相變次數的增加而逐漸下降。而有機相變蓄能材料存在以下缺點：導熱係數小、易揮發、相變時體積變化大，以及易被空氣緩慢氧化而老化等缺點。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種用於idc機房蓄冷的相變材料及其應用裝置，利用idc機房備用主機蓄冷，兼做idc機房的應急冷源；通過相變蓄冷解決了現有蓄冷系統蓄冷水罐體積過大的問題，體積約為原來體積的十分之一；利用供冷系統設備冗餘，通過谷電時段蓄冷峰電時段放冷，降低idc機房製冷運行費用，以解決上述背景技術中提出的問題。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種用於idc機房蓄冷的相變材料及其應用裝置，包括由相變材料組成的相變蓄冷罐作為應用裝置，相變蓄冷罐通過管道連通有精密空調、冷水機組和冷卻塔，相變蓄冷罐、精密空調、冷水機組和冷卻塔均受控於外接的控制系統，且相變蓄冷罐與精密空調及冷水機組連通的管道上分別安裝有相變蓄冷罐循環泵和冷凍水循環泵；在冷卻塔連通的管道上還安裝有冷卻塔循環泵；其中，相變蓄冷罐為管殼式的換熱結構，相變蓄冷罐由端部、換熱管簇和殼體組成；端部為兩層八邊形布水器，兩個八邊形布水器按上下兩層結構進行分開，並分別連接著冷媒水入口接管a和出口接管b；換熱管簇設置為u型結構的銅翅片管，在銅翅片管的一側塗抹有相變材料層，並貫通相變材料灌充口c，在相變蓄冷罐的底部還貫通有相變材料排放口d，其一側連接有緩衝罐e，緩衝罐e上連接有調節閥f。
優選的，蓄冷相變材料為十四烷、十五烷、十六烷和十七烷按一定比例、在高出混合烷烴熔化溫度40-50℃的狀態下，添加1-2%的導電高分子材料和2-3%的膨脹石墨，以及適量的阻燃劑，經充分攪拌而成。
優選的，緩衝罐e和換熱管簇與罐體採用螺栓結構g緊固。
優選的，相變蓄冷罐基本形式為殼管式的換熱器，換熱器為銅翅片管或鋁翅片管，冷媒水流經管程，其相變材料置於翅片側。
優選的，殼體的內壁上密封有蓄冷相變材料，其外壁設置有聚氨脂絕熱層和3-5mm的防火塗層。
優選的，蓄冷相變材料基材的比例範圍取決於對應10-15℃之間的蓄冷溫度範圍。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：1.本用於idc機房蓄冷的相變材料及其應用裝置，其換熱管簇為銅翅片管或鋁翅片管，冷媒水流經管程，而相變材料置於翅片側，端部為環形結構布水器，均衡蓄冷單元管網流量，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，相變材料以螺栓結構密封於上述裝置內，且其外壁設有絕熱防火層；根據u型翅片管布置將蓄冷材料劃分為小的區塊，解決蓄冷放冷中冷熱不均造成翅片管傳熱惡化的問題。2.本用於idc機房蓄冷的相變材料及其應用裝置，改性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，蓄熱密度高，無過冷問題，性能無衰減，無腐蝕性，難燃，使用安全。3.本用於idc機房蓄冷的相變材料及其應用裝置，利用idc機房備用主機蓄冷，兼做idc機房的應急冷源；通過相變蓄冷解決了現有蓄冷系統蓄冷水罐體積過大的問題，體積約為原來體積的十分之一；利用供冷系統設備冗餘，通過谷電時段蓄冷峰電時段放冷，降低idc機房製冷運行費用。
附圖說明
圖1為本發明用於idc機房蓄冷系統流程圖；
圖2為本發明相變蓄冷罐整體結構示意圖；
圖中：1精密空調、2冷水機組、3冷卻塔、4相變蓄冷罐、41端部、42換熱管簇、43殼體、5冷凍水循環泵、6冷卻塔循環泵、7相變蓄冷罐循環泵、8控制系統。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1-2，本發明提供一種技術方案：一種用於idc機房蓄冷的相變材料及其應用裝置，包括由相變材料組成的相變蓄冷罐4作為應用裝置，相變蓄冷罐4通過管道連通有精密空調1、冷水機組2和冷卻塔3，相變蓄冷罐4、精密空調1、冷水機組2和冷卻塔3均受控於外接的控制系統8，且相變蓄冷罐4與精密空調1及冷水機組2連通的管道上分別安裝有相變蓄冷罐循環泵7和冷凍水循環泵5；在冷卻塔3連通的管道上還安裝有冷卻塔循環泵6；其中，相變蓄冷罐4為管殼式的換熱結構的換熱器，換熱器為銅翅片管或鋁翅片管，冷媒水流經管程，其相變材料置於翅片側，充填相變材料簡單、安全；相變蓄冷罐4由端部41、換熱管簇42和殼體43組成，殼體43的內壁上密封有蓄冷相變材料，其外壁設置有聚氨脂絕熱層和3-5mm的防火塗層；端部41為兩層八邊形布水器，兩個八邊形布水器按上下兩層結構進行分開，並分別連接著冷媒水入口接管a和出口接管b，以保證各殼管內水力平衡，保證流速一致；換熱管簇42設置為u型結構的銅翅片管，在銅翅片管的一側塗抹有相變材料層，並貫通相變材料灌充口c，在相變蓄冷罐4的底部還貫通有相變材料排放口d，其一側連接有緩衝罐e，緩衝罐e和換熱管簇42與罐體採用螺栓結構g緊固，方便檢修與維護，同時具有防止熱膨脹的作用；緩衝罐e上連接有調節閥f，用於調節緩衝罐e管口的壓力。
其中，蓄冷相變材料為十四烷、十五烷、十六烷和十七烷按一定比例、在高出混合烷烴熔化溫度40-50℃的狀態下，添加1-2%的導電高分子材料和2-3%的膨脹石墨，以及適量的阻燃劑，經充分攪拌而成；蓄冷相變材料基材的比例範圍取決於對應10-15℃之間的蓄冷溫度範圍，使蓄冷裝置冷媒水溫度滿足機房冷凍水供水溫度範圍。
按照實施例中相變材料及idc機房蓄冷溫度要求，確定相變材料配比；選配好的材料加熱至40-50℃呈液態，通過接管口c泵入相變蓄冷罐4，同時開啟調節閥f；根據具體idc機房蓄冷溫度要求，相變溫度範圍為10-15℃，不同溫度下具體實施案例如下。
實施例1：
a）以10℃相變為條件，作為蓄冷用改性相變材料的基材選擇了的14個碳左右的烷烴；按照質量百分比為：十四烷為10-12%、十五烷為43-47%、十六烷為42-46%的比例範圍混合形成混合物；其中，質量百分比可以是：十四烷為11%、十五烷為45%、十六烷為44%；
b）將該混合物加熱到40-50℃，添加1-2%的導電高分子材料和2-3%的膨脹石墨，以及適量的阻燃劑，並作充分攪拌；
c）待相變材料溫度靜止冷卻，形成相變溫度約10℃，相變潛熱為210kj/kg的蓄冷相變材料。
實施例2：
a）以12℃相變為條件，作為蓄冷用改性相變材料的基材選擇了的16個碳左右的烷烴；按照質量百分比為：十四烷為17-19%、十五烷為17-19%、十六烷為62-66%的比例範圍混合形成混合物；其中，質量百分比可以是：十四烷為17%、十五烷為18%、十六烷為65%；
b）將該混合物加熱到40-50℃，添加1-2%的導電高分子材料和2-3%的膨脹石墨，以及適量的阻燃劑，並作充分攪拌；
c）待相變材料溫度靜止冷卻，形成相變溫度約12℃，相變潛熱為225kj/kg的蓄冷相變材料。
實施例3：本用於idc機房蓄冷的相變材料及其應用裝置，
a）以14℃相變為條件，作為蓄冷用改性相變材料的基材選擇了的16個碳左右的烷烴。按照質量百分比為：十五烷為10-12%、十六烷為73-77%、十七烷為13-15%的比例範圍混合形成混合物；其中，質量百分比可以是：十五烷為11%、十六烷為75%、十七烷為14%；
b）將該混合物加熱到40-50℃，添加1-2%的導電高分子材料和2-3%的膨脹石墨，以及適量的阻燃劑，並作充分攪拌；
c）待相變材料溫度靜止冷卻，形成相變溫度約14℃，相變潛熱為220kj/kg的蓄冷相變材料。
綜上所述：本用於idc機房蓄冷的相變材料及其應用裝置，其換熱管簇42為銅翅片管或鋁翅片管，冷媒水流經管程，而相變材料置於翅片側(殼程)，端部41為環形結構布水器，均衡蓄冷單元管網流量，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，相變材料以螺栓結構密封於上述裝置內，且其外壁設有絕熱防火層；根據u型翅片管布置將蓄冷材料劃分為小的區塊，解決蓄冷放冷中冷熱不均造成翅片管傳熱惡化的問題；本改性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，蓄熱密度高，無過冷問題，性能無衰減，無腐蝕性，難燃，使用安全。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。