CN102252545A - 一种应用于太阳能空调的熔融盐相变蓄热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于太阳能空调的熔融盐相变蓄热装置。一种应用于太阳能空调的熔融盐相变蓄热装置，其特征在于它包括储热室箱体、储热材料盛装管道、储热材料和导热油；储热室箱体内为储热空间，储热室箱体上设有进油口和出油口，进油口和出油口分别与储热空间相连通，储热室箱体的储热空间内设有2-200个储热材料盛装管道，储热材料盛装管道与储热室箱体固定，储热材料盛装管道内封装有蓄热材料；储热材料盛装管道的外壁与储热室箱体的内壁之间的传热介质为导热油。本发明具有结构简单、安全可靠且换热效率高的特点。

Description

一种应用于太阳能空调的熔融盐相变蓄热装置
技术领域
本发明涉及一种应用于太阳能空调的熔融盐相变蓄热装置。
背景技术
太阳能空调是指将太阳能辐射转变为冷量或者除湿能力用于改善室内温度和湿度环境的方法。当前，世界各国都在加紧进行太阳能空调技术的研究。据调查，已经或正在建立太阳能空调系统的国家和地区有意大利、西班牙、德国、美国、日本、韩国、新加坡、香港等。这是由于发达国家的空调能耗在全年民用能耗中占有相当大的比重，利用太阳能驱动空调系统对节约常规能源、保护自然环境都具有十分重要的意义。
但是太阳辐射一个明显的特点是受昼夜、季节等规律性变化的影响，以及阴晴云雨等随机因素的制约。为保证太阳能热利用的连续稳定运行，提高热利用效率，太阳能热利用系统中都会配备储热系统。而储热系统应用的成功与否与储热材料的选择和储热装置的设计密切相关。理想的相变储热材料应该符合如下标准：稳定的化学和物理性质，合适的相变温度、低腐蚀性、低过冷度、小的体积变化、低的蒸气压、高潜热、高存储密度、高导热系数、良好的相变可逆性；对蓄热装置，其放热特性能否满足使用性能是至关重要的。
太阳能空调常用的系统有太阳能单效吸收式制冷机，太阳能两级吸收式制冷机以及太阳能吸附空调、除湿空调等。上述依靠普通太阳能集热器驱动的太阳能空调特点是驱动热源温度要求低，但由于太阳辐射存在间歇性，在无太阳光辐射时需要启动辅助能源，此时系统效率较低，与常规空调装置相比，不具备竞争力，采用中温太阳能集热器的太阳能空调能量转换效率较高，即使采用辅助能源，与常规电空调相比，仍然具有竞争力。因此，对于中温太阳能空调储热装置的研究有待进一步开展。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于太阳能空调的熔融盐相变蓄热装置，它具有结构简单、安全可靠且换热效率高的特点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种应用于太阳能空调的熔融盐相变蓄热装置，其特征在于它包括储热室箱体、储热材料盛装管道、储热材料和导热油；储热室箱体内为储热空间，储热室箱体上设有进油口和出油口，进油口和出油口分别与储热空间相连通，储热室箱体的储热空间内设有2-200个储热材料盛装管道，储热材料盛装管道与储热室箱体固定，储热材料盛装管道内封装有蓄热材料；储热材料盛装管道的外壁与储热室箱体的内壁之间的传热介质为导热油。
所述的储热室箱体的外壁包裹有保温层。
所述的储热材料为NaNO3/KaNO3/石墨复合相变储热材料，它由NaNO3、KaNO3和膨胀石墨制备而成，各原料所占质量百分数为：NaNO340～50％、KaNO340～50％、膨胀石墨1～20％。其制备工艺简单，只需要混料后封装即可。
所述的储热室箱体的材料采用普通碳钢，储热材料盛装管道的材料采用镍基合金。
本发明的有益效果是：采用上述结构，其结构简单，即使传热介质为高温高压的流体时，仍能确保储热系统的安全可靠性；由于可以承受高温高压的传热介质，因此，本发明的蓄热装置内热交换过程充分、可逆，换热效率高。
基于石墨具有较高热导率，熔融盐具有较大相变焓和比热容的原理，进行储热材料成分的优化设计。从而优化了储热材料的整体储热性能。相变温度处在210℃～220℃范围内，储热量大，相变潜热均高于100J/g，可以应用于太阳能空调的储热材料。
本发明采用相变温度210～220℃的NaNO3/KaNO3/石墨复合相变储热材料作为储热材料。该材料具有储能密度大、相变时过冷度小、相偏析小，性价比良好，成本低，寿命长，效率高的特点。应用于太阳能空调中相变潜热高(大于100J/g)，相变稳定性好，使用寿命长。经过优化设计的NaNO3/KaNO3/石墨具有相变温度适中、相变潜热大、储热密度高、导热性好、过冷度小、相变可逆性好等优点，在太阳能空调储热系统应用方面显示出巨大的潜力。
本发明主要应用于太阳能空调系统，工作温度范围在160～280℃之间。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1沿A-A线的剖视图；
图中：1-储热室箱体，2-储热材料盛装管道，3-进油口，4-出油口，5-储热空间，6-保温层。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1、图2所示，一种应用于太阳能空调的熔融盐相变蓄热装置，它包括储热室箱体1、储热材料盛装管道2、储热材料、保温层6和导热油；储热室箱体1内为储热空间5(除进油口3和出油口4外，它是封闭的)，储热室箱体1上设有进油口3和出油口4(进油口3位于储热室箱体1的一侧面底部，出油口4位于储热室箱体1的另一侧面顶部)，进油口3和出油口4分别与储热空间5相连通，储热室箱体1的储热空间5内设有2-200个储热材料盛装管道2(具体个数根据储热室箱体1的大小确定)，储热材料盛装管道2与储热室箱体1固定(储热材料盛装管道2的底部与储热室箱体1的底部固定)，储热材料盛装管道2内封装有蓄热材料；储热材料盛装管道2的外壁与储热室箱体1的内壁之间的传热介质为导热油(即储热空间5盛装有导热油)。
所述的储热室箱体的外壁包裹有保温层6。
储热室箱体1的材料采用普通碳钢，储热材料盛装管道(金属管道)的材料采用镍基合金(如：1Cr18Ni9Ti；因为金属的热传导率高，从而提高了储热室内的热交换效率)，不锈钢管规格为Φ140×3。传热介质为合成导热油(L-QC 320)；保温层6的材料可以采用硅酸铝耐火纤维或硅酸铝耐火纤维与矿渣棉板组合保温材料。
蓄热材料(储热材料)使用时，先将工业NaNO3、工业KaNO3和膨胀石墨混合均匀后压块成型，装入储热材料盛装管道内，再进行封装。然后将储热材料盛装管道放置于储热空间内，与储热空间底部连接固定，最后密封储热室箱体。
熔融盐相变蓄热装置蓄热时，将经过太阳能加热的高温导热油从进油口导入储热空间，通过高温导热油加热蓄热管道内的蓄热材料，蓄热材料熔化前将以显热的方式储热，当温度达到其熔点时蓄热材料开始熔化并以相变潜热的方式存储热量。当太阳能减弱或者需要利用热能时，通过导热油进入储热室，由于蓄热材料处于高温熔融状态，因此蓄热材料将通过热交换放出相变潜热加热导热油从而使热能得以释放和利用，当液态相变蓄热材料冷却至相变温度时，液态相变蓄热材料结晶成为固态，同时放出相变潜热。并且相变蓄热材料的这种蓄-放热过程可循环利用千次以上。
所述的储热材料为NaNO3/KaNO3/石墨复合相变储热材料(NaNO3/KaNO3/石墨中温相变储热材料)，它由工业NaNO3、工业KaNO3和膨胀石墨制备而成，各原料所占质量百分数为：高纯度工业NaNO340％、工业KaNO340％、膨胀石墨20％；所述的工业NaNO3的质量纯度≥99.00％，工业KaNO3≥99.00％。
上述NaNO3/KaNO3/石墨复合相变储热材料的制备方法，它包括如下步骤：
1)配料：各原料所占质量百分数为：高纯度工业NaNO340％、工业KaNO340％、膨胀石墨20％；
2)混料：将配制好的原料至于混料罐中干混24小时，其中球料比按质量比1∶2加入，混料罐转速为300转/分钟；
3)压制成型：将混制的材料压制成块，得到NaNO3/KaNO3/石墨复合相变储热材料(质量成分比为：NaNO3-40％KaNO3-20％石墨)。
经差热扫描量热仪(DSC)测量，储热材料单位质量潜热为104J/g，相变温度为210～220℃。储热材料密度为1.75g/m3，热导率为7W/mK。经200多次循环试验后相变温度基本保持不变，相变潜热降幅仅为3％左右。经模拟计算表明，当充热油温为280℃，充热时间为2h时，储热材料盛装管道内熔融盐完全发生相变；放热时，进口处充入室温导热油，导热油出口温度高于180℃，该装置换热效率高，可以用于太阳能空调相变储热系统。
实施例2：
与实施例1基本相同，不同之处在于：
NaNO3/KaNO3/石墨复合相变储热材料的原料组成的质量百分数为：工业NaNO342.5％、工业KaNO342.5％、膨胀石墨15％。不锈钢管规格为Φ133×3。
原料经配料混合均匀后，压制成型。储热材料的密度为1.80g/cm3，在差热扫描量热仪(DSC)测量上测得，储热材料单位质量潜热为111J/g，相变温度为210～220℃。储热材料热导率为5.3W/mK。经200多次循环试验后相变温度基本保持不变，相变潜热降幅仅为3％左右。经模拟计算表明，当充热油温为280℃，充热时间为2.5h时，储热材料盛装管道内熔融盐完全发生相变；放热时，进口处充入室温导热油，导热油出口温度高于180℃，该装置换热效率高，可以用于太阳能空调相变储热系统。
实施例3：
与实施例1基本相同，不同之处在于：
NaNO3/KaNO3/石墨复合相变储热材料的原料组成的质量百分数为：工业NaNO345％、工业KaNO345％、膨胀石墨10％。不锈钢管规格为Φ127×3。
原料经配料混合均匀后，压制成型。储热材料的密度为1.85g/cm3，在差热扫描量热仪(DSC)测量上测得，储热材料单位质量潜热为115J/g，相变温度为210～220℃。储热材料热导率为3.2W/mK。经200多次循环试验后相变温度基本保持不变，相变潜热降幅仅为3％左右。经模拟计算表明，当充热油温为280℃，充热时间为3h时，储热材料盛装管道内熔融盐完全发生相变；放热时，进口处充入室温导热油，导热油出口温度高于180℃，该装置换热效率高，可以用于太阳能空调相变储热系统。
实施例4：
与实施例1基本相同，不同之处在于：
NaNO3/KaNO3/石墨复合相变储热材料的原料组成的质量百分数为：工业NaNO347.5％、工业KaNO347.5％、膨胀石墨5％。不锈钢管规格为Φ120×3。
原料经配料混合均匀后，压制成型。储热材料的密度为1.85g/cm3，在差热扫描量热仪(DSC)测量上测得，储热材料单位质量潜热为124J/g，相变温度为210～220℃。储热材料热导率为1.9W/mK。经200多次循环试验后相变温度基本保持不变，相变潜热降幅仅为3％左右。经模拟计算表明，当充热油温为280℃，充热时间为4h时，储热材料盛装管道内熔融盐完全发生相变；放热时，进口处充入室温导热油，导热油出口温度高于180℃，该装置换热效率高，可以用于太阳能空调相变储热系统。

Claims (4)

1.一种应用于太阳能空调的熔融盐相变蓄热装置，其特征在于它包括储热室箱体、储热材料盛装管道、储热材料和导热油；储热室箱体内为储热空间，储热室箱体上设有进油口和出油口，进油口和出油口分别与储热空间相连通，储热室箱体的储热空间内设有2-200个储热材料盛装管道，储热材料盛装管道与储热室箱体固定，储热材料盛装管道内封装有蓄热材料；储热材料盛装管道的外壁与储热室箱体的内壁之间的传热介质为导热油。
2.根据权利要求1所述的一种应用于太阳能空调的熔融盐相变蓄热装置，其特征在于：所述的储热室箱体的外壁包裹有保温层。
3.根据权利要求1所述的一种应用于太阳能空调的熔融盐相变蓄热装置，其特征在于：所述的储热材料为NaNO3/KaNO3/石墨复合相变储热材料，它由NaNO3、KaNO3和膨胀石墨制备而成，各原料所占质量百分数为：NaNO340～50％、KaNO340～50％、膨胀石墨1～20％。
4.根据权利要求1所述的一种应用于太阳能空调的熔融盐相变蓄热装置，其特征在于：所述的储热室箱体的材料采用普通碳钢，储热材料盛装管道的材料采用镍基合金。
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