CN102322759A

CN102322759A - 太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置

Info

Publication number: CN102322759A
Application number: CN201110168577A
Authority: CN
Inventors: 周卫兵; 朱教群; 程晓敏; 李元元
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明是一种太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置，其内部设有混凝土蓄热材料（3）和换热管道（5），其外部设有用硅酸铝纤维制作的保温层，保温层内设有保温材料（4）；换热管道（5）有多个，均匀布置在混凝土蓄热材料（3）中，在每个换热管道的外壁设有用于换热的金属肋片（8）。本发明从选材着手，对混凝土蓄热材料（3）的组成及制备工艺进行优化设计，从而能够低成本地生产出一种新型太阳能空调用蓄热材料，使该装置中的蓄热材料的蓄热的能力、放热效率等在内的综合性能得到大幅度提高，同时解决了工业废渣的环境污染。

Description

太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置

技术领域

本发明涉及蓄热材料及装置的制备，特别是涉及一种太阳能空调用蓄热装置。

背景技术

普通压缩式空调的用电量很大，尤其是炎热的夏季，一般民用建筑物，如酒店、办公楼、医院等，空调耗能之大已占总耗能的50％以上，给能源、电力和环境造成了很大的压力。而我国太阳能资源十分丰富，其中三分之二以上的地区利用太阳能的条件都相当好。太阳能空调无疑具有非常广阔的发展前景。太阳能用于空调制冷，其最大的优点在于季节匹配性好，即太阳能空调系统的制冷能力是随着太阳能辐射的增大而增大的，这正好与人们对夏季空调的迫切需求相匹配。太阳能空调在环保、节能方面也显示出无与伦比的优越性，所用的制冷剂都是无毒、无害的，对环境没有几乎影响，制冷过程中也无废料产生。

目前进行市场开发的太阳能空调都是需要在有光照的条件下使用，而对于无光照和阴雨天气下，太阳能空调将无法进行正常工作,现有的办法是增加一套燃气系统来补充无光照时。这无疑将会极大地增加制作成本。如何进行蓄热将是太阳能空调极为重要的技术,蓄热材料的性能及成本是太阳能空调能否大规模推广的主要因素之一。蓄热材料应满足如下要求：蓄热材料应有高的能量密度；蓄热材料与热交换液体应有良好的热传导；蓄热材料应有良好的化学和力学稳定性；蓄热材料与热交换器及热交换液体之间有良好的化学相容性；在蓄热及放热循环过程中应完全可逆；低成本。

目前用作蓄热材料主要有熔盐（KNO₃、NaNO₃或NaOH等），石蜡基材料和脂肪酸类材料。但熔盐存在着一个非常明显的缺陷是其较强的腐蚀性，对热交换管道及其它附属设施具有非常强的腐蚀行为，不仅增加成本，亦降低了系统安全稳定性能。石蜡基材料和脂肪酸类材料则主要应用于100^℃温度以下的建筑节能。混凝土蓄热材料由于具有性能稳定、成本低、蓄热能力强等诸多优点，是用于太阳能空调蓄热用理想候选蓄热材料。

文献1（Kakiuchi; Hiroyuki; Oka; Masahiro,US patent (No. 5567346)）报道了日本学者的美国专利，其中以硫酸钠、氯化铵、溴化钠以及硫酸铵为主要原料组成的蓄热材料。

文献2（Ross; Randy, US patent (No. 5685151)）的专利则报道了用于太阳能热利用蓄热材料，主要的成分是氯化钠。

文献3（Kadir Tunçbilek，Ahmet Sari，Sefa Tarhan et al.Lauric and palmitic acids eutectic mixture as latent heat storage material for low temperature heating applications Energy，2005，30(5):677-692）、文献4（Ahmet Sarı, Hayati Sarı, Adem Önal ,Thermal properties and thermal reliability of eutectic mixtures of some fatty acids as latent heat storage materials, Energy Conversion and Management,2004,45(3):365-376）和文献5 (Atul Sharma, Lee Dong Won, D Buddhi and Jun Un Park. Numerical heat transfer studies of the fatty acids for different heat exchanger materials on the performance of a latent heat storage system, Renewable Energy, 2005, 30(14):2179-2187）报道了低温度下，在建筑房屋使用的脂肪酸类相变蓄热材料。

文献6（Shuangmao Wu, Guiyin Fang,, Xu Liu, Dynamic discharging characteristics simulation on solar heat storage system with spherical capsules using parafﬁn as heat storage material, Renewable Energy,2011,36(4):1190-1195）和文献7（V. Shatikian，G. Ziskind and R. Letan.Numerical investigation of a PCM-based heat sink with internal fins .International Journal of Heat and Mass Transfer，2005，48（17）：3689-3706）则报道了以石蜡和膨胀石墨组成的相变蓄热材料。

以上文献中报道的蓄热材料，要么是成本太高，要么只能在低温度下使用，而作为太阳能用的蓄热材料，必须要在低成本的前提下，考虑其使用的安全和性能。图1是太阳能空调工作的原理，白天有太阳光时，通过集热器来集热，开动油泵，使导热油加热，推动太阳能空调工作，多余的能量蓄存在蓄热器中，晚上则利用导热油从蓄热器中取热，推动太阳能空调工作。目前直接应用于太阳能空调用的蓄热材料及装置还未见相关的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种从选材着手，对材料的组成及制备工艺进行优化设计，从而能够低成本地生产出一种太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置，其内部设有混凝土蓄热材料和换热管道，其外部设有用硅酸铝纤维制作的保温层，保温层内设有保温材料；换热管道有多个，均匀布置在混凝土蓄热材料中，在每个换热管道的外壁设有用于换热的金属肋片。

所述金属肋片可以采用不锈钢肋片。

所述混凝土蓄热材料可以由以下方法制成，其步骤包括：

（1）配料：

原料组成及其重量百分比和粒度为：重晶石骨料20～50％，粒度10～30 mm；钢渣或铜渣骨料20～40％，粒度1～10mm；铝酸盐水泥3～10％；300目矿渣粉5～20％；300目硅微粉1～10％；碳纤维1~5%，外加高效减水剂0.2～1％；

（2）制备：

将上述原料经干混均匀后，按原料总重量加5～8％的水，再混合均匀，然后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20～25℃温度下养护48小时，最后在100～120℃温度下烘烤24小时，冷却至室温，即得到所述混凝土蓄热材料。

所述混凝土蓄热材料的技术参数建议为：密度2.6-3.2g/cm³，抗压强度30~80MPa，抗折强度4~10MPa，体积热容110-150kWh/m³，热导率1.2-2.5W/mK，使用温度20-400℃。

在配料过程中，所述原料可以由以下重量百分比和粒度的原料替换：重晶石骨料50％，粒度10～30 mm；钢渣或铜渣骨料20％，粒度1～10mm；300目铝酸盐水泥10％；300目矿渣粉15％；300目硅微粉5％；外加高效减水剂0.2～1％。

所述外加高效减水剂可以采用聚羧酸型和缓凝剂复配减水剂。

本发明提供的上述太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置，其外形为长方体或正方体。

本发明为提高蓄热能力，可以将上述蓄热装置通过增加蓄热体积，并制备成不同体积的预制件，各预制件之间通过钢制的弯头进行连接，以串联的方式组成一个大的蓄热装置，满足不同功率的太阳能空调蓄热的要求。

本发明与现有技术相比具有以下的主要的优点：

1. 利用高效减水剂及低掺量铝酸盐水泥作为胶结剂，既大幅降低蓄热材料中水泥的用量和拌和用水量，又大幅提高蓄热材料在工作温度下的稳定性及使用寿命；

2. 由于选用钢渣、铜矿渣等热容大、热导率较高、热稳定较好的工业废渣作为集料，这样既解决了工业废渣的环境污染，又使改性混凝土的体积热容及热导率较传统混凝土材料提高40~80%，还可以降低成本约20%以上，同时根据传热学原理合理配置碳纤维，使新型混凝土蓄热材料的力学性能提高50%以上。

3. 由于包括蓄热混凝土和换热管道，换热管道的外壁具有换热不锈钢肋片，使得导热油换热速率提高50%以上，热量由换热管道传送给蓄热混凝土，使得蓄热系统更加安全可靠。

附图说明

图1是目前太阳能空调工作原理示意图。

图2是本发明蓄热器的结构示意图。

图3是本发明蓄热材料与管道的截面结构示意图。

图中：1.进口管；2.进口控制阀；3.混凝土蓄热材料；4.保温材料；5.换热管道；6.出口控制阀； 7.出口管； 8.肋片。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但并不局限于下面所述内容。

本发明提供的太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置，其组成中所用的混凝土蓄热材料3由以下方法制成：以重晶石、钢渣或铜渣为骨料，添加硅微粉、矿渣粉和铝酸盐水泥等微粉制备蓄热材料，该蓄热材料的工作温度可在20~400℃。具体实例如下：

实施例1

蓄热材料的原料组成的重量比和粒度为：重晶石骨料38%，粒度10～30mm；钢渣骨料32%，粒度1～10 mm；300目铝酸盐水泥8%；300目矿渣粉15%；300目硅微粉5%；碳纤维2%，直径10～30mm，外加高效减水剂0.3％。

本例和以下实施例中的碳纤维加热烘干后，添加到材料中。不仅改善能增加蓄热材料的力学性能，同时对制备材料的抗热震性有较大的贡献，极大地提高其使用的寿命。

原料经干混均匀后，按原料总重量加6%的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在 100-120℃温度下烘烤24小时。蓄热材料的密度为2.98g/cm³，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥50 MPa，抗折强度≥8MPa，综合热分析仪上测得体积热容145kWh/m³，导热仪测得热导率1.75W/mK。太阳能空调的功率为28KW, 运行时间为4小时，工作温度为180-250℃，混凝土蓄热器的长度为1.45m，截面为1.35m×1.35m，换热管按4×4对称均匀排布与混凝土中，换热管尺寸为Φ28×3 mm，相邻管道中心线距离为150 mm。保温材料为硅酸铝纤维，保温层的厚度585mm，换热介质为导热油(昆仑牌L-QC 320)，太阳能空调启动后，在1个小时内可以完成充热过程，在无太阳光照射的条件下，利用蓄热材料的热量，仍可使空调正常工作4小时。

实施例2

蓄热材料的原料组成的重量比和粒度为：重晶石骨料40%，粒度10～30mm；钢渣骨料30%，粒度1～10 mm；300目铝酸盐水泥6%；300目矿渣粉17%；300目硅微粉4%；碳纤维3%，直径10～30mm，外加高效减水剂0.4％。原料经干混均匀后，加6.5%的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。蓄热材料的密度为3.05g/cm³，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥40 MPa，抗折强度≥4MPa，综合热分析仪上测得体积热容136kWh/m³，导热仪测得热导率1.65W/mK。太阳能空调的功率为28KW，运行时间为4小时，工作温度为180-250℃，混凝土蓄热器的长度为1.25m，截面为1.15m×1.15m，换热管按4×4对称均匀排布与混凝土中，换热管尺寸为Φ28×3 mm，相邻管道中心线距离为150 mm。保温材料为硅酸铝纤维，保温层的厚度510mm，换热介质为导热油(昆仑牌L-QC 320)，太阳能空调启动后，在1个小时内可以完成充热过程，在无太阳光照射的条件下，利用蓄热材料的热量，仍可使空调正常工作4小时。

实施例3

蓄热材料的原料组成的重量比和粒度为：重晶石骨料45%，粒度10～30mm；钢渣骨料25%，粒度1～10 mm；300目铝酸盐水泥10%；300目矿渣粉13%；300目硅微粉5%；碳纤维2%，直径10～30mm，外加高效减水剂0.35％。原料经干混均匀后，加6.8%的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。蓄热材料的密度为2.89g/cm³，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥30 MPa，抗折强度≥6MPa，综合热分析仪上测得体积热容125kWh/m³，导热仪测得热导率1.56W/mK。太阳能空调的功率为20KW，运行时间为4小时，工作温度为180-250℃，混凝土蓄热器的长度为1.05m，截面为0.95m×0.95m，换热管按4×4对称均匀排布与混凝土中，换热管尺寸为Φ28×3 mm，相邻管道中心线距离为150 mm。保温材料为硅酸铝纤维，保温层的厚度502mm，换热介质为导热油(昆仑牌L-QC 320)，太阳能空调启动后，在1个小时内可以完成充热过程，在无太阳光照射的条件下，利用蓄热材料的热量，仍可使空调正常工作4小时。

实施例4

蓄热材料的原料组成的重量比和粒度为：重晶石骨料35%，粒度10～30mm；钢渣骨料35%，粒度1～10 mm；300目铝酸盐水泥7%；300目矿渣粉16%；300目硅微粉4%；碳纤维3%，直径10～30mm，外加高效减水剂0.32％。原料经干混均匀后，加7%的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。蓄热材料的密度为2.85g/cm³，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥35 MPa，抗折强度≥3.5MPa，综合热分析仪上测得体积热容125kWh/m³，导热仪测得热导率1.55W/mK。太阳能空调的功率为20KW，运行时间为4小时，工作温度为180-250℃，混凝土蓄热器的长度为1.15m，截面为1.05m×1.05m，换热管按4×4对称均匀排布与混凝土中，换热管尺寸为Φ28×3 mm，相邻管道中心线距离为150 mm。保温材料为硅酸铝纤维，保温层的厚度540mm，换热介质为导热油(昆仑牌L-QC 320)，太阳能空调启动后，在1个小时内可以完成充热过程，在无太阳光照射的条件下，利用蓄热材料的热量，仍可使空调正常工作4小时。

实施例5

蓄热材料的原料组成的重量比和粒度为：重晶石骨料30%，粒度10～30mm；铜渣骨料40%，粒度1～10 mm；300目铝酸盐水泥6%；300目矿渣粉17%；300目硅微粉3%；碳纤维4%，直径10～30mm，外加高效减水剂0.45％。原料经干混均匀后，加6.5%的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。蓄热材料的密度为2.78g/cm³，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥30 MPa，抗折强度≥4MPa，综合热分析仪上测得体积热容125kWh/m³，导热仪测得热导率1.45W/mK。太阳能空调的功率为15KW，运行时间为4小时，工作温度为180-250℃，混凝土蓄热器的长度为1.10m，截面为0.85m×0.85m，换热管按4×4对称均匀排布与混凝土中，换热管尺寸为Φ28×3 mm，相邻管道中心线距离为150 mm。保温材料为硅酸铝纤维，保温层的厚度515mm，换热介质为导热油(昆仑牌L-QC 320)，太阳能空调启动后，在1个小时内可以完成充热过程，在无太阳光照射的条件下，利用蓄热材料的热量，仍可使空调正常工作4小时。

实施例6

蓄热材料的原料组成的重量比和粒度为：重晶石骨料30%，粒度10～30mm；铜渣骨料40%，粒度1～10 mm；300目铝酸盐水泥5%；300目矿渣粉18%；300目硅微粉5%；碳纤维2%，直径10～30mm，外加高效减水剂0.25％。原料经干混均匀后，加7.5%的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。蓄热材料的密度为2.65g/cm³，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥30 MPa，抗折强度≥3MPa，综合热分析仪上测得体积热容115kWh/m³，导热仪测得热导率1.35W/mK。太阳能空调的功率为15KW，运行时间为4小时，工作温度为180-250℃，混凝土蓄热器的长度为1.16m，截面为0.90m×0.90m，换热管按4×4对称均匀排布与混凝土中，换热管尺寸为Φ28×3 mm，相邻管道中心线距离为150 mm。保温材料为硅酸铝纤维，保温层的厚度520mm，换热介质为导热油(昆仑牌L-QC 320)，太阳能空调启动后，在1个小时内可以完成充热过程，在无太阳光照射的条件下，利用蓄热材料的热量，仍可使空调正常工作4小时。

实施例7

蓄热材料的原料组成的重量比和粒度为：重晶石骨料45%，粒度10～30mm；铜渣骨料25%，粒度1～10 mm；300目铝酸盐水泥8%；300目矿渣粉15%；300目硅微粉4%；碳纤维3%，直径10～30mm，外加高效减水剂0.40％。原料经干混均匀后，加8%的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。蓄热材料的密度为3.02 g/cm³，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥40 MPa，抗折强度≥6MPa，综合热分析仪上测得体积热容140kWh/m³，导热仪测得热导率1.85W/mK。太阳能空调的功率为10KW，运行时间为4小时，工作温度为180-250℃，混凝土蓄热器的长度为1.05m，截面为0.85m×0.85m,换热管按4×4对称均匀排布与混凝土中，换热管尺寸为Φ28×3 mm，相邻管道中心线距离为150 mm。保温材料为硅酸铝纤维，保温层的厚度450mm，换热介质为导热油(昆仑牌L-QC 320)，太阳能空调启动后，在1个小时内可以完成充热过程，在无太阳光照射的条件下，利用蓄热材料的热量，仍可使空调正常工作4小时。

实施例8

蓄热材料的原料组成的重量比和粒度为：重晶石骨料48%，粒度10～30mm；铜渣骨料22%，粒度1～10 mm；300目铝酸盐水泥10%；300目矿渣粉13%；300目硅微粉5%；碳纤维2%，直径10～30mm，外加高效减水剂0.45％。原料经干混均匀后，加6%的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。蓄热材料的密度为3.2g/cm³，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥50 MPa，抗折强度≥8MPa，综合热分析仪上测得体积热容150kWh/m³，导热仪测得热导率2.4W/mK。太阳能空调的功率为10KW，运行时间为4小时，工作温度为180-250℃，混凝土蓄热器的长度为0.95m，截面为0.75m×0.75m，换热管按4×4对称均匀排布与混凝土中，换热管尺寸为Φ28×3 mm，相邻管道中心线距离为150 mm。保温材料为硅酸铝纤维，保温层的厚度480mm，换热介质为导热油(昆仑牌L-QC 320)，太阳能空调启动后，在1个小时内可以完成充热过程，在无太阳光照射的条件下，利用蓄热材料的热量，仍可使空调正常工作4小时。

实施例9

蓄热材料的原料组成的重量比和粒度为：重晶石骨料50%，粒度10～30mm；铜渣骨料20%，粒度1～10 mm；300目铝酸盐水泥10%；300目矿渣粉13%；300目硅微粉5%；碳纤维1%，直径10～30mm，外加高效减水剂1％。原料经干混均匀后，加6%的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。蓄热材料的密度为3.2g/cm³，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥50 MPa，抗折强度≥8MPa，综合热分析仪上测得体积热容150kWh/m³，导热仪测得热导率2.4W/mK。太阳能空调的功率为10KW，运行时间为4小时，工作温度为180-250℃，混凝土蓄热器的长度为0.95m，截面为0.75m×0.75m，换热管按4×4对称均匀排布与混凝土中，换热管尺寸为Φ28×3 mm，相邻管道中心线距离为150 mm。保温材料为硅酸铝纤维，保温层的厚度480mm，换热介质为导热油(昆仑牌L-QC 320)，太阳能空调启动后，在1个小时内可以完成充热过程，在无太阳光照射的条件下，利用蓄热材料的热量，仍可使空调正常工作4小时。

实施例10

蓄热材料的原料组成的重量比和粒度为：重晶石骨料20%，粒度10～30mm；铜渣骨料40%，粒度1～10 mm；300目铝酸盐水泥10%；300目矿渣粉20%；300目硅微粉7%；碳纤维2%，直径10～30mm，外加高效减水剂1％。原料经干混均匀后，加7.5%的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。蓄热材料的密度为2.60g/cm³，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥30 MPa，抗折强度≥3MPa，综合热分析仪上测得体积热容115kWh/m³，导热仪测得热导率1.28W/mK。太阳能空调的功率为15KW，运行时间为4小时, 工作温度为180-250℃，混凝土蓄热器的长度为1.16m，截面为0.90m×0.90m，换热管按4×4对称均匀排布与混凝土中，换热管尺寸为Φ28×3 mm，相邻管道中心线距离为150 mm。保温材料为硅酸铝纤维，保温层的厚度530mm，换热介质为导热油(昆仑牌L-QC 320)，太阳能空调启动后，在1个小时内可以完成充热过程，在无太阳光照射的条件下，利用蓄热材料的热量，仍可使空调正常工作4小时。

实施例11

蓄热材料的原料组成的重量比和粒度为：重晶石骨料29.8%，粒度10～30mm；铜渣骨料40%，粒度1～10 mm；300目铝酸盐水泥10%；300目矿渣粉5%；300目硅微粉10%；碳纤维5%，直径10～30mm，外加高效减水剂0.2％。原料经干混均匀后，加7.5%的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。蓄热材料的密度为2.62g/cm³，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥30 MPa，抗折强度≥3MPa，综合热分析仪上测得体积热容115kWh/m³，导热仪测得热导率1.32W/mK。太阳能空调的功率为15KW，运行时间为4小时，工作温度为180-250℃，混凝土蓄热器的长度为1.16m，截面为0.90m×0.90m，换热管按4×4对称均匀排布与混凝土中，换热管尺寸为Φ28×3 mm，相邻管道中心线距离为150 mm。保温材料为硅酸铝纤维，保温层的厚度510mm，换热介质为导热油(昆仑牌L-QC 320)，太阳能空调启动后，在1个小时内可以完成充热过程，在无太阳光照射的条件下，利用蓄热材料的热量，仍可使空调正常工作4小时。

实施例12

蓄热材料的原料组成的重量比和粒度为：重晶石骨料38.8%，粒度10～30mm；铜渣骨料40%，粒度1～10 mm；300目铝酸盐水泥10%；300目矿渣粉5%；300目硅微粉1%；碳纤维5%，直径10～30mm，外加高效减水剂0.2％。原料经干混均匀后，加7.5%的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。蓄热材料的密度为2.72g/cm³，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥30 MPa，抗折强度≥3MPa，综合热分析仪上测得体积热容115kWh/m³，导热仪测得热导率1.45W/mK。太阳能空调的功率为15KW，运行时间为4小时，工作温度为180-250℃，混凝土蓄热器的长度为1.16m，截面为0.90m×0.90m,换热管按4×4对称均匀排布与混凝土中，换热管尺寸为Φ28×3 mm，相邻管道中心线距离为150 mm。保温材料为硅酸铝纤维，保温层的厚度490mm，换热介质为导热油(昆仑牌L-QC 320)，太阳能空调启动后，在1个小时内可以完成充热过程，在无太阳光照射的条件下，利用蓄热材料的热量，仍可使空调正常工作4小时。

上述实施例1-12所述混凝土中的高效减水剂的添加是以混凝土的总质量来计算，所以蓄热材料的原料组成的总质量不是100%。该高效减水剂可以采用聚羧酸型和缓凝剂复配减水剂。

实施例13：

将上述实施例1-12制备的蓄热材料即混凝土蓄热材料3用于太阳能空调装置，由此构成太阳能空调用蓄热装置。

所述混凝土蓄热材料3用于太阳能空调装置后，其工作原理是：参见图1，当有光照时，集热器首先集热，开动油泵后，导热油在管道中循环加热，推动太阳能空调工作，多余的能量蓄存在蓄热器中，无光照时，则利用导热油从蓄热器中取热，推动太阳能空调工作。

所述蓄热器的结构和工作原理是：导热油从进口管1进，进口管上装有进口控制阀2，工作时首先导热油通过进口管流进后，通过进口控制阀来调节开关和流量的大小，并通过混凝土蓄热材料3将能量蓄存在起来。导热油经出口管7流出形成换热循环，并在出口管上装有出口控制阀6来调节出口的油量。蓄热器中的热量交换是通过换热管道5来进行，为防止蓄热材料散热损耗，以硅酸铝纤维做保温材料4。

太阳能空调用蓄热装置的结构如图2和图3所示：该装置的整体结构为一长方形的蓄热块体，此蓄热块体中包含混凝土蓄热材料3和换热管道5。换热管道5有多个，均匀布置在混凝土蓄热材料3中。为增加热量交换的效率，在每个换热管道5的外壁具有换热不锈钢肋片8。蓄热块体的外部包含有硅酸铝纤维制作的保温层，保温层内设有保温材料4。

为提高蓄热能力可以通过增加蓄热体积并可制备成不同体积的预制件，通过钢制的弯头进行连接，以串联的方式组成一个大的蓄热装置，满足不同功率的空调蓄热要求。

Claims

1.一种太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置，其特征在于该装置内部设有混凝土蓄热材料（3）和换热管道（5），该装置的外部设有用硅酸铝纤维制作的保温层，保温层内设有保温材料（4）；换热管道（5）有多个，均匀布置在混凝土蓄热材料（3）中，在每个换热管道的外壁设有用于换热的金属肋片（8）。

2.根据权利要求1所述的太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置，其特征在于所述金属肋片（8）是不锈钢肋片。

3.根据权利要求1所述的太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置，其特征在于所述混凝土蓄热材料（3）由以下方法制成，其步骤包括：

（1）配料：

（2）制备：

将上述原料经干混均匀后，按原料总重量加5～8％的水，再混合均匀，然后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20～25℃温度下养护48小时，最后在100～120℃温度下烘烤24小时，冷却至室温，即得到所述混凝土蓄热材料（3）。

4.根据权利要求3所述的太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置，其特征在于所述混凝土蓄热材料（3）技术参数为：密度2.6-3.2g/cm³，抗压强度30~80MPa，抗折强度4~10MPa，体积热容110-150kWh/m³，热导率1.2-2.5W/mK，使用温度20-400℃。

5.根据权利要求3所述的太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置，其特征是在配料过程中，由以下重量百分比和粒度的原料替换：重晶石骨料50％，粒度10～30 mm；钢渣或铜渣骨料20％，粒度1～10mm；300目铝酸盐水泥10％；300目矿渣粉15％；300目硅微粉5％；外加高效减水剂0.2～1％。

6.根据权利要求3所述的太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置，其特征在于所述外加高效减水剂采用聚羧酸型和缓凝剂复配减水剂。

7.根据权利要求1所述的太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置，其特征在于该装置的外形为长方体或正方体。

8.根据权利要求1所述的太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置，其特征在于该装置通过增加蓄热体积，并制备成不同体积的预制件，各预制件之间通过钢制的弯头进行连接，以串联的方式组成一个大的蓄热装置，满足不同功率的太阳能空调蓄热的要求。