CN106311053A - 可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置，其特征在于该装置包括滚筒装置本体、加热桶、动力单元和槽式太阳能集热器，所述滚筒装置本体固定于加热桶内，滚筒装置本体通过动力单元驱动在加热桶内转动，槽式太阳能集热器与加热桶连接；所述滚筒装置本体为六棱柱体，滚筒装置本体的一个侧面为可拆卸法兰式，该侧面上通过密封螺钉连接有端盖，端盖外部上设置有内盖拆卸把手和真空抽气孔；所述加热桶上设有加热桶上盖，加热桶上盖上设置有放气孔、观察孔和上盖把手；所述动力单元包括电机、变频器和动力传动轴，电机一端与变频器连接，另一端与动力传动轴一端连接，动力传动轴的另一端依次水平穿过加热桶和滚筒装置本体。

Description

可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置

技术领域

本发明涉及用于建筑节能围护结构中制备复合相变蓄能材料的装置技术领域，具体涉及可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置。

背景技术

目前节能减排已经日益受到我们每个人的重视。随着人们对室内建筑环境舒适度要求的不断提高，暖气、空调这些调节改良生活环境的设备也更多的应用于千家万户。在改善生活品质的同时也带来了很多的影响，建筑能耗呈逐年增加趋势。随着能源危机的出现，能量的储存与利用越来越受到人们的关注。把相变材料添加到建筑材料中制作一些相变建筑材料，这些相变建筑材料有着比较高的热容，可有效地存储能量从而降低建筑能耗。

建筑行业在我国国民经济的发展中占有比较重要的地位，从我国能源消费总量看，建筑能耗具有比较大的占比。我国目前是一个发展中国家，人口众多，我国新增住房面积每年高达17～18亿平方米，目前的建筑总量接近400亿平方米，在这近400亿平方米的建筑物中，仅有约1％可被称为＂节能建筑＂。

虽然在建筑领域的应用有着诱人的前景，但将复合相变蓄能材料与建筑围护结构相结合，让复合相变蓄能材料参与调控建筑维护结构室内温度的变化，首先需要解决的问题就是相变材料在发生熔化凝固相态变化的过程中的液体泄漏问题。

将相变材料与多孔材料通过真空吸附复合，使多孔材料内部的多孔结构被相变材料完全填充。目前大多是在实验室人工小批量的制备，而申请人在先专利一种复合相变颗粒的生产装置(ZL201620031827.3)，能够大批量地制备复合相变颗粒。该装置滚筒为立式，这种安装方式适用于对液体的搅拌，对于固体颗粒的搅拌混合不利，容易造成混合不均匀；并且波轮搅拌盘下部与内筒本体之间的孔隙中填充的相变材料不能与波轮搅拌盘上部的多孔材料接触，完成吸附，造成了相变材料的浪费，且相变材料和多孔材料有最佳吸附比，由于此孔隙的存在不能确定参加吸附过程相变材料的质量，导致多孔材料添加量的不确定性。另一方面，制备相变颗粒的目的就是使建筑节能，但是此装置在制备过程中为了使相变材料熔化吸附进多孔材料中，会消耗很多电能用于加热相变材料，这就造成了能量的浪费。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置，该装置通过槽式太阳能集热器持续给加热桶中的热媒进行加热，通过动力传动轴带动滚筒装置本体进行转动搅拌，为滚筒装置本体内部提供合适的真空吸附热环境，以机械运动方式和太阳能解决了劳动强度大，生产效率低，材料浪费，混合不均匀，加热耗能的问题。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置，其特征在于该装置包括滚筒装置本体、加热桶、动力单元和槽式太阳能集热器，所述滚筒装置本体固定于加热桶内，滚筒装置本体通过动力单元驱动在加热桶内转动，槽式太阳能集热器与加热桶连接；

所述滚筒装置本体为六棱柱体，滚筒装置本体的一个侧面为可拆卸法兰式，该侧面上通过密封螺钉连接有端盖，端盖外部上设置有内盖拆卸把手和真空抽气孔；所述加热桶上设有加热桶上盖，加热桶上盖上设置有放气孔、观察孔和上盖把手；所述动力单元包括电机、变频器和动力传动轴，电机一端与变频器连接，另一端与动力传动轴一端连接，动力传动轴的另一端依次水平穿过加热桶和滚筒装置本体，且动力传动轴与滚筒装置本体的轴线重合；所述槽式太阳能集热器的出水管上连接有温度传感器，温度传感器通过温度控制器与继电器一端连接，继电器另一端连接循环水泵；槽式太阳能集热器的出水口同时与加热桶的进水口连接，槽式太阳能集热器的进水口通过循环水泵与加热桶的出水口连接。

上述可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置的使用方法，该方法的具体步骤是：

1)连接装置并添加材料通过槽式太阳能集热器连接加热桶的进水口和出水口，向加热桶内提供热水，通过温度控制器设定温度；按比例向滚筒装置本体内添加相变材料和多孔材料，相变材料和多孔材料的总体积为滚筒装置本体容积的30％-60％，然后再通过密封螺钉连接固定端盖；

2)抽真空将端盖上的真空抽气孔连接到外部循环水真空抽气装置，通过外部循环水真空抽气装置给滚筒装置本体内部提供一个稳定的真空度，真空度为0.08MPa-0.1MPa；

3)搅拌通过变频器调控电机的转动速率，电机提供动力使滚筒装置本体转动起来，从而使滚筒装置本体内部的多孔材料和相变材料充分吸附；

4)卸料关闭电机，打开端盖上的真空抽气孔，拧开端盖上的密封螺钉，通过内盖拆卸把手把端盖卸下来，卸料，即制备出复合相变蓄能材料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)节约能源。本发明通过槽式太阳能集热器持续给加热桶中的热媒进行加热，利用其高集热效率的特点，在相同的太阳辐射下输出更多的热水。其另一个明显的优点是，能够随时灵活的调节槽的角度，最大限度的吸收热量，为外部加热筒提供充足的热量。

(2)混合均匀。本发明将电机与变频器相连来调节电机的转动速率，通过动力传动轴带动滚筒装置本体进行转动搅拌，不存在搅拌死角，且通过真空孔对滚筒装置本体内部抽真空，以排出多孔材料其微孔内的空气，使相变材料与多孔材料充分混合。

(3)节约材料。本发明中的滚筒装置本体以卧式方式连接，可以保证相变材料和多孔材料的充分接触，所有材料全部参加真空吸附反应，只要以最佳配比添加相变材料和多孔材料，就可以制备高质量的相变材料。

(4)批量生产。本发明通过大容量的滚筒装置本体可以根据生产要求添加足量的相变材料和多孔材料，制备复合相变材料，生产效率高。

附图说明

图1是本发明可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置的整体构造的结构示意图；

图2是本发明可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置的滚筒装置本体(除端盖)的立体结构示意图；

图3是本发明节能型复合相变蓄能材料加工装置实施例1所用相变材料的凝固熔化DSC曲线图；

图4是本发明节能型复合相变蓄能材料加工装置实施例1制备得到的复合相变蓄能材料的凝固熔化DSC曲线图；

图中，1—滚筒装置本体；2—加热桶；3—动力单元；4—槽式太阳能集热器；1-1—真空抽气孔；1-2—内盖拆卸把手；2-1—放气孔；2-2—观察孔；2-3—上盖把手；2-4—加热桶上盖；2-5—进水口；2-6—出水口；3-1—三相异步电机；3-2—动力传动轴；3-3—变频器；4-1—温度传感器。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本发明可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置(简称装置，参见图1-2)，包括滚筒装置本体1、加热桶2、动力单元3和槽式太阳能集热器4，所述滚筒装置本体1固定于加热桶2内，滚筒装置本体1通过动力单元3驱动在加热桶内转动，槽式太阳能集热器4与加热桶2连接；

所述滚筒装置本体1为六棱柱体，安装方式为卧式，在转动时可以保证相变材料和多孔材料充分接触混合，且全部参加吸附反应，滚筒装置本体1的一个侧面为可拆卸法兰式，该侧面上通过密封螺钉连接有端盖，端盖外部上设置有内盖拆卸把手1-2和真空抽气孔1-1；所述加热桶2上设有加热桶上盖2-4，加热桶上盖2-4盖在加热桶本体上，加热桶上盖与加热桶本体之间通过活页连接，加热桶上盖2-4上设置有放气孔2-1、观察孔2-2和上盖把手2-3；所述动力单元3包括电机3-1、变频器3-3和动力传动轴3-2，电机3-1一端与变频器3-3连接，另一端与动力传动轴3-2一端连接，动力传动轴的另一端依次水平穿过加热桶2和滚筒装置本体1，且动力传动轴与滚筒装置本体的轴线重合；所述槽式太阳能集热器4的出水管上通过三通连接有温度传感器4-1，温度传感器4-1通过温度控制器与继电器一端连接，继电器另一端连接循环水泵；槽式太阳能集热器4的出水口同时与加热桶2的进水口2-5连接，槽式太阳能集热器4的进水口通过循环水泵与加热桶的出水口2-6连接。

本发明可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置的使用方法的具体步骤是：

1)连接装置并添加材料通过槽式太阳能集热器4连接加热桶的进水口2-5和出水口2-6，向加热桶内提供热水，温度控制器的温度设定值为50℃；按比例向滚筒装置本体内添加相变材料和多孔材料，相变材料和多孔材料的总体积为滚筒装置本体容积的30％-60％，然后再通过密封螺钉连接固定端盖；

2)抽真空将端盖上的真空抽气孔1-1连接到外部循环水真空抽气装置，通过外部循环水真空抽气装置给滚筒装置本体1内部提供一个稳定的真空度，真空度为0.08MPa-0.1MPa；

3)搅拌通过变频器3-2调控电机3-1的转动速率,电机3-1提供动力使滚筒装置本体1转动起来，从而使滚筒装置本体1内部的多孔材料和相变材料充分吸附；

4)卸料关闭电机3-1，打开端盖上的真空抽气孔1-1，拧开端盖上的密封螺钉，通过内盖拆卸把手1-2把端盖卸下来，卸料，即制备出复合相变蓄能材料。

本发明装置的工作原理及过程是：通过外部循环水真空抽气装置给滚筒装置本体内部提供一个稳定的真空度，将电机与变频器相连来调节电机的转动速率，电机与动力传动轴相连，通过动力传动轴带动滚筒装置本体进行转动搅拌，从而进行真空吸附；通过温度传感器向温度控制器传递太阳能集热器出水口水温度信号，当太阳能集热器的出水口温度高于温度控制器设定值时，与温度控制器相连的继电器启动，与继电器相连的循环水泵因此会通电启动运行，反之循环水泵停止运行，槽式太阳能集热器采用循环水泵对管路水系统进行增压，从而向加热桶内提供满足一定温度的热水。

本发明装置在使用时，先将多孔材料和相变材料按一定质量比添加到滚筒装置本体1内部，然后再通过密封螺钉连接固定端盖，待端盖固定好且气密性良好时，将端盖上的真空抽气孔1-1连接到外部循环水真空抽气装置，通过外部循环水真空抽气装置给滚筒装置本体1内部提供一个稳定的真空度，然后再关闭真空抽气孔上的阀门，使滚筒装置本体1内部能维持在一个稳定的真空状态。由于滚筒装置本体1内部处于负压状态，多孔材料内部孔隙中的空气将会发生溢出，与此同时，液态相变材料将进入到多孔材料的内部孔隙中。然后通过水媒介产生的气体给滚筒装置本体1进行加热，从而使滚筒装置本体1内部的相变材料受热熔化，更好的被多孔材料所吸附，槽式太阳能集热器4利用太阳能加热水媒介，解决了在制备复合相变材料的过程中加热耗能的问题。在滚筒装置本体1内部进行真空吸附的过程中，电机提供动力使滚筒装置本体1转动起来，从而使滚筒装置本体1内部的多孔材料和相变材料吸附充分。电机与变频器连接，能给滚筒装置本体1提供适宜的转动速度。

本发明装置主要用于建筑节能围护结构中复合相变蓄能材料的制备，所用相变材料可以为石蜡类、脂肪酸及其脂或盐类化合物、醇类、聚烯烃类和聚酰胺等固液相变材料；所用多孔材料可以为膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、轻质多孔陶砂、膨胀石墨等。

实施例1

本实施例可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置(简称装置，参见图1-2)，包括滚筒装置本体1、加热桶2、动力单元3和槽式太阳能集热器4，所述滚筒装置本体1固定于加热桶2内，滚筒装置本体1通过动力单元3驱动在加热桶内转动，槽式太阳能集热器4与加热桶2连接；

所述滚筒装置本体1为六棱柱体，安装方式为卧式，在转动时可以保证相变材料和多孔材料充分接触混合，且全部参加吸附反应，滚筒装置本体1的一个侧面为可拆卸法兰式，该侧面上通过密封螺钉连接有端盖，端盖外部上设置有内盖拆卸把手1-2和真空抽气孔1-1；所述加热桶2上设有加热桶上盖2-4，加热桶上盖与加热桶本体之间通过活页连接，加热桶上盖2-4上设置有放气孔2-1、观察孔2-2和上盖把手2-3；所述动力单元3包括电机3-1、变频器3-3和动力传动轴3-2，电机3-1一端与变频器3-3连接，另一端与动力传动轴3-2一端连接，动力传动轴的另一端依次水平穿过加热桶2和滚筒装置本体1，且动力传动轴与滚筒装置本体的轴线重合；所述槽式太阳能集热器4的出水管上通过三通连接有温度传感器4-1，温度传感器4-1通过温度控制器与继电器一端连接，继电器另一端连接循环水泵；槽式太阳能集热器4的出水口同时与加热桶2的进水口2-5连接，槽式太阳能集热器4的进水口通过循环水泵与加热桶的出水口2-6连接。

本实施例所用多孔材料为膨胀珍珠岩EP，相变材料为十四醇TD和月桂酸LA组成的混合物，十四醇TD和月桂酸LA的质量比为55％：45％，使用时将多孔材料与相变材料按照1：1的质量比。

本实施例装置的具体使用方法是：

1)连接装置并添加材料通过槽式太阳能集热器4连接加热桶的进水口2-5和出水口2-6，向加热桶内提供热水，温度控制器的温度设定值为50℃；按比例向滚筒装置本体内添加相变材料(十四醇TD添加5.5kg，月桂酸LA添加4.5kg)和多孔材料(膨胀珍珠岩EP添加量为10kg)，相变材料和多孔材料的总体积为滚筒装置本体容积的50％，然后再通过密封螺钉连接固定端盖；

2)抽真空将端盖上的真空抽气孔1-1连接到外部循环水真空抽气装置，通过外部循环水真空抽气装置给滚筒装置本体1内部提供一个稳定的真空度，真空度为0.08MPa；

3)搅拌通过变频器3-2调控电机3-1的转动速率，电机3-1的转动速率为60r/min，电机3-1提供动力使滚筒装置本体1转动起来，从而使滚筒装置本体1内部的多孔材料和相变材料充分吸附，反应时间为6h；

4)卸料关闭电机3-1，打开端盖上的真空抽气孔1-1，拧开端盖上的密封螺钉，通过内盖拆卸把手1-2把端盖卸下来，卸料，即制备出复合相变蓄能材料。

加热桶中的导热液体是水媒介，通过槽式太阳能集热器给水媒介加热。温度控制器的温度设定值为50℃，当太阳能集热器出水口温度高于温度控制器设定值时，与温度控制器相连的继电器启动，与继电器相连的循环水泵因此会通电启动运行，反之循环水泵停止运行。通过槽式太阳能集热器利用太阳能加热水媒介，解决了在制备复合相变蓄能材料的过程中加热耗能的问题。

图4为本实施例制备得到的复合相变蓄能材料的凝固熔化DSC曲线趋势，图3为本实施例所用相变材料的熔化凝固DSC曲线趋势，二者从图中看熔化凝固DSC曲线趋势保持一致。复合相变蓄能材料发生固液相变，熔化吸热，熔化相变点为24.9℃，熔化潜热为78.2J/g，与石蜡的熔化潜热值相比，复合相变蓄能材料的熔化潜热值是相变材料的熔化潜热值162.7J/g的48.06％。在温度降低的过程中，复合相变蓄能材料中的相变材料凝固放热，从放热曲线中可知，复合相变蓄能材料的凝固相变点25.2℃，凝固潜热值为81.3J/g，复合相变蓄能材料的凝固潜热值是石蜡凝固潜热值165.3J/g的49.18％。这表明相变材料/多孔材料复合相变蓄能材料仍保持着相变材料原有的高相变潜热特性。

可知通过本发明装置生产的复合相变蓄能材料具有很高的热性能和合适的相变点，表明本发明装置进行批量化生产复合相变蓄能材料是切实可行的。

以上说述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所做的形式和细节的各种改变皆涵盖在本申请权利要求的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置，其特征在于该装置包括滚筒装置本体、加热桶、动力单元和槽式太阳能集热器，所述滚筒装置本体固定于加热桶内，滚筒装置本体通过动力单元驱动在加热桶内转动，槽式太阳能集热器与加热桶连接；

所述滚筒装置本体为六棱柱体，滚筒装置本体的一个侧面为可拆卸法兰式，该侧面上通过密封螺钉连接有端盖，端盖外部上设置有内盖拆卸把手和真空抽气孔；所述加热桶上设有加热桶上盖，加热桶上盖上设置有放气孔、观察孔和上盖把手；所述动力单元包括电机、变频器和动力传动轴，电机一端与变频器连接，另一端与动力传动轴一端连接，动力传动轴的另一端依次水平穿过加热桶和滚筒装置本体，且动力传动轴与滚筒装置本体的轴线重合；所述槽式太阳能集热器的出水管上连接有温度传感器，温度传感器通过温度控制器与继电器一端连接，继电器另一端连接循环水泵；槽式太阳能集热器的出水口同时与加热桶的进水口连接，槽式太阳能集热器的进水口通过循环水泵与加热桶的出水口连接。

2.权利要求1所述的可利用太阳能热源的节能型复合相变蓄能材料加工装置的使用方法，该方法的具体步骤是：

1）连接装置并添加材料 通过槽式太阳能集热器连接加热桶的进水口和出水口，向加热桶内提供热水，通过温度控制器设定温度；按比例向滚筒装置本体内添加相变材料和多孔材料，相变材料和多孔材料的总体积为滚筒装置本体容积的30%-60%，然后再通过密封螺钉连接固定端盖；

2）抽真空 将端盖上的真空抽气孔连接到外部循环水真空抽气装置，通过外部循环水真空抽气装置给滚筒装置本体内部提供一个稳定的真空度，真空度为0.08MPa-0.1MPa；

3）搅拌 通过变频器调控电机的转动速率，电机提供动力使滚筒装置本体转动起来，从而使滚筒装置本体内部的多孔材料和相变材料充分吸附；

4）卸料 关闭电机，打开端盖上的真空抽气孔，拧开端盖上的密封螺钉，通过内盖拆卸把手把端盖卸下来，卸料，即制备出复合相变蓄能材料。