CN108871031A - 一种相变储热装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种相变储热装置及其使用方法，包括：储料管，储料管盘设于格栅上，且储料管呈螺旋状盘绕，或者蛇形盘绕，或者与格栅的经纬交叉盘绕，或者将储料管进行经纬交叉编织而成的经纬结构固定在格栅上，储料管内灌装有相变材料。结构简单，相变材料能够一次灌装充满整个储料管，封装相变材料容量大，封装便捷；便于安装、拆卸和组合，清洗和维护方便，相变材料的使用量可根据季节和气候条件的变化增加或减少，可进行保护性储存，调整方便、适应性强；相变材料通过储料管壁与室内环境相互作用，作用面积大，内部传热快，便于通过辐射和对流吸放热；相变材料的吸放热循环得到充分利用，相变材料的过冷、相分离和材料混合不均等现象可通过简单的振动等技术手段改善，使用寿命长。

Description

一种相变储热装置及其使用方法

技术领域：

本发明涉及日光温室相变储热技术领域，具体涉及一种相变储热装置及其使用方法。

背景技术：

日光温室是我国北方重要的农业生产设施，是由透明覆盖膜和夜间保温覆盖物、墙体构成的相对封闭的热湿环境系统。日光温室使北方地区在低温季节进行蔬菜水果生产成为可能，然而生产实践中作物的冷害、冻害时有发生，常规加温措施能耗大、费用高，蔬菜水果的时令性也受到影响。

相变储热技术利用相变材料随相态的变化释放或贮存较多潜热量的性质，近年来在能源、建筑、纺织等领域取得了较快的发展，用于日光温室中可将日间的热能储存到相变材料内，夜间以空气为热媒将相变材料内的热能释放出来，达到为温室加温的目的。实际应用中主要有三种方式：一是将相变材料封装在多孔砌块内部，将封装了相变材料的砌块砌筑在墙体室内一侧吸热和放热；二是将相变胶囊材料与胶凝材料混合后形成相变胶囊砂浆，在墙体内表面抹面施工，形成一定厚度的相变材料层吸热和放热；三是将相变材料储存在罐体内，罐体内部设置密集分布的管路，管路内部通流体且与罐内相变材料隔离，管路内流体通过管壁与相变材料相互作用吸热和放热。

使用相变胶囊材料的方式，材料制造工艺要求较高，胶囊与砂浆中的其它材料相容性差，施工后即成为永久构筑物，不能拆卸和调整，远离墙体内表面的相变材料吸放热缓慢；将相变材料封装在多孔砌块内部，因砌块内部空间有限且连通性差，相变材料的使用量受限且与空气的对流传热不畅，封装工艺繁琐；将相变材料储存在罐体内，通过罐内管路内流体流动与相变材料发生热量交换，系统复杂，设备成本高，罐内容积有限，管内流体流动多数条件下需要外部动力作用。可见，已有技术存在相变材料的用量有限且调整困难、工艺要求和造价高、施工和维护繁琐的问题。另外过冷、相分离和材料混合不均等现象对相变材料性能的影响较大，相变材料的效能发挥不充分，系统使用寿命短。因此，研究施工和维护方便、造价低廉、可灵活调整相变材料用量、使用寿命长的相变储热装置和使用方法具有重要的意义。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种相变储热装置及其使用方法，能够提高相变材料的工作效率、延长相变材料的使用寿命，相变材料的封装容易、用量易调整，系统简单、占用空间小、造价低廉，安装、拆卸和维护方便。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种相变储热装置，包括：储料管，所述储料管盘设于格栅上，且所述储料管呈螺旋状盘绕，或者蛇形盘绕，或者与所述格栅的经纬交叉盘绕，或者将所述储料管进行经纬交叉编织而成的经纬结构固定在格栅上，所述储料管内灌装有相变材料。

所述储料管设置于所述格栅的一面或者双面。

所述格栅围设有外框。

所述储料管为透明管。

所述储料管为波纹管。

所述储料管管壁上设置有加强筋。

上述一种相变储热装置的使用方法，具体步骤如下：

步骤一：调配相变材料

在相变材料中增加增稠剂、成核剂、细颗粒导热材料和深色着色材料，进行调配，且其质量百分比分别为：相变材料70％—100％，增稠剂0％—5％、成核剂0％—10％、细颗粒导热材料0％—10％、深色着色材料0％—5％，上述物质的质量百分数的总和为100％；

步骤二：将调配好的相变材料灌装在所述储料管内，并将所述储料管的两端端部封闭；

步骤三：将所述储料管盘设于格栅上，且所述储料管呈螺旋状盘绕，或者蛇形盘绕，或者与所述格栅的经纬交叉盘绕，或者将所述储料管进行经纬编织而成的经纬结构固定在格栅上，制得单个相变储热装置；

步骤四：根据需要在室内排列悬挂相应数量的相变储热装置。

在所述步骤四中，在室内的墙体表面固定挂钩式螺栓，所述相变储热装置悬挂于所述挂钩式螺栓上，或者在靠近墙体处埋设立柱，所述相变储热装置通过挂钩或者绳索固定于所述立柱上。

位于最底层的所述相变储热装置紧贴于所述墙体放置，且在其下部垫设有垫块。

在所述步骤四中，在室内的地面上铺装有所述相变储热装置，且所述相变储热装置倾斜20-60°，以使阳光对所述相变储热装置的投射角最大。

在不需要使用相变储热装置的时间段，将相变储热装置储存于低于相变温度点的恒温环境，以延长相变材料的使用寿命，在使用所述相变储热装置之前，先将环境温度调至相变温度以上，在相变材料处于液态条件下，对相变储热装置进行振动和超声波作业。

本发明一种相变储热装置及其使用方法的有益效果：

(1)本发明的相变储热装置和使用方法结构简单，相变材料能够一次灌装充满整个储料管，封装相变材料容量大，封装便捷，可选择不同粗细的储料管调控相变材料的灌装量；

(2)本发明的相变储热装置和使用方法便于安装、拆卸和组合，清洗和维护方便，相变材料的使用量可根据季节和气候条件的变化增加或减少，调整方便、适应性强；

(3)本发明的相变材料通过储料管壁与室内环境相互作用，作用面积大，便于通过辐射和对流吸放热；

(4)本发明的相变储热装置和使用方法相变材料的吸放热循环得到充分利用，相变材料的过冷、相分离和材料混合不均等现象可通过简单的振动等技术手段改善，使用寿命长。

附图说明：

图1是采用螺旋盘管方式的相变储热装置结构示意图；

图2是采用蛇形盘管方式的相变储热装置结构示意图；

图3是采用储料管与格栅经纬交叉盘绕方式的相变储热装置结构示意图；

图4是本发明的采用储料管经纬交叉编织方式的相变储热装置结构示意图；

图5是多个本发明的相变储热装置叠加使用的结构示意图；

图中：1-格栅，2-边框，3-立柱，4-挂钩式螺栓，5-挂钩，6-垫块，7-地基，8-储料管。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

根据图1～图5所示，本发明提供的一种相变储热装置，包括：储料管8，所述储料管8盘设于格栅1上，且所述储料管8呈螺旋状盘绕，或者蛇形盘绕，或者与所述格栅1的经纬交叉盘绕，或者将所述储料管8进行经纬编织而成的经纬结构固定在格栅1上，所述储料管8内灌装有相变材料。

所述储料管8设置于所述格栅1的一面或者双面。

所述格栅1围设有外框，起到提高强度的作用，同时便于悬挂。

所述储料管8为透明管，便于储料管8内相变材料吸收辐射热，同时防止管面过热、吸收紫外线加速老化；所述储料管8为波纹管，增大管的比表面积；所述储料管8管壁上设置有加强筋，增加管的强度，如果储料管8的材料本身具有抗老化性能，则也可采用黑色波纹管封装相变储热材料，直接通过管壁吸放热，管壁采用纤维加强材料。

上述一种相变储热装置的使用方法，具体步骤如下：

步骤一：调配相变材料

在相变材料中增加增稠剂、成核剂、细颗粒导热材料和深色着色材料，进行调配，且其质量百分数(咱们的成分组成是质量百分比吗？)分别为：相变材料70％—100％，增稠剂0％—5％、成核剂0％—10％、细颗粒导热材料0％—10％、深色着色材料0％—5％，上述物质的质量百分数的总和为100％，相变材料为无机固液相变材料、有机固液相变材料或有机—无机固液相变材料；

步骤二：将调配好的相变材料灌装在所述储料管8内，并将所述储料管8的两端端部封闭；

步骤三：将所述储料管8盘设于格栅1上，且所述储料管8呈螺旋状盘绕，或者蛇形盘绕，或者与所述格栅1的经纬交叉盘绕，或者将所述储料管8进行经纬编织而成的经纬结构固定在格栅1上，制得单个相变储热装置；

步骤四：根据需要在室内排列悬挂相应数量的相变储热装置。

在所述步骤四中，在室内的墙体表面固定挂钩式螺栓4，所述相变储热装置悬挂于所述挂钩式螺栓4上，或者在靠近墙体处埋设立柱3，所述相变储热装置通过挂钩5或者绳索固定于所述立柱3上。

位于最底层的所述相变储热装置紧贴于所述墙体放置，且在其下部垫设有垫块6。

在使用所述相变储热装置之前，先将环境温度调至相变温度以上，在相变材料处于液态条件下，对相变储热装置进行振动和超声波作业，改善过冷、相分离和材料混合不均等现象对相变材料性能的影响，然后根据需要排列悬挂相应数量的相变储热装置，根据季节和气候条件变化时增加或减少相变储热装置的悬挂数量，视墙体坚固条件确定相变储热装置的悬挂方法，在墙体坚固时，在墙体表面固定挂钩式螺栓4，最下层相变储热装置紧贴墙壁用垫块6垫离地面，上部和中部悬挂在挂钩式螺栓4上，使中间层和上层相变储热装置紧贴墙壁悬挂在挂钩式螺栓4上；在墙体不够坚固时，在靠近墙体处埋设立柱3，最下层相变储热装置紧贴墙壁用垫块6垫离地面，上部和中部用挂钩5或绳索固定在立柱3上，使中间层和上层相变储热装置紧贴墙壁固定在立柱3上，相变储热装置的重量通过立柱3传递到地基7，防止墙体受力过大而产生破坏，同时还可以在室内的地面上铺装有所述相变储热装置，且所述相变储热装置倾斜20-60°，以使阳光对所述相变储热装置的投射角最大。

另外，还可以通过定期改变相变储热装置上下、平面转动、内外面悬挂的方位，改善过冷、相分离和材料混合不均等现象对相变材料性能的影响，在储料管8表面落有较多灰尘或粘有污垢时用水喷淋冲洗储料管8，喷淋兼有灌溉作用，不浪费水资源。

在不需要使用相变储热装置的时间段，将相变储热装置储存于低于相变温度点的恒温环境，例如运至地下室等相对恒温和避光的环境，以延长相变材料的使用寿命，同时减少储料管8的老化。

以下列举三个实施例详细说明一种相变储热装置的使用方法：

实施例1

一种相变储热装置和使用方法，包括以下步骤：

步骤一：使用六水氯化钙作为相变材料，水作为溶剂，氯化锶作为成核剂，CMC作为增稠材料，细石墨粉作为导热和着色材料，将相变温度调整至23℃；

步骤二：使用泥浆泵将调配好的相变材料灌入透明、薄壁的加筋塑料波纹储料管8，将储料管8的两端用尼龙堵头封闭并用喉箍箍紧；

步骤三：将储料管8用尼龙扎带螺旋盘绕固定在带有边框2的方形格栅1上，制成一个相变储热装置，采用相同的方法制造多个相变储热装置；

步骤四：相变储热装置在冬季的使用量大，在温室北墙靠近墙体处埋设多个立柱3，立柱3的间隔为一个相变储热装置的宽度，立柱3上安装多个挂钩5，在立柱3间隙地面上放置垫块6，将相变储热装置靠墙放到垫块6上，相变储热装置的上边框2挂在立柱3的挂钩5上，多个相变储热装置成排布置在立柱3间隔内形成下排相变储热装置，在下排相变储热装置上方布置中排相变储热装置，中排相变储热装置的上、下、侧边框2挂在立柱3的挂钩5上。在中排相变储热装置上方布置上排相变储热装置，上排相变储热装置的上、下、侧边框2挂在立柱3的挂钩5上。

在垄间和温室前端空地上铺装多个相变储热装置，相变储热装置后部垫高形成30°的向阳倾角。早春季节，将垄间和温室前端空地上铺装的相变储热装置运至恒低温地下室储存，同时将悬挂在北墙的相变储热装置旋转180°重新悬挂。夏季将全部相变储热装置运至恒温10℃左右地下室储存，下一个冬季来临，将地下室温度升高至30℃，使相变材料全部转化为液态，使用高频振动台对相变储热装置震荡0.2小时，然后进行超声波作用0.15小时，之后将相变储热装置运至温室安装。

实施例2

一种相变储热装置和使用方法，包括以下步骤：

步骤一：使用十四酸和十六醇的混合物作为相变材料，水作为溶剂，膨润土和十六烷基三甲基溴化铵作为结晶成核和增稠材料，铁黑粉作为导热和着色材料；

步骤二：将相变温度调整至24℃，使用泥浆泵将调配好的相变材料灌入透明、薄壁的加筋塑料波纹储料管8，将储料管8的两端用尼龙堵头封闭并用喉箍箍紧；

步骤三：将储料管8用棉绳蛇形盘绕固定在带有边框2的方形格栅1上，制成一个相变储热装置，采用相同的方法制造多个相变储热装置；

步骤四：相变储热装置在冬季的使用量大，在温室北墙靠近墙体处埋设多个立柱3，立柱3的间隔为一个相变储热装置的宽度，立柱3上安装多个挂钩5，在立柱3间隙地面上放置垫块6，将相变储热装置靠墙放到垫块6上，相变储热装置的上边框2挂在立柱3的挂钩5上，多个相变储热装置成排布置在立柱3间隔内形成下排相变储热装置。在下排相变储热装置上方布置中排相变储热装置，中排相变储热装置的上、下、侧边框2挂在立柱3的挂钩5上。在中排相变储热装置上方布置上排相变储热装置，上排相变储热装置的上、下、侧边框2挂在立柱3的挂钩5上。

在垄间和温室前端空地上铺装多个相变储热装置，相变储热装置后部垫高形成25°的向阳倾角。早春季节，将垄间空地上铺装的相变储热装置运至恒低温地下室储存，同时将悬挂在北墙的相变储热装置旋转90°重新悬挂。夏季将全部相变储热装置运至恒温8℃左右地下室储存。下一个冬季来临，将地下室温度升高至35℃，使相变材料全部转化为液态。使用高频振动台对相变储热装置震荡0.3小时，然后进行超声波作用0.1小时，之后将相变储热装置运至温室安装。

实施例3

一种相变储热装置和使用方法，包括以下步骤：

步骤一：使用十二水磷酸氢二钠—硬脂酸混合材料作为相变材料，硬脂酸兼做作成核剂，添加铝粉作为导热材料。将相变温度调整至25℃；

步骤二：使用膏体灌装机将调配好的相变材料灌入黑色、薄壁的加筋塑料波纹储料管8，将储料管8的两端用锁扣带帽堵头封闭；

步骤三：将储料管8用管夹和细尼龙绳螺旋盘绕固定在带有边框2的方形格栅1上，制成一个相变储热装置，采用相同的方法制造多个相变储热装置；

步骤四：相变储热装置在冬季的使用量大，在温室北墙和东山墙埋设多个挂钩式螺栓4。在靠近北墙和东山墙地面上放置垫块6，将相变储热装置靠墙放到垫块6上，相变储热装置的上边框2挂在挂钩式螺栓4上，多个相变储热装置成排布置形成下排相变储热装置。在下排相变储热装置上方布置中排相变储热装置，中排相变储热装置的上、下、侧边框2挂在挂钩式螺栓4上。在中排相变储热装置上方布置上排相变储热装置，上排相变储热装置的上、下、侧边框2挂在挂钩式螺栓4上。

在垄间和温室前端空地上铺装多个相变储热装置，相变储热装置用垫块6垫离地面平铺。早春季节，将垄间和温室前端空地上铺装的相变储热装置运至恒低温地下室储存，同时将悬挂在北墙和东山墙的相变储热装置旋转90°重新悬挂。夏季将全部相变储热装置运至恒温12℃左右地下室储存，下一个冬季来临，将相变储热装置运至环境温度40℃的车间，使相变材料全部转化为液态。使用往复震荡机对相变储热装置震荡0.5小时，然后进行超声波作用0.2小时，之后将相变储热装置运至温室安装。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种相变储热装置，其特征在于：包括：储料管，所述储料管盘设于格栅上，且所述储料管呈螺旋状盘绕，或者蛇形盘绕，或者与所述格栅的经纬交叉盘绕，或者将所述储料管进行经纬交叉编织而成的经纬结构固定在格栅上，所述储料管内灌装有相变材料。

2.根据权利要求1所述的一种相变储热装置，其特征在于：所述储料管设置于所述格栅的一面或者双面。

3.根据权利要求1所述的一种相变储热装置，其特征在于：所述格栅围设有外框。

4.根据权利要求1所述的一种相变储热装置，其特征在于：所述储料管为透明管。

5.根据权利要求1所述的一种相变储热装置，其特征在于：所述储料管为波纹管。

6.根据权利要求1所述的一种相变储热装置，其特征在于：所述储料管管壁上设置有加强筋。

7.根据权利要求1所述的一种相变储热装置的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：调配相变材料

在相变材料中增加增稠剂、成核剂、细颗粒导热材料和深色着色材料，进行调配，且其质量百分比分别为：相变材料70％—100％，增稠剂0％—5％、成核剂0％—10％、细颗粒导热材料0％—10％、深色着色材料0％—5％，上述物质的质量百分数的总和为100％；

步骤二：将调配好的相变材料灌装在所述储料管内，并将所述储料管的两端端部封闭；

步骤三：将所述储料管盘设于格栅上，且所述储料管呈螺旋状盘绕，或者蛇形盘绕，或者与所述格栅的经纬交叉盘绕，或者将所述储料管进行经纬编织而成的经纬结构固定在格栅上，制得单个相变储热装置；

步骤四：根据需要在室内排列悬挂相应数量的相变储热装置。

8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于：在所述步骤四中，在室内的墙体表面固定挂钩式螺栓，所述相变储热装置悬挂于所述挂钩式螺栓上，或者在靠近墙体处埋设立柱，所述相变储热装置通过挂钩或者绳索固定于所述立柱上。

9.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于：位于最底层的所述相变储热装置紧贴于所述墙体放置，且在其下部垫设有垫块，在室内的地面上铺装有所述相变储热装置，且所述相变储热装置倾斜20-60°。

10.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于：在不需要使用相变储热装置的时间段，将相变储热装置储存于低于相变温度点的恒温环境，以延长相变材料的使用寿命，在使用所述相变储热装置之前，先将环境温度调至相变温度以上，在相变材料处于液态条件下，对相变储热装置进行振动和超声波作业。