CN1927985A - 用于蓄热和蓄冷的改性石蜡相变材料及其应用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于蓄热和蓄冷的改性石蜡相变材料及其应用装置。由于可以根据限定的蓄热或蓄冷温度，决定改性石蜡相变材料基材的成分，所以对应－90℃～80℃之间的蓄热或蓄冷温度范围，改性石蜡相变材料是系列化的。石蜡基材在较高温度下，添加适量的导电高分子材料和超细铝粉，以及适量的阻燃剂。其应用装置的特征在于：基本形式为管壳式的换热器，换热管为铜、铝或其它金属材质的翅片管；冷媒水或热媒水流经管程，而石蜡置于翅片侧(壳程)；端部为具有分程结构的水室，以增加水侧的流速；具有防止热膨胀的结构，包括U型翅片管或浮动封头以及装置壳体上的膨胀容器；可专门用作蓄热或专门用作蓄冷，也可以同时设置两台，一台装填蓄热用改性石蜡，另一台装填蓄冷用改性石蜡。上述装置的端部和内部翅片管簇可季节性地在两个容器中轮换固定，闲置的作为石蜡储罐；石蜡以螺栓结构密封于上述装置内，且在其外壁为绝热防火层。本发明的改性石蜡相变材料具有良好蓄热或蓄冷特性，包括系列化的可选相变温度，蓄热密度比较高，无过冷问题，性能无衰减，无腐蚀性，难燃。而本发明的蓄热或蓄冷装置具有良好传热特性；可根据需求灵活设置，达到一个系统具备蓄热和蓄冷两个功能；而且使用安全。

Description

用于蓄热和蓄冷的改性石蜡相变材料及其应用装置
技术领域
本发明提出的用于蓄热和蓄冷的改性石蜡相变材料及其填充装置，涉及蓄热材料制备技术及其蓄热装置制造技术。可以应用于建筑物供热和空调以及各种过程工业等领域的蓄热和蓄冷。特别适用于利用廉价“谷电”建筑物的蓄热和蓄冷。
背景技术
中国发明专利1125758(公开日1996年7月3日)提出了一种空调制冷用的相变蓄冷剂，涉及一种空调系统用的蓄冷介质，为两种脂肪酸，即辛酸和月桂酸混合而成的低共熔混合物，其低共熔点为3.5℃～5.5℃，熔解热为139～159kJ/kg。该蓄冷剂使用安全，化学性能稳定，具有较好的可逆性。
中国发明专利1462787(公开日2003年12月24日)提出了一种建筑采暖用的加热定形相变蓄热材料及其制备方法。它由碳数为18～23的石蜡、聚烯烃、热塑性弹性体和无机填料组成；其相变温度在30℃～40℃之间，可将室温保持在18℃～26℃左右。太阳能采暖用的相变蓄热材料由碳数为16～20的石蜡、聚烯烃、热塑性弹性体和无机填料组成；其相变温度在17℃～25℃之间，可将室温保持在20℃左右。
中国发明专利1211605(公开日1999年3月24日)提出了一种复合相变蓄热材料，在固-液或固-固型相变蓄热材中混有导热纤维，导热纤维在相变蓄热材料中的平均间距为0.5～5mm。将导热纤维制成蓬松团置入容器内的相变蓄热材料。明显增加了蓄热材料的导热性能，提高了蓄热量利用率。由于纤维枝干的诱导作用，可促进相变过程进行，明显改善吸、放热过程的稳定性。
国际发明专利WO96/30710(国际公布日1996年10月3日)提出了一种填充体式蓄能-交换器，其刚性球壳表面上均匀分布着对称的凸起部，用来吸收贮存介质相变时的体积变量，还有增加其交换表面积的装置。球内填充有高性能液-固转化潜热的热和/或冷贮存介质，如水，水合盐或石蜡，以及可压缩物质。
中国发明专利1451921(公开日2003年10月29日)提出了一种压缩冷凝机组冷凝排热的相变蓄热热回收利用装置，即在现有空调机组回路的冷凝器基础上串联了两个相变蓄热器，并利用三通阀控制压缩机出口的制冷剂的流向，使其通过两个相变蓄热器进行蓄热或直接进入现有的冷凝器。串联的两个相变蓄热器分别充满技术级石蜡及石蜡基蓄热材料，而且其内部均设有冷水管路，并与辅助加热器构成加热管路，保证所供应的卫生热水达到规定的温度。通过蓄热材料的相变过程将连续工作的压缩冷凝机组的排热进行储存。根据卫生热水使用的阶段性和不连续性，通过蓄热材料的相变过程放出热量，加热冷水，完成热量从制冷剂向冷水的转移，实现回收压缩冷凝机组的排热制取卫生热水。
发明内容
本发明提出一种用于蓄热和蓄冷的改性石蜡相变材料以及应用装置。
对应-90℃～80℃之间的蓄热或蓄冷温度范围，改性石蜡相变材料的类型是系列化的。根据限定的蓄热或蓄冷温度，决定改性石蜡相变材料基材的成分。例如，以8℃相变用于空调蓄冷的石蜡基材为14个碳左右的烷烃。而60℃相变用于供热蓄热的石蜡基材为28个碳左右的烷烃。在高出石蜡基材熔化温度50～70℃的熔融状态下，添加2～5％的导电高分子材料和3～7％的超细铝粉，以及适量的阻燃剂，经充分搅拌而成。
蓄热或蓄冷装置的基本形式为管壳式的换热器，换热管为铜翅片管或铝翅片管；冷媒水或热媒水流经管程，而石蜡置于翅片侧(壳程)；端部为具有分程结构的水室，以增加水侧的流速；具有防止热膨胀的结构，包括U型翅片管或浮动封头以及突起的膨胀部；可专门用作蓄热或专门用作蓄冷，也可以同时设置两台，一台装填蓄热用改性石蜡，另一台装填蓄冷用改性石蜡。上述装置的端部和内部翅片管簇可季节性地在两个容器中轮换固定，闲置的作为石蜡储罐；石蜡以螺栓结构密封于上述装置内，且其外壁设有绝热防火层。
本发明的改性石蜡相变材料具有良好蓄热或蓄冷特性，包括系列化的可选相变温度，蓄热密度比较高，无过冷问题，性能无衰减，无腐蚀性，难燃。而本发明的蓄热或蓄冷装置具有良好传热特性；可根据需求灵活设置，达到一个系统具备蓄热和蓄冷两个功能；而且使用安全。
附图说明
图1为蓄热或蓄冷装置的一种实施方式的结构示意图
图2为供热与供冷和蓄热与蓄冷同时设置的一种实施方式的流程示意图
具体实施方式
如图1的结构示意所示，本发明的装置为管壳式的换热结构，其三个主要组合件分别是端部1，换热管簇2和壳体3。端部1为两程水室结构，两个水室以分程隔板4分开，并分别连接着冷媒水或热媒水的入口和出口接管5。换热管为铜翅片管6。冷媒水或热媒水流经管程，自入口管a流入，从出口管b流出。石蜡置于翅片侧(壳程)，壳体3上分别连接着石蜡的入口和出口接管7，以及缓冲罐8。管口c为石蜡灌充口，管口d为石蜡的排放口。缓冲罐8上连接有调节阀9，管口e可用于压力调节。缓冲罐8和U型翅片管簇2是一种防止热膨胀的结构。该装置的端部与罐体采用螺栓结构10，且在壳体外壁为聚氨脂绝热层和3～5mm的防火涂层11，以密封石蜡相变材料，绝热防火。如果同时设置蓄热装置与蓄冷装置，其中一台的端部形式为封板12。
如图2的流程示意所示，本发明的应用系统中，对应地同时设置了制冷机13与电加热器14，以及蓄冷装置15与蓄热装置16。蓄冷装置与蓄热装置中，一台装填蓄冷用改性石蜡，另一台装填蓄热用改性石蜡。装置的端部和内部翅片管簇只设置一套，可以季节性地在两个容器中轮换固定，闲置的作为石蜡储罐，端部采用上述图1中的封板12。循环泵17用于在上述装置与用户18之间输送冷媒水或热媒水。
以8℃相变为条件，作为蓄冷用改性石蜡相变材料的基材选择了的14个碳左右的烷烃。以60℃相变为条件，作为蓄热用改性石蜡相变材料的基材选择了的28个碳左右的烷烃。分别将蓄冷用石蜡基材加热到58～78℃，将蓄热用石蜡基材加热到110～130℃的熔融状态，添加2～5％的导电高分子材料和3～7％的超细铝粉，以及适量的阻燃剂，并作充分搅拌。以此制备成蓄冷与蓄热用改性石蜡相变材料分别被灌充至图2的示意流程的蓄冷装置15与蓄热装置16中。
当供热运行时，流程中电加热器前后的阀门19与蓄热装置前后的阀门20分别开启，而制冷机前后的阀门21与蓄冷装置前后的阀门22分别关闭。图2中的图例给出了三通阀23、24和25的开启方式，涂成黑色侧表示关闭。据此可分别进行依靠电加热器直接供热、依靠电加热器蓄热、以及依靠蓄热装置间接供热。类似地，当供冷运行时，流程中制冷机与蓄冷装置前后的阀门分别开启，而电加热器与蓄热装置前后的阀门分别关闭。根据图2中的图例所示的三通阀23、24和25的开启方式，可分别进行依靠制冷机直接供冷、依靠制冷机蓄冷、以及依靠蓄冷装置间接供冷。

Claims (9)

1、一种用于蓄热和蓄冷的改性石蜡相变材料及其应用装置。改性石蜡相变材料中以一定工艺加入了强化传热的添加剂和阻燃剂，其蓄热和蓄冷应用装置为外翅片管结构的管壳式换热器，由端部的分程水室，内部的U型结构或浮动封头结构的铜、铝或其它金属材质的翅片式换热管管簇，以及外壁为绝热防火涂层并以螺栓密封的壳体容器构成。
2、根据权利要求1所述的改性石蜡相变材料，其特征在于：在高出石蜡基材熔化温度50～70℃的熔融状态下，添加2～5％的导电高分子材料和3～7％的超细铝粉，以及适量的阻燃剂，经充分搅拌而成。本发明的改性石蜡相变材料具有良好蓄热或蓄冷特性，包括系列化的可选相变温度，蓄热密度比较高，无过冷问题，性能无衰减，无腐蚀性，难燃。
3、根据权利要求1所述的改性石蜡相变材料，其特征在于：由于可以根据限定的蓄热或蓄冷温度，决定改性石蜡相变材料基材的成分，所以对应-90℃～80℃之间的蓄热或蓄冷温度范围，改性石蜡相变材料的产品类型是系列化的。例如，以8℃相变用于空调蓄冷的石蜡基材为14个碳左右的烷烃。而60℃相变用于供热蓄热的石蜡基材为28个碳左右的烷烃。
4、根据权利要求1所述的蓄热和蓄冷应用装置，其特征在于：基本形式为管壳式的换热器，换热管为铜翅片管或铝翅片管；冷媒水或热媒水流经管程，而石蜡置于翅片侧(壳程)。
5、根据权利要求1所述的蓄热和蓄冷应用装置，其特征在于：端部为具有分程结构的水室，以增加水侧的流速；
6、根据权利要求1所述的蓄热和蓄冷应用装置，其特征在于：具有防止热膨胀的结构，包括U型翅片管或浮动封头以及装置壳体上的膨胀容器。
7、根据权利要求1所述的蓄热和蓄冷应用装置，其特征在于：可专门用作蓄热或专门用作蓄冷，也可以同时设置两台，一台装填蓄热用改性石蜡，另一台装填蓄冷用改性石蜡。上述装置的端部和内部翅片管簇可季节性地在两个容器中轮换固定，闲置的作为石蜡储罐。
8、根据权利要求1所述的蓄热和蓄冷应用装置，其特征在于：石蜡以螺栓结构密封于上述装置内，且其外壁设有绝热防火层。本发明的蓄热或蓄冷装置具有良好传热特性；可根据需求灵活设置，达到一个系统具备蓄热和蓄冷两个功能；而且使用安全。
9、根据权利要求1和权利要求6所述的蓄热和蓄冷应用装置，其特征在于：用于供热时可以直接与热源(例如电热加热器)和热用户连接；用于供冷时可以直接与冷源(例如制冷机组)和冷用户连接，期间无须设置其它间接热媒或冷媒循环系统。而且，供热与供冷和蓄热与蓄冷同时设置于一个系统中，大为简化了蓄热和蓄冷系统构成方式。
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