CN103017368A - 一种相变换热型中温储热器及其制造和应用 - Google Patents

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陈彦君
赵峰
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Abstract

本发明公开了一种相变换热型中温储热器及其构成的中温太阳能空调***，该相变换热型中温储热器为一封闭耐压容器，包括箱体、多个圈架、筛网、蓄热堆积层和换热管，多个圈架分别水平地固定于箱体下部的内壁上，多个筛网分别放置于各圈架上，蓄热堆积层分别铺设于各筛网上，该蓄热堆积层由复合相变储热材料和沙粒混合而成，换热管设置于箱体上部的内腔中，该换热管的管腔与箱体的内部隔绝且与箱体外部相通，其中流动有导热工质，所述中温储热器使用水和水蒸气作为其相变传热工质，该相变传热工质直接在颗粒状复合相变储热材料表面蒸发或冷凝实现相变换热。本发明具有换热能力优异、太阳能热利用率高、结构简单、制造容易和使用寿命长的优点。

Description

一种相变换热型中温储热器及其制造和应用
技术领域
本发明涉及一种太阳能利用设备，具体涉及一种相变换热型中温储热器及其制造和应用，属于能源技术领域。
背景技术
太阳能是一种清洁、环保、高效和永不衰竭的新能源，太阳能热利用产品市场巨大，所以各个国家都将太阳能资源利用作为可持续发展战略的重要内容。目前，在太阳能热利用当中，太阳能热水器的技术已相对成熟，但是仍然有些不尽如人意的地方。例如，这些热水器大多都只能提供80度以下的低温热水用于日常生活，而不能提供工业所需要的水温达到一百多度的高温空气或水蒸气。
太阳能空调***是太阳能热利用的一个极有前途的领域，目前已有很多样板性工程运行，也有大量***专利提出。为了实现阴雨天和夜间也能利用太阳能制冷，太阳能空调***必须带有完整的储热换热***，但目前尚没有带有储热换热器的太阳能空调***在实际运行，其主要原因是现在的太阳能空调***的太阳能集热器只能将水加热到接近90℃上下，然后热水直接进入溴化锂吸收式制冷机，而溴化锂吸收式制冷机热源工质的温度最低为80℃，如果要使用储热器的储热/放热过程来为溴化锂吸收式制冷机提供热源工质80℃以上的热水，现有的集热器或储热器都无法完成这一任务。目前国内外虽然已经有很多太阳能储热技术的实验研究、工程技术开发和专利，并且使用的储热材料也种类繁多，但是他们多集中于太阳能低温热水储热，而在100℃至200℃区间的太阳能储热应用寥寥无几。此外，已有的各类储热器在结构和储热放热原理方面大致相同：一类方法是在致密性的储热材料内埋设传热管道，通过储热材料和管路间导热方式吸热/放热；另一类是将致密性的储热材料封闭在各种管道和容器中，管道和容器沉浸在换热工质中。这些储热器的性能直接与储热材料的导热系数有关，因为现在储热材料几乎都是低导热系数材料，虽然已经采用各种技术强化储热材料导热系数以及改变换热管道布置方式，但是目前各类储热换热器的换热性能都不高。对于此类储热器，提高储热材料导热系数现在依然是一个研究重点。一般的方法是将储热材料填充进各类泡沫金属或石墨材料组成一种致密性复合储热材料，这类复合相变储热材料研究和专利目前是储热材料技术专利的主流。
在已有的相变换热储热器中，虽然也有利用储热器中传热介质的相变换热传递热量，但是全部储热材料依然是被包裹在密封金属管道或密封金属容器中，密封容器沉浸在传热介质中。储热时，高温热源加热传热介质(液体)产生池内沸腾，热量通过金属壁面进入储热材料，通过储热材料整体的导热在内部传递热量。在放热时，储热材料作为热源，通过整体材料导热将热量通过金属壁面传递到传热介质液体中，液体蒸发再将热量传递给冷源工质。储热材料内部导热依然是主要热阻。另外，储热材料的传热面仅仅是金属包裹容器的壁面表面积。而在本专利究中，相变传热介质直接和颗粒状储热材料填层接触，全部颗粒状储热材料的巨大的表面积都是传热面，单个储热材料颗粒的体积很小，内部导热热阻几乎可以忽略。
在现有的相关太阳能集热储热技术文献中发现：公开号为CN201032291的中国专利，名称为：一种太阳能储热单元及其构成的整体式太阳能热水器，其特征在于包括真空集热管和储热组件，储热组件设置在真空集热管内，储热组件又包括封闭管、进水管和出水管。其储热介质为水，属于一种初级的储热技术，但比较有代表性。与其相似的专利中，储热材料可以是各种相变材料，如石蜡，石蜡和其他材料的混合物等，如中国专利公开号：CN201327216，发明名称为：复合能源太阳能相变蓄热供热装置，其主要含有太阳能集热管、相变蓄热体，特点是相变蓄热体置于太阳能集热管内，出水支管置于相变蓄热体中，进水支管置于出水支管内。其所采用的是石蜡类低温固液相变材料。
在现有的相关太阳能空调***技术文献中发现：中国专利号为200620050140.0，专利名称：太阳能空调***。该专利由双效吸收式制冷机和太阳能集热***两大部分组成，而太阳能集热***又由太阳能集热器、太阳能控制组、管路构成，太阳能集热器为桁架上固定抛物面板和设于抛物境面焦点处的集热管，集热管通过管路、太阳能控制组与双效吸收式制冷机的高温发生器连通。该专利是一种能够在阴天也能提供较高温度热水太阳能空调***。中国专利号为200920185550.X，专利名称：太阳能空调***。该太阳能空调***有采暖和制冷两部分组成，采暖通过太阳能集热器提供热源，由太阳能集热器直接向室内散热器提供热水；而制冷由太阳能光伏电板提供太阳能转变的电力，向蒸发式冷气机供电，由蒸发式冷气机供冷。这两个专利基本代表了目前太阳能空调***的主流技术，其特点是；集热器集热温度较低，直接提供热水供给制冷机，没有储热器或者只象征性地带有一个低温储热器。
此外，已经授权的、由本申请人持有的中国专利，专利号ZL 200910311344.3，发明专利名称：真空管套管组合式两用型太阳能加热器，是一种由CPC集热板和全玻璃真空集热管组成的中温太阳能集热器，该集热器热效率高且稳定，可以在全年提供120℃以上的水蒸气。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种相变换热型中温储热器，其采用固液相变材料作为储热的中间介质，并利用该中间介质的相变换热传递热量，从而达到提高储热器换热能力、延长使用寿命的效果；本发明还提供一种应用所述相变换热型中温储热器的中温太阳能空调***以及一种构成所述相变换热型中温储热器的储热材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种相变换热型中温储热器，其为一封闭耐压容器，包括箱体、多个圈架、筛网、蓄热堆积层和换热管，所述多个圈架分别水平地固定于所述箱体下部的内壁上，所述多个筛网分别放置于各圈架上，所述蓄热堆积层分别铺设于各筛网上，该蓄热堆积层由复合相变储热材料和沙粒混合而成，所述换热管设置于箱体上部的内腔中，该换热管的管腔与箱体的内部隔绝且与箱体外部相通，其中流动有导热工质。
所述的复合相变储热材料为颗粒状，其由有机膨润土与聚乙烯腊按2.2∶1的质量比组成，或者由有机膨润土与低密度聚乙烯按2∶1的质量比组成。
所述的相变换热型中温储热器使用水和水蒸气作为其相变传热工质，该相变传热工质直接在颗粒状复合相变储热材料表面蒸发或冷凝实现相变换热；在储热阶段，相变换热型中温储热器是一个开口流动***，集热器提供的水蒸汽流入该相变换热型中温储热器，通过蓄热堆积层内冷凝放热，水蒸气的冷凝潜热被所述复合相变储热材料吸收储存；在放热阶段，关闭所述相变换热型中温储热器进出口阀门，将原来开放式的相变换热型中温储热器变为封闭空间，所述复合相变储热材料表面附着的水被加热为水蒸气，该水蒸气上升到换热管表面冷凝，加热换热管内导热工质，而水蒸气再次被冷凝成水滴落到蓄热堆积层内；由此循环往复完成所述复合相变储热材料和换热管间的热传递。
本发明的另一技术方案如下：
一种用于所述相变换热型中温储热器的复合相变储热材料的制备方法，其特征在于：将有机膨润土和聚乙烯腊按2.2∶1的质量比配制后放入一有搅拌装置的加热容器内一边加热一边搅拌，加热到160℃后保持该温度搅拌1小时，使溶解的聚乙烯腊全部被有机膨润土吸附，最后得到平均粒径为3mm的颗粒状的复合相变储热材料。
本发明的又一技术方案如下：
一种由所述的相变换热型中温储热器构成的中温太阳能空调***，其包括中温太阳能集热器、相变换热型中温储热器、制冷机、回水泵、热水泵和储水箱，所述的中温太阳能集热器为真空管套管组合式两用型太阳能加热器，该中温太阳能集热器的进口通过回水泵与所述储水箱相连接，并且其出口通过水蒸汽阀门与所述相变换热型中温储热器相连接，所述储水箱通过出水阀门与所述相变换热型中温储热器相连接，所述相变换热型中温储热器的换热管一端通过热水泵与制冷机相连接，另一端直接与制冷机相连接。
与现有通过致密性储热材料导热换热的储热器相比，本发明所述的相变换热型中温储热器吸热和放热过程的热量传递是通过储热器内中间介质的相变变化进行的，其换热原理不是储热材料的热传导，而是通过中间介质的相变换热来传递热量，故而本专利称之为相变换热型中温储热器。因此本发明所述的相变换热型中温储热器能够达到以下有益效果：
(1)相变换热方式不仅本身换热系数高，而且复合相变储热材料表面整体换热面积非常大，能够实现非常高的储热和放热效率，储热材料与换热管路之间的温差可以忽视，两者之间的传热热阻比传统导热型储热材料要低2个数量级，因此本发明所述储热器的换热能力十分优异。
(2)储热材料是一种复合相变材料，以多孔质颗粒状态放置在储热器中，储热材料的导热性能与储热/放热特性无关，因此储热器对储热材料的导热性能没有特别要求。
(3)复合相变储热材料中的聚乙烯腊以纳米级尺度被吸附封存在膨润土的纳米插层中，因此在反复的相变过程中不会出现溢出现象，从而保证了其长期的重复性使用寿命。
(4)换热管路安装随意，不需任何强化措施，蓄热堆积层安放更换也十分简单，因此具有结构简单、制造容易的优点。
本发明所述的中温太阳能空调***是一种综合高效太阳能真空管集热和颗粒状中温复合固液相变材料蓄热/放热以及相变储热换热器三种技术为一身的用于全天候运行的太阳能空调***，其特点是：
(1)中温太阳能集热器由CPC集热板和普通的全真空玻璃集热管组成，能够提供120℃左右的中温水蒸气作为高品质热源工质。
(2)集热器的蒸汽工质不直接进入制冷机，而是进入储热器放热后冷凝为水再流回集热器，形成一个回路；而制冷机工质通过换热管在储热器内吸热，形成另一个回路，因此两种工质在储热器中形成相隔离的双回路，储热材料和换热管路分别处于相变换热型中温储热器内不同的空间而没有直接接触。
(3)与所述中温太阳能空调制冷***配套的相变换热型中温储热器能够在白天提供用于太阳能空调的120℃水蒸气，晚上提供110℃左右的水蒸汽，用以加热制冷机用热水，满足了制冷机运行需要；储热器换热性能的提高使集热器工质的温度能够尽可能降低，从而使整个中温太阳能空调***的太阳能热利用率有了大幅度提高。
附图说明
图1为本发明的相变换热型中温储热器的结构示意图。
图2为本发明的中温太阳能空调***的结构示意图。
图中，
1中温太阳能集热器，2相变换热型中温储热器，3制冷机，4回水泵，5热水泵，6 储水箱，7 箱体，8 水蒸汽进口，9水蒸汽阀门，10 出水口，11 出水阀门，12换热管，13换热管支撑架，14圈架，15筛网，16蓄热堆积层，17保温材料，18安全阀，19压力表，20温度传感器，21泄水口，22空气充气口，23充气阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明的技术方案为前提下给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
请参阅图1，图示相变换热型中温储热器2为一不锈钢制的封闭耐压容器，包括箱体7、多个圈架14、筛网15、蓄热堆积层16和换热管12。
本实施例中，所述箱体7为一直径1.2m，总高1.5m，壁厚3mm的不锈钢圆筒形容器，其外周包裹有保温材料17；该箱体7上方分别设有依次连接的水蒸汽阀门9和水蒸汽进口8，以及依次连接的压力表19、温度传感器20和安全阀18；箱体7下方分别设有泄水口21，以及依次连接的出水阀门11和出水口10；所述箱体7的外壁上还设置有依次连接的进气阀门23和空气充气口22，以便向箱体7内部充入气压为2个大气压的空气以形成压力环境。所述多个圈架14为圆环形，其分别水平地焊接固定于所述箱体7下部的内壁上。所述多个筛网15分别放置于各圈架14上，该筛网15由不锈钢板和200目的不锈钢丝网制成。所述蓄热堆积层16分别铺设于各筛网15上，该蓄热堆积层16是由复合相变储热材料和沙粒混合而成的多孔质堆积层，蒸汽和水可以通过丝网，而蓄热材料却不会泄露出来；该蓄热堆积层16厚度约50mm，其层数根据需要而定。所述换热管12设置于箱体7上部的内腔中，通过固定于箱体7内壁上的换热管支撑架13悬置于蓄热堆积层16的上方；该换热管12的管腔与箱体7的内部隔绝且与箱体7外部相通，其中流动有向制冷机提供的导热工质；换热管12管路的形状、管径和管路长度可根据需要设定。
所述的复合相变储热材料为颗粒状，其相变温度在110℃，对其导热性能无特殊要求。本实施例中，该复合相变储热材料由有机膨润土与聚乙烯腊按2.2∶1的质量比组成。
所述的相变换热型中温储热器2使用水和水蒸气作为其相变传热工质，该相变传热工质直接在颗粒状复合相变储热材料表面蒸发或冷凝实现相变换热；在储热阶段，相变换热型中温储热器2是一个开口流动***，集热器提供的水蒸汽流入该相变换热型中温储热器2，通过蓄热堆积层16内冷凝放热，水蒸气的冷凝潜热被所述复合相变储热材料吸收储存；在放热阶段，关闭所述相变换热型中温储热器2的进出口阀门，将原来开放式的相变换热型中温储热器2变为封闭空间，所述复合相变储热材料表面附着的水被加热为水蒸气，该水蒸气上升到换热管12表面冷凝，加热换热管12内的导热工质，而水蒸气再次被冷凝成水滴落到蓄热堆积层16内；由此循环往复完成所述复合相变储热材料和换热管12间的热传递。
根据生产厂家的不同聚乙烯蜡有不同的熔点和相变潜热，熔点大致在95℃到118℃之间，如日本产为113℃，韩国产为118℃上下。本专利所用的聚乙烯蜡由国内某厂家提供，表1列出了其商品聚乙烯蜡的物性。聚乙烯蜡在与有机膨润土组合成复合相变储热材料之后物性几乎没有变化。
表1聚乙烯腊的物理特性
有机膨润土的物性随厂家的不同也有较大变化，但对复合相变储热材料的储热性能本身影响很小。下面给出某厂家生产的有机膨润土的一般物性：比热0.78KJ/(KgK)，导热系数0.83W/(mK),密度2g/cm3，表观粘度24mPas，蒙脱石含量≥95％，白度88，膨胀倍数23，硬度2.8，粒度/目数400目，形状白色精细粉末，PH值6-7。
当有机膨润土与聚乙烯蜡两种材料混合后，复合相变储热材料的熔点、凝固点和相变潜热几乎没有变化。试验发现，在反复加热冷凝3次后，复合相变储热材料的质量溢出率(加热/冷却后的相变材料质量与加热/冷却前的相变材料质量之比)约为3％，此后继续反复加热冷却，质量溢出率几乎为零，显示了本复合相变储热材料优异的可重复使用性能。
上述复合相变储热材料的制备方法如下：将有机膨润土和聚乙烯腊按2.2∶1的质量比配制后放入一有搅拌装置的加热容器内一边加热一边搅拌，加热到160℃后保持该温度搅拌1小时，使溶解的聚乙烯腊全部被有机膨润土吸附，最后得到平均粒径为3mm的颗粒状的复合相变储热材料。对少量大颗粒材料可以用木榔头轻轻敲碎，所述加热温度和材料混合比例对复合相变储热材料表观性能影响很大，需要十分注意。
所述储热材料即需要有一定储水性同时又要保证透气性，由于有机膨润土是疏水性材料，因而复合相变储热材料表面是疏水性的。为了增加复合相变储热材料的储水性和透气性，将复合相变储热材料和少量细砂混合后，再次放入加热容器内一边加热一边搅拌，加热到160℃后保持该温度搅拌1小时，绝大部分细沙将粘附在复合相变储热材料颗粒表面上形成亲水表面结构，从而制备成蓄热堆积层16，实验测量后得到的蓄热堆积层16堆放空隙率约为40％。
所述复合相变储热材料也可以由有机膨润土与低密度聚乙烯按2∶1的质量比组成，其制备方法与上述方法类同。
所述的相变换热型中温储热器2的工作原理如下：在白天，集热器提供的水蒸汽温度(120℃左右)高于复合相变储热材料相变温度(110℃左右)，一部分水蒸气在换热管12外冷凝放热，从而对管道中流过的制冷用热水进行加热，热水在制冷机中循环工作；另外大部分水蒸气在蓄热堆积层16内部冷凝放热，水蒸气的冷凝潜热被复合相变储热材料吸收，复合相变储热材料由固相变为液相。而在夜晚，关闭相变换热型中温储热器2的各进出口阀门，将原来开放式的相变换热型中温储热器2变为封闭空间，此时换热管12中仍然循环流动的制冷用热水不停地从相变换热型中温储热器2中的水蒸气冷凝过程中吸热，相变换热型中温储热器2内水蒸汽不断持续被冷凝成水滴，水蒸气质量减少，相变换热型中温储热器2内蒸汽压力和温度将逐渐下降到复合相变储热材料的相变温度(110℃)以下；在此之后复合相变储热材料开始相变放热(液态变为固态)，颗粒状复合相变储热材料表面附着的水被加热为水蒸气，这些水蒸气上升到换热管12表面冷凝，加热换热管12内的流动热水(温度由85℃增加到90℃)，而水蒸气再次被冷凝成水滴落到蓄热堆积层16内，如此循环往复，完成复合相变储热材料和换热管12间的热传递。这种换热机理非常类似于热管换热机理。所述相变换热型中温储热器2利用热管换热特性实现了非常高的储热和放热效率，其复合相变储热材料和换热管12之间的传热热阻比储热材料导热换热方式要低1到2个数量级。同时，颗粒状复合相变储热材料充满水和水蒸气，相变换热过程在蓄热堆积层16内各处同时进行，颗粒表面有效传热面积非常大，使得相变换热型中温储热器2的相变传热能力非常优异，复合相变储热材料与换热管12之间的温差几乎可以忽略，复合相变储热材料颗粒内部的温差也几乎可以忽略。
在相变换热型中温储热器2的储热和放热过程中，相变换热型中温储热器2内水蒸汽的温度是不一样的(储热时水蒸汽温度大约120℃，放热时水蒸汽温度大约110℃)。而换热管12内热水温度要保持稳定，因此在白天和晚间要通过调节换热管12管路的回路流量来调节换热管12内的水流速，以保证相同的换热功率。
图2为本发明的中温太阳能空调***的结构示意图。图示中温太阳能空调***包括中温太阳能集热器1、相变换热型中温储热器2、制冷机3、回水泵4、热水泵5和储水箱6。所述中温太阳能集热器1的进口通过回水泵4与所述储水箱6相连接，并且其出口通过水蒸汽阀门9与所述相变换热型中温储热器2相连接，所述储水箱6通过出水阀门11与所述相变换热型中温储热器2相连接，所述相变换热型中温储热器2的换热管12一端通过热水泵5与制冷机3相连接，另一端直接与制冷机3相连接。
所述的中温太阳能集热器1为真空管套管组合式两用型太阳能加热器，该真空管套管组合式两用型太阳能加热器是已经授权的、由本申请人持有的中国专利(发明专利名称；真空管套管组合式两用型太阳能加热器，专利号ZL 200910311344.3)，为一种由CPC集热板和全玻璃真空集热管组成的中高温承压式集热器。该集热器1可以在白天向吸收式空调制冷机3提供120℃以上的水蒸汽用做制冷热源，同时相变换热型中温储热器2内的复合相变储热材料吸收储存多余热量，晚间相变换热型中温储热器2可以向吸收式空调制冷机3提供110℃水蒸汽用做制冷热源。所述相变换热型中温储热器2的大小、体积和使用复合相变储热材料的质量根据整个太阳能空调***的功率而定，整体***可以包括数个并联的相变换热型中温储热器2。
本实施例的制冷机3的功率为7.5kW，效率0.75。按白天中温太阳能集热器2工作时间8小时、晚间工作8小时计算，对应的中温太阳能集热器2的输出功率大于20kW，其中10kW直接用于白天制冷，相变换热型中温储热器2将剩余的热能储存起来供晚间8个小时工作使用，储热量大于384000kJ，所需聚乙烯腊的质量约为1500kg。
相变换热型中温储热器2的直径为1.2m，总高1.5m，数量为5个相同尺寸的相变换热型中温储热器2，每个相变换热型中温储热器2使用聚乙烯腊300kg，分别铺设于10个筛网，每个筛网上堆积30kg。复合相变储热材料采用有机膨润土和聚乙烯腊按2.2∶1的质量比配制，总质量接近5000kg，复合相变储热材料的颗粒大小为3mm左右，蓄热堆积层16的空隙率保持在30％-40％左右，以利于吸收水分和透过蒸汽。
制冷机3的换热管12以串联方式通过每个相变换热型中温储热器2，根据计算，换热管12采用内径12mm,总长20m的铜管，即每个相变换热型中温储热器2内只要2m长换热管12，一般采用一根U型管即可。热水泵5的扬程为20m，一个50W小功率水泵就能满足要求。
在整体***安装调试完成后，通过空气充气口22和进气阀门23向相变换热型中温储热器2内充入空气使相变换热型中温储热器2和中温太阳能集热器1管路压力达到2个大气压，以保证水在中温太阳能集热器1内被加热到120度左右，沸腾蒸发为水蒸汽后进入相变换热型中温储热器2，因为水蒸汽温度必须高于复合相变储热材料的相变温度(110℃)，水蒸汽最后才能冷凝成过冷水流回储水箱6，再被回水泵4打入中温太阳能集热器1完成循环；反之，如果水蒸汽温度低于复合相变储热材料的相变温度，水蒸汽将回流到储水箱6和回水泵4中，从而造成回水泵4堵塞。为避免此情况发生，实际复合相变储热材料的置放量应比计算值多一些。
所述的中温太阳能空调***的工作过程如下：
在白天相变换热型中温储热器2储热阶段，打开回水泵4向中温太阳能集热器1供水，太阳辐射能被中温太阳能集热器1吸收，加热中温太阳能集热器1管内流动的水，过冷水最终在中温太阳能集热器1的出口蒸发为水蒸汽，向相变换热型中温储热器2提供2个大气压左右，120℃的水蒸汽。然后开启制冷机3的供水循环***，调节热水泵5流量，保证制冷机3供水温度在90℃到95℃之间。中温太阳能集热器1的水蒸汽进入相变换热型中温储热器2后经过换热管12表面和通过蓄热堆积层16，一部分水蒸汽与换热管12内的流动热水进行热交换，在换热管12表面冷凝成饱和水滴落，大部分水蒸汽通过复合相变储热材料并与之进行热交换，在复合相变储热材料表面冷凝成饱和水。在相变换热型中温储热器2的最下方蓄热堆积层16内，饱和水放热变成过冷水，这些过冷水被回水泵4抽回中温太阳能集热器1完成集热器工质循环。过程开始时调节回水泵4的供水流量，使相变换热型中温储热器2的入口蒸汽温度略高于相变换热型中温储热器2内压力所对应的水饱和温度，即水蒸汽应达到干蒸汽程度，此后运行时水蒸汽温度只要高于复合相变储热材料相变温度即可。
在晚间相变换热型中温储热器2放热阶段，关闭相变换热型中温储热器2的进出口阀门形成封闭空间。由于制冷机3的供水循环依然在运行，制冷机工质仍然在换热管12内流动吸热，所以相变换热型中温储热器2内的剩余水蒸汽在换热管12表面不断冷凝放热，相变换热型中温储热器2内的水蒸汽质量减少，蒸汽压力下降，对应的相变换热型中温储热器2内水蒸汽温度也不断下降。在温度下降到复合相变储热材料的相变温度(110℃)以下后，复合相变储热材料开始相变放热，加热其表面粘附的水变为110℃左右的水蒸汽，这些水蒸汽上升后与换热管12进行热交换，再冷凝成水滴落到蓄热堆积层16层内，如此循环反复实现复合相变储热材料和换热管12内流动水之间的热量传递。这时由于水蒸汽与制冷机3供水温度之间的温差减小，传热性能降低，因而为了保证制冷机3供水温度依然在90℃左右，需要适当手动调节制冷机3的水流量。
在白天中温太阳能集热器1工作时，相变换热型中温储热器2进出口阀门打开，相变换热型中温储热器2与中温太阳能集热器1加热管形成一个循环流路，流出相变换热型中温储热器2的热水用回水泵4泵回中温太阳能集热器1。在晚间中温太阳能集热器1不工作时，关闭相变换热型中温储热器2进出口阀门，使之形成封闭容器。
本实施例中的中温太阳能空调制冷***和与之配套的相变换热型中温储热器2可在白天提供用于太阳能空调的120℃水蒸气，晚上提供110℃左右水蒸汽以加热制冷机3用热水，满足制冷机3运行需要。所述相变换热型中温储热器2利用多孔质复合相变储热材料的巨大传热表面和热管相变换热技术实现了非常高的储热和放热效率，其复合相变储热材料和换热管12之间的传热热阻比传统导热型储热材料的要低2个数量级，复合相变储热材料和换热管12管路之间的温差可以忽略。相变换热型中温储热器2性能的提高能够使中温太阳能集热器1的工质温度尽量降低，从而大幅度提高整体***的太阳能热利用率。

Claims (7)

1.一种相变换热型中温储热器，其特征在于：所述中温储热器为一耐压容器，其包括箱体、多个圈架、筛网、蓄热堆积层和换热管，所述多个圈架分别水平地固定于所述箱体下部的内壁上，所述多个筛网分别放置于各圈架上，所述蓄热堆积层分别铺设于各筛网上，该蓄热堆积层由复合相变储热材料和沙粒混合而成，所述换热管设置于箱体上部的内腔中，该换热管的管腔与箱体的内部隔绝且与箱体外部相通，其中流动有导热工质。
2.根据权利要求1所述的相变换热型中温储热器，其特征在于：所述的复合相变储热材料为颗粒状，其由有机膨润土与聚乙烯腊按2.2∶1的质量比组成。
3.根据权利要求1所述的相变换热型中温储热器，其特征在于：所述的复合相变储热材料为颗粒状，其由有机膨润土与低密度聚乙烯按2∶1的质量比组成。
4.根据权利要求1所述的相变换热型中温储热器，其特征在于：使用水和水蒸气作为所述相变换热型中温储热器内的相变传热工质，该相变传热工质直接在颗粒状复合相变储热材料表面蒸发或冷凝实现相变换热；在储热阶段，相变换热型中温储热器是一个开口流动***，集热器提供的水蒸汽流入该相变换热型中温储热器，通过蓄热堆积层内冷凝放热，水蒸气的冷凝潜热被所述复合相变储热材料吸收储存；在放热阶段，关闭所述相变换热型中温储热器进出口阀门，将原来开放式的相变换热型中温储热器变为封闭空间，所述复合相变储热材料表面附着的水被加热为水蒸气，该水蒸气上升到换热管表面冷凝，加热换热管内导热工质，而水蒸气再次被冷凝成水滴落到蓄热堆积层内；由此循环往复完成所述复合相变储热材料和换热管间的热传递。
5.一种用于权利要求2所述相变换热型中温储热器的复合相变储热材料的制备方法，其特征在于：将有机膨润土和聚乙烯腊按2.2∶1的质量比配制后放入一有搅拌装置的加热容器内一边加热一边搅拌，加热到160℃后保持该温度搅拌1小时，使溶解的聚乙烯腊全部被有机膨润土吸附，最后得到平均粒径为3mm的颗粒状的复合相变储热材料。
6.一种由权利要求1所述的相变换热型中温储热器构成的中温太阳能空调***，其特征在于：所述的太阳能空调***包括中温太阳能集热器、相变换热型中温储热器、制冷机、回水泵、热水泵和储水箱，所述中温太阳能集热器的进口通过回水泵与所述储水箱相连接，并且其出口通过水蒸汽阀门与所述相变换热型中温储热器相连接，所述储水箱通过出水阀门与所述相变换热型中温储热器相连接，所述相变换热型中温储热器的换热管一端通过热水泵与制冷机相连接，另一端直接与制冷机相连接。
7.根据权利要求6所述的中温太阳能空调***，其特征在于：所述的中温太阳能集热器为真空管套管组合式两用型太阳能加热器。
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104236128A (zh) * 2013-06-13 2014-12-24 浙江同景新能源集团有限公司 太阳能的封闭储热***
CN104501469A (zh) * 2014-12-10 2015-04-08 哈尔滨工业大学 一种流动相变蓄能的降膜蒸发式换热装置
CN105241087A (zh) * 2015-09-18 2016-01-13 中国科学院电工研究所 分体式单罐固体堆积床储热***
CN105423577A (zh) * 2015-12-24 2016-03-23 北京工业大学 级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置及其使用方法
CN105633261A (zh) * 2016-01-04 2016-06-01 四川大学 一种光热电转换存储器件及制备方法
CN105890193A (zh) * 2016-06-30 2016-08-24 赵小峰 一种高温蓄热装置的强化换热结构以及具有该结构的高温蓄热装置
CN106556165A (zh) * 2016-11-28 2017-04-05 桑夏太阳能股份有限公司 一种安装于厂房屋顶的太阳能蒸汽蓄热***
CN106595366A (zh) * 2016-11-15 2017-04-26 桑夏太阳能股份有限公司 一种带有定型pcm的热管型中温储热器
WO2017086813A1 (en) * 2015-11-18 2017-05-26 TNK PROJEKT, Maciej Bargiel Reservoir accumulating thermal energy and manner of the service of the reservoir accumulating the thermal energy
CN107437643A (zh) * 2016-05-26 2017-12-05 纽安（常州）新能源技术有限公司 电动汽车锂电包用多式相变热衡***
EP3282215A1 (en) * 2013-05-17 2018-02-14 IHI Corporation Heat storage system
CN108120037A (zh) * 2018-02-06 2018-06-05 江苏贝德莱特太阳能科技有限公司 一种有机相变储热式太阳能热水器
CN108548340A (zh) * 2018-04-27 2018-09-18 武汉科技大学 太阳能储能罐
CN109140805A (zh) * 2018-08-20 2019-01-04 上海工程技术大学 一种笼屉式相变蓄热水箱
CN109222667A (zh) * 2018-11-09 2019-01-18 南京林业大学 一种基于相变换热的温度可调式食品恒温托盘架
CN109297339A (zh) * 2018-12-05 2019-02-01 上海宝钢节能环保技术有限公司 一种满液型蒸汽蓄热器及其复合相变储热材料的制备方法
CN111394065A (zh) * 2020-04-15 2020-07-10 电子科技大学中山学院 一种基于相变材料的建筑围护结构***

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61101795A (ja) * 1984-10-25 1986-05-20 Agency Of Ind Science & Technol 潜熱蓄熱器
JPS62142813A (ja) * 1985-12-18 1987-06-26 Hitachi Ltd 太陽熱利用動力発生機関
CN1719185A (zh) * 2004-07-05 2006-01-11 王智慧 复合式高密度相变蓄热装置
CN1993444A (zh) * 2004-08-10 2007-07-04 巴斯福股份公司 粗碎微胶囊制剂
CN101737965A (zh) * 2009-12-14 2010-06-16 上海交通大学 真空管套管组合式两用型太阳能加热器
CN202024297U (zh) * 2011-05-05 2011-11-02 林皓 太阳能中温相变蓄热装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61101795A (ja) * 1984-10-25 1986-05-20 Agency Of Ind Science & Technol 潜熱蓄熱器
JPS62142813A (ja) * 1985-12-18 1987-06-26 Hitachi Ltd 太陽熱利用動力発生機関
CN1719185A (zh) * 2004-07-05 2006-01-11 王智慧 复合式高密度相变蓄热装置
CN1993444A (zh) * 2004-08-10 2007-07-04 巴斯福股份公司 粗碎微胶囊制剂
CN101737965A (zh) * 2009-12-14 2010-06-16 上海交通大学 真空管套管组合式两用型太阳能加热器
CN202024297U (zh) * 2011-05-05 2011-11-02 林皓 太阳能中温相变蓄热装置

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3282215A1 (en) * 2013-05-17 2018-02-14 IHI Corporation Heat storage system
US10451358B2 (en) 2013-05-17 2019-10-22 Ihi Corporation Heat storage system
CN104236128A (zh) * 2013-06-13 2014-12-24 浙江同景新能源集团有限公司 太阳能的封闭储热***
CN104501469A (zh) * 2014-12-10 2015-04-08 哈尔滨工业大学 一种流动相变蓄能的降膜蒸发式换热装置
CN105241087A (zh) * 2015-09-18 2016-01-13 中国科学院电工研究所 分体式单罐固体堆积床储热***
CN105241087B (zh) * 2015-09-18 2017-03-01 中国科学院电工研究所 分体式单罐固体堆积床储热***
WO2017086813A1 (en) * 2015-11-18 2017-05-26 TNK PROJEKT, Maciej Bargiel Reservoir accumulating thermal energy and manner of the service of the reservoir accumulating the thermal energy
CN105423577A (zh) * 2015-12-24 2016-03-23 北京工业大学 级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置及其使用方法
CN105633261A (zh) * 2016-01-04 2016-06-01 四川大学 一种光热电转换存储器件及制备方法
CN105633261B (zh) * 2016-01-04 2018-06-08 四川大学 一种光热电转换存储器件及制备方法
CN107437643A (zh) * 2016-05-26 2017-12-05 纽安（常州）新能源技术有限公司 电动汽车锂电包用多式相变热衡***
CN105890193A (zh) * 2016-06-30 2016-08-24 赵小峰 一种高温蓄热装置的强化换热结构以及具有该结构的高温蓄热装置
CN105890193B (zh) * 2016-06-30 2018-10-16 赵小峰 一种高温蓄热装置的强化换热结构以及具有该结构的高温蓄热装置
CN106595366A (zh) * 2016-11-15 2017-04-26 桑夏太阳能股份有限公司 一种带有定型pcm的热管型中温储热器
CN106556165B (zh) * 2016-11-28 2018-06-01 桑夏太阳能股份有限公司 一种安装于厂房屋顶的太阳能蒸汽蓄热***
CN106556165A (zh) * 2016-11-28 2017-04-05 桑夏太阳能股份有限公司 一种安装于厂房屋顶的太阳能蒸汽蓄热***
CN108120037A (zh) * 2018-02-06 2018-06-05 江苏贝德莱特太阳能科技有限公司 一种有机相变储热式太阳能热水器
CN108548340A (zh) * 2018-04-27 2018-09-18 武汉科技大学 太阳能储能罐
CN109140805A (zh) * 2018-08-20 2019-01-04 上海工程技术大学 一种笼屉式相变蓄热水箱
CN109222667A (zh) * 2018-11-09 2019-01-18 南京林业大学 一种基于相变换热的温度可调式食品恒温托盘架
CN109297339A (zh) * 2018-12-05 2019-02-01 上海宝钢节能环保技术有限公司 一种满液型蒸汽蓄热器及其复合相变储热材料的制备方法
CN111394065A (zh) * 2020-04-15 2020-07-10 电子科技大学中山学院 一种基于相变材料的建筑围护结构***

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