卧式重力热管相变换热型太阳能蓄冷装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种卧式重力热管相变换热型太阳能蓄冷装置，与太阳能制冷装置相连，包括有密封压力容器，该密封压力容器内腔的中部安装有内部封装有相变蓄冷材料的封装铜管，上部安装有供冷工质管路，下部安装有用冷工质管路并容纳有纳米流体构成的相变换热介质，该相变换热介质通过反复相变循环换热起中间传递作用，实现相变蓄冷材料所含冷量的储蓄和释放以及该相变蓄冷材料与供冷工质和用冷工质之间的非直接接触方式的热交换，避免了相变蓄冷材料的封装形状对太阳能蓄冷装置性能的制约。本发明专利技术利用纳米流体对装置内的换热表面进行改性处理，使其具有蓄液性能，提高了装置的蓄冷性能、蓄冷效率和热交换效率。

【技术实现步骤摘要】
卧式重力热管相变换热型太阳能蓄冷装置
本专利技术涉及一种太阳能蓄冷装置，具体涉及一种装有相变蓄冷材料和以纳米流体作为相变换热工质的卧式重力热管相变换热型太阳能蓄冷装置，属于太阳能蓄冷领域

技术介绍
众所周知，太阳能是清洁环保的能源，资源丰富，取之不尽，用之不竭，一直是世界各国的科学家能源利用研究的焦点。太阳能在空调领域的应用主要集中在吸收式和吸附式制冷空调系统，除此之外还有太阳能喷射式制冷和太阳能光伏发电驱动电制冷等形式。太阳能制冷的应用很大程度地改善了建筑环境冷却对电网造成的压力，是一个很好的可再生能源利用手段。太阳能空调的间歇性及易受天气影响等特点是制约其普及应用的主要因素之一。为了减少这一因素带来的影响，可以把太阳能制冷技术与蓄冷技术相结合，在日照充足时利用太阳能制冷并蓄冷，在夜间或日照不足时再供冷给有需求的用户，此举有助于提高系统的稳定性和太阳能利用率，并进一步提高太阳能空调系统运行的灵活性。与显热蓄冷和传统冰蓄冷相比，相变蓄冷技术因为储能密度大、蓄冷效率高、温度波动小而成为应用研究的热点。将相变蓄冷技术与太阳能空调系统相结合，能够有效改善太阳能制冷系统的运行稳定性，很大程度提高制冷系统的工作效率以及太阳能利用率，改善系统的灵活性，并可使冷量的供给更加均匀恒定以提高用户热舒适度。现有的常用相变蓄冷的应用方式是将蓄冷材料填充在蓄冷设备中，然后再将其与用冷设备相联接。对于相变蓄冷器而言，较普遍的是将相变蓄冷材料封装起来并制成蓄冷球，密集地堆积在密封罐或开式槽体内，构成冰球蓄冷器。这类蓄冷器主要是通过供冷工质将冷量带入蓄冷器中的蓄冷球，进行冷量的储存，在需要冷量时，再由用冷工质带走冷量。这个过程中发生的相变主要是封装于蓄冷球中的相变蓄冷材料的相变。因此，相变蓄冷材料的导热性、相变特性及传热特性是制约整个蓄冷装置蓄冷效率的主要因素。在现有的有关蓄冷器的文献中发现：中国专利号：201220005622，专利名称为：整体针翅管式冰蓄冷器，其主要是采用了整体针翅管式盘管作为换热芯体，盘管放置于蓄冷槽内，大幅增大了换热面积，提高了蓄、放冷效率，提高了制冰的效率；中国专利号：200510041577，专利名称为：空调用相变蓄冷器，其包括蓄冷器桶体、相变蓄冷材料、换热管、上集液室和下集液室，蓄冷器桶体内置装有载冷剂的换热管，该专利技术是利用相变蓄冷材料的相变来完成冷量的储蓄和释放的，蓄、放冷效率高，适用于制冷空调中。上述两个专利说明了目前国内提高蓄冷器蓄冷效率的主要手段，一是提高与供冷工质的接触换热面积；二是利用相变蓄冷材料进行相变蓄冷。然而但是二者对蓄冷效率的提升幅度始终是有限的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对相变蓄冷装置所存在的不足，提出一种卧式重力热管相变换热型太阳能蓄冷装置，其不仅采用相变蓄冷材料的相变进行冷量的储蓄和释放，而且采用由纳米流体构成的相变换热介质，对装置内的换热表面进行改性处理，并通过该相变换热介质的反复循环相变实现换热的循环，从而提高装置的蓄冷性能、蓄冷效率和热交换效率。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种卧式重力热管相变换热型太阳能蓄冷装置，与太阳能制冷装置相连，所述太阳能蓄冷装置采用重力热管结构，包括有密封压力容器，该密封压力容器内腔的中部安装有内部封装有相变蓄冷材料的封装铜管，上部安装有供冷工质管路，下部安装有用冷工质管路并容纳有淹没该用冷工质管路的相变换热介质，所述相变换热介质通过反复相变循环换热起中间传递作用，实现所述相变蓄冷材料所含冷量的储蓄和释放以及该相变蓄冷材料与所述供冷工质管路内供冷工质和用冷工质管路内用冷工质之间的非直接接触方式的热交换，避免所述相变蓄冷材料的封装形状对所述太阳能蓄冷装置的性能的制约。作为进一步改进，所述的相变换热介质为纳米流体，以制冷剂R123a与氧化铜纳米颗粒按一定配比混合制备而成，在换热过程中所述纳米流体在所述封装铜管表面形成一层薄薄的多孔质沉积层，通过这样的自然改性处理所述封装铜管的表面成为蓄液表面。作为进一步改进，所述的相变换热介质的制备方法如下：按100:1的质量比将制冷剂R123a与平均直径为20nm～50nm的氧化铜纳米颗粒放置在容器之中，先机械搅拌半小时，再用超声波发生器震荡数小时，当溶液整体呈均匀悬浮状时制备完成。作为进一步改进，所述的相变换热介质替换为由其他基液与纳米颗粒组成的纳米流体。作为进一步改进，所述的密封压力容器的内腔中固定设置有开孔的上侧支撑板和下侧支撑板，所述供冷工质管路定位和安装在该上侧支撑板上，所述封装铜管放置于该下侧支撑板上且任意水平堆砌。作为进一步改进，所述的密封压力容器的外侧包有发泡保温层。作为进一步改进，所述的封装铜管替换为任意形状的金属容器。作为进一步改进，所述的密封压力容器为卧式不锈钢耐压筒状容器。本专利技术所述太阳能蓄冷装置的工作原理如下，过程一共分为两个阶段：第一阶段是蓄冷阶段，在用冷低谷或日照充足时，由太阳能制冷装置出来的供冷工质沿供冷工质管路进入充满相变换热介质的液体和蒸汽的蓄冷装置，供冷工质的温度低于蓄冷装置内相变换热介质的温度，蓄冷装置中的相变换热介质蒸汽在供冷工质管路表面被冷凝，冷凝蒸汽吸收冷量变为液体滴落在装满液态的相变蓄冷材料的封装铜管表面，部分蒸汽冷凝导致蓄冷装置内相变换热介质的蒸汽的压力和温度降低，这样相变蓄冷材料的温度就高于相变换热介质的温度，滴落在封装铜管表面的液体在封装铜管表面被加热而蒸发，又回流到供冷工质管路表面；如此反复相变循环，供冷工质将冷量传递给相变蓄冷材料，相变蓄冷材料因放热凝固成固态，完成冷量的储蓄；而相变换热介质在此起到一个中间传递的作用。第二阶段是放冷阶段，在用冷高峰或者日照不足的时候，用冷工质沿用冷工质管路进入蓄冷装置，用冷工质管路周围的相变换热介质的液体被加热，发生沸腾换热产生蒸汽，蓄冷装置内相变换热介质的温度和压力同时升高，蒸汽上升并在封装铜管表面又被冷凝变为液滴回落在蓄冷装置底部的液池内，而封装铜管内的相变蓄冷材料熔化并释放冷量；相变换热介质如此反复相变循环，相变蓄冷材料释放冷量被用冷工质带走，而相变换热介质在此同样起到一个中间传递的作用。由于在蓄冷阶段封装铜管表面必须要有蓄液，因此必须对封装铜管表面进行表面处理。使用纳米流体作为相变换热介质可以在封装铜管表面自然的沉积出有一定机械强度的纳米级多孔质结构蓄液层，同时纳米流体本身也能提高各部分传热器件相变换热能力，达到一举两得的效果。本专利技术的有益效果在于：(1)采用特殊的重力热管式相变换热循环，不同于以往相变蓄冷器中相变仅仅是指相变蓄冷材料的相变，而本专利技术中的相变更进一步是指相变换热介质的相变，而采用此种通过该相变换热介质的反复循环相变实现的中间传递换热方式，可以使蓄冷装置的相变蓄冷材料采用任意封装方式，相变蓄冷材料(或封装容器)不与供冷工质(或供冷管路)和用冷工质(或用冷管路)直接接触，从而提高了太阳能蓄冷装置的蓄冷效率和热交换效率。(2)在相变换热介质R123a中添加CuO纳米颗粒和添加剂混合制备成纳米流体，以此纳米流体为换热工质，在换热过程中纳米流体自然的沉积在装有相变蓄冷材料的封装铜管的表面，对表面进行改性处理，使其成为能够储存液体的强湿润性表面，满足了相变换热循环需要，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卧式重力热管相变换热型太阳能蓄冷装置，与太阳能制冷装置相连，其特征在于：所述太阳能蓄冷装置采用重力热管结构，包括有密封压力容器，该密封压力容器内腔的中部安装有内部封装有相变蓄冷材料的封装铜管，上部安装有供冷工质管路，下部安装有用冷工质管路并容纳有淹没该用冷工质管路的相变换热介质，所述相变换热介质通过反复相变循环换热起中间传递作用，实现所述相变蓄冷材料所含冷量的储蓄和释放以及该相变蓄冷材料与所述供冷工质管路内供冷工质和用冷工质管路内用冷工质之间的非直接接触方式的热交换，避免所述相变蓄冷材料的封装形状对所述太阳能蓄冷装置的性能的制约。

【技术特征摘要】
1.一种卧式重力热管相变换热型太阳能蓄冷装置，与太阳能制冷装置相连，其特征在于：所述太阳能蓄冷装置采用重力热管结构，包括有密封压力容器，该密封压力容器内腔的中部安装有内部封装有相变蓄冷材料的封装铜管，上部安装有供冷工质管路，下部安装有用冷工质管路并容纳有淹没该用冷工质管路的相变换热介质，所述相变换热介质通过反复相变循环换热起中间传递作用，实现所述相变蓄冷材料所含冷量的储蓄和释放以及该相变蓄冷材料与所述供冷工质管路内供冷工质和用冷工质管路内用冷工质之间的非直接接触方式的热交换，避免所述相变蓄冷材料的封装形状对所述太阳能蓄冷装置的性能的制约。2.根据权利要求1所述的卧式重力热管相变换热型太阳能蓄冷装置，其特征在于：所述的相变换热介质为纳米流体，以制冷剂R123a与氧化铜纳米颗粒按一定配比混合制备而成，在换热过程中所述纳米流体在所述封装铜管表面形成一层薄薄的多孔质沉积层，通过这样的自然改性处理所述封装铜管的表面成为蓄液表面。3.根据权利要求2所述的卧式重力热管相变换热型太阳能蓄冷装置，其特征在于：所述的相变换热介...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振华，胡博文，赵峰，严冬春，
申请(专利权)人：上海交通大学，桑夏太阳能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31