一种组装式分区域模块化相变储热器及其制备制造技术

本发明专利技术涉及一种组装式分区域模块化相变储热器及其制备，相变储热器包括一个或复数个分区域模块化相变储热组件，分区域模块化相变储热组件包括至少一个相变储热单元，相变储热单元由定形复合相变材料，和插在定形复合相变材料中并露出两端管接头的换热管组成，其中，定形复合相变材料由相变材料和膨胀石墨复合而成，同一分区域模块化相变储热组件的相变储热单元之间的管接头采用卡套连接。与现有技术相比，本发明专利技术具有相变过程无液体泄漏、传热能力强、储放热效率高、易组装集成等特点，通过改变储热模块的数量和连接方式可以更好的满足外界用户对不同储热容量和储放热速率的需求，整个储热器节能环保、储放热快、便于组装和维护等。

【技术实现步骤摘要】
一种组装式分区域模块化相变储热器及其制备
本专利技术涉及热能存储与利用的
，尤其是涉及一种组装式分区域模块化相变储热器及其制备。
技术介绍
随着社会的发展，人们已逐渐认识到，建筑环境对人类的寿命、工作效率、产品质量起着极为重要的作用，对建筑环境的要求也越来越高，这也就意味着越来越多的能源将被投入到建筑环境控制中。当前建筑能耗总量在我国能源消费总量中的份额正在不断增加，而建筑采暖和热水供应也是建筑节能的重点，是备受关注的研究话题。从资源角度来讲，我国有着极其丰富的太阳能资源，并且绝大部分地区都适合太阳能的开发和利用。另外，电采暖也是当前建筑采暖中的一种重要方法，如果可以将谷时段的电能以热能的形式储存起来在峰时段使用，因为峰谷段电价的不同便可给用户带来很大的经济效益，同时减轻用电高峰电厂的压力。然而，太阳能和低谷电能有着时间上不连续性的特征，如何最大化的有效利用它们成为当前的热点问题。与此同时，工业生产中也存在着大量的工业余热废热没有被利用，而相变储能技术可以很好的解决以上能源供需在时间和空间上不匹配的矛盾。相变储能技术中普遍存在相变材料导热系数较小和换热器换热效率较低等问题，成为相变储能技术市场化的最大障碍。将相变材料与一些基体材料如膨胀石墨均匀混合制备成的定型定形复合相变材料，其导热系数相比原相变材料大大增加，并且具有储能密度高、结构简单、相变时无液体泄漏、性能稳定、无毒害、无腐蚀、寿命长等优点。目前，传统的相变储热器普遍存在换热效率低、结构复杂、性能单一和使用寿命短等缺点，将定形复合相变材料制成储热单元，使其模块化生产、连接和组装，开发一种可根据用户需求定制规格且功能多元化的组装式分区域模块化相变储热器，在充分利用太阳能、低谷电能和工业余废热的同时，也可以提供给用户更加便捷和舒适的体验，是未来节能型建筑的发展趋势。申请号为201310274843.6的专利技术专利“蓄热模块及蓄热器”，公开了一种储热模块及储热器，该储热模块具有换热效率高的优点，可以使相变储能材料实现一次性融化储能，在常温下相变储能材料可处于稳定过冷态，存储相变能长达一年之久而不会出现自发结晶和分相的现象。该专利技术还提供一种储热器，包括上述的储热模块，所述储热模块为两个以上，相邻的所述储热模块彼此相连。但该储热模块结构较为复杂，且对容器工艺条件要求较高，一方面不便于生产和维修，另一方面相变材料的稳定性容易受到影响从而降低储热器的工作效率。申请号为201610098857.0的专利技术专利“一种模块化相变储热供热单元及其制造方法”，公开了一种模块化相变储热供热单元及其制造方法，该方法所得的储热基体，因铜管与定形复合相变材料紧密接触，大大降低了接触热阻，具有较高的换热系数及换热效率，且完成一次储热后，储存的热量既可用于热水供应，又可以用于暖气供应。但对于储热器而言，适应不同条件下的储放热需求是非常重要的，采用该储热供热单元，无法很好的针对不同热源和不同热量需求进行有效调节，有可能产生热量过剩和供需不匹配等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种组装式分区域模块化相变储热器及其制备。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种组装式分区域模块化相变储热器，包括一个或复数个以串联、并联或串并联方式组合的分区域模块化相变储热组件，所述的分区域模块化相变储热组件包括至少一个相变储热单元，所述的相变储热单元由定形复合相变材料，和插在定形复合相变材料中并露出两端管接头的换热管组成，其中，所述的定形复合相变材料由相变材料和膨胀石墨复合而成，同一分区域模块化相变储热组件的相变储热单元之间的管接头采用卡套连接。换热管可采用铜管等。优选的，所述的相变材料为脂肪酸、直链烷烃、多元醇或水合盐等。相变材料在定形复合相变材料中所占质量百分比可根据传热强化需求进行调整。优选的，所述的膨胀石墨加热制备温度600～1000℃为宜，所得膨胀石墨体积大于50mL/g为宜。优选的，所述的分区域模块化相变储热组件采用保温材料包裹，不同的分区域模块化相变储热组件通过金属隔板隔开。优选的，卡套与管接头组成的连通管路上设有控制阀门，并使得不同的分区域模块化相变储热组件实现串联、并联、串并联、部分利用以及单个分区域模块化相变储热组件独立运作。组装式分区域模块化相变储热器的制备方法，优选包括以下步骤：(1)：将膨胀石墨与相变材料混合均匀，然后均匀吸热，得到定形复合相变材料；(2)：再将定形复合相变材料倒入内部设定位置已布置好换热管的模具中，沿换热管轴线方向压缩定形复合相变材料成型，得到相变储热单元，并保证其内部换热管与定形复合相变材料紧密接触，且换热管两端露出管接头；(3)：连接接通相变储热单元中的换热管，使得各相变储热单元之间串联组成分区域模块化相变储热组件；(4)：利用保温材料包裹分区域模块化相变储热组件，由单个或复数个以串联或并联方式连接并组成所述组装式分区域模块化相变储热器。优选的，步骤(1)中吸热的温度为高于相变材料相变温度30～50℃的环境，吸热的时间为3-4h。吸热过程为使相变材料完成相变过程，液态相变材料具有一定流动性可以更加充分地被膨胀石墨吸附，吸热时间3-4h是保证所有相变材料充分完成相变过程，使复合材料尽可能的均匀。相变材料能否被膨胀石墨均匀的吸附影响到定形复合相变材料的导热性和热稳定性，如温度过低或时间过短可能导致相变材料相变不完全分布不均。优选的，步骤(1)中吸热的温度为高于相变材料相变温度40℃。优选的，步骤(2)中定形复合相变材料的可压密度范围由相变材料自身密度和石墨质量百分比决定，理想密度为在保证热稳定性(相变材料相变时不泄漏)和满足外观需求下可压制的密度为700～1100kg/m3为宜，此时定型复合相变材料的导热和体积储热密度较高。优选的，步骤(2)中相变储热单元中换热管两端露出的管接头的长度不小于30mm，以便进行卡套连接并给复合相变材料储热后体积膨胀提供空间。本专利技术的整个相变储热器可根据相变材料相变温度和应用场所的不同，选择热泵、太阳能、工业余废热、谷电为热源完成储热过程，储存热量可通过风机盘管末端向室内供暖或直接为用户提供不同温度的热水。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)、本专利技术所得的相变储热单元，定形复合相变材料本身具有较高的导热系数，同时因铜管(即换热管)紧密嵌入在复合相变材料中，接触热阻很小，该模块具有较高的换热系数及换热效率。2)、本专利技术可通过控制复合相变材料的体积、密度和配比，得到具有一定储热量和导热系数的相变储热单元和分区域模块化相变储热组件，将一定数量的分区域模块化相变储热组件进行分区域组装即可满足相应的储热放热要求。3)、本专利技术所得到的组装式分区域模块化相变储热器，可以通过串联、并联、部分利用以及不同区域独立运作等工作方式完成储热和放热，能更好的满足用户需求，也提高了储放热效率。4)、本专利技术所得到的组装式分区域模块化相变储热器适配热源广泛，有着显著的节能效果，储存的热量既可用于热水供应，又可以用于暖气供应。5)、本专利技术所得到的组装式分区域模块化相变储热器拆卸组装简单，便于进行结构调整和维护。附图说明图1为本专利技术的相变储热单元的结构示意图；图2为本专利技术的组装式分区域模块化相变储热器的流程示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组装式分区域模块化相变储热器，其特征在于，包括一个或复数个分区域模块化相变储热组件，所述的分区域模块化相变储热组件包括至少一个相变储热单元，所述的相变储热单元由定形复合相变材料，和插在定形复合相变材料中并露出两端管接头的换热管组成，其中，所述的定形复合相变材料由相变材料和膨胀石墨复合而成，同一分区域模块化相变储热组件的相变储热单元之间的管接头采用卡套连接。

【技术特征摘要】
1.一种组装式分区域模块化相变储热器，其特征在于，包括一个或复数个分区域模块化相变储热组件，所述的分区域模块化相变储热组件包括至少一个相变储热单元，所述的相变储热单元由定形复合相变材料，和插在定形复合相变材料中并露出两端管接头的换热管组成，其中，所述的定形复合相变材料由相变材料和膨胀石墨复合而成，同一分区域模块化相变储热组件的相变储热单元之间的管接头采用卡套连接。2.根据权利要求1所述的一种组装式分区域模块化相变储热器，其特征在于，所述的相变材料为脂肪酸、直链烷烃、多元醇或水合盐。3.根据权利要求1所述的一种组装式分区域模块化相变储热器，其特征在于，所述的膨胀石墨的加热制备温度600～1000℃为宜，其膨胀体积大于50mL/g为宜。4.根据权利要求1所述的一种组装式分区域模块化相变储热器，其特征在于，所述的分区域模块化相变储热组件采用保温材料包裹，不同的分区域模块化相变储热组件通过金属隔板隔开。5.根据权利要求1所述的一种组装式分区域模块化相变储热器，其特征在于，卡套与管接头组成的连通管路上设有控制阀门，并使得不同的分区域模块化相变储热组件实现串联、并联、串并联、部分利用以及单个分区域模块化相变储热组件独立运作。6.如权利要求1-5任一所述的组装式分区域模块化相变储热器的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李廷贤，翟天尧，王如竹，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31