一种适用地源热泵夏季工况的高导热相变回填材料制造技术

本发明专利技术公布了一种适用地源热泵夏季工况的高导热相变回填材料及其制备方法，包括以下质量分数的原料：基料68％～78％、相变芯材20％～30％和吸附载体2％～3％。本发明专利技术的相变回填材料可减小短时间内土壤温度的波动对换热的影响，以此提高热泵系统的取热量和系统运行效率，不仅可以提高回填材料的总体热容，而且可以解决相变材料在相变过程中的渗漏问题，并且利用石墨的高导热率，提升了复合相变材料的综合导热率。本发明专利技术的回填材料，使得浅层地温能得到有效利用和保存，此外，回填材料的高热容使得系统的井深换热量得到提升，可显著减少钻孔深度及数量，以此降低前期投资成本，以此提高浅层地温能利用推广力度。此提高浅层地温能利用推广力度。此提高浅层地温能利用推广力度。

【技术实现步骤摘要】
一种适用地源热泵夏季工况的高导热相变回填材料


[0001]本专利技术属于地下回填材料
，具体涉及一种适用地源热泵夏季工况的高导热相变回填材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]浅层地温能是一种极具竞争力的绿色低碳的可再生能源。地源热泵是一种利用地下浅层岩土作为蓄能体的高效节能空调系统，因其绿色、环保、节能的特点被推广。回填材料作为地埋管与周围岩土体的换热媒介，其热物性直接影响地埋管换热效果以及整个热泵机组的正常运行。地埋管与蓄能岩土体交换热量首先要经过孔内回填材料。地埋管、回填材料、岩土体的热阻成串联关系，由此可认为回填材料是热泵系统存储或交换热量的第一层次介质。若回填材料热容量不足，或不能及时将接收的热量扩散至周围地层，则会在换热孔内发生热堆积。相变材料(PCM)因其具有相变时潜热大、温度变化小的特点，被成功应用于建筑节能、航天热控以及太阳能热利用等领域。将其作为回填材料的添加剂，可利用它在相变过程中的潜热来减小短时间内土壤温度的波动对换热的影响，以此提高取热量和系统运行效率。

技术实现思路

[0003]一种适用地源热泵夏季工况的高导热相变回填材料，其特征在于：包括以下质量分数的原料：基料68％～78％、相变芯材20％～30％和吸附载体2％～3％；基料为花岗岩、白云岩或石灰岩，相变芯材采用癸酸与月桂酸的混合酸，吸附载体为膨胀石墨；以芯材质量为100g为例，其中癸酸质量为41g～62g、月桂酸质量为28g～49g；吸附载体：膨胀石墨质量为10g。
[0004]进一步的，所述吸附载体为200～300膨胀率的膨胀石墨。
[0005]上述的一种适用地源热泵夏季工况的高导热相变回填材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)将花岗岩、白云岩或石灰岩作为原砂骨料，经过真空干燥机烘干6h后得到干骨料；
[0007](2)将步骤(1)中干骨料倾倒入石头粉碎机中进行破碎，通过多层筛网震动分选破碎后的砂石，筛选得到80
‑
20目的岩石粉末；
[0008](3)按照癸酸与月桂酸的质量比为17:8，以相变芯材质量为100g为例，称取68g的癸酸晶体和32g的月桂酸粉末混合并置于60℃水浴加热，待混合物融化后放入转子搅拌10min使两者充分混匀，即得到二元复合相变芯材；
[0009](4)称取10g的膨胀石墨，将液态的混合酸分多次加入膨胀石墨中，搅拌30min后静置30min；
[0010](5)将步骤(2)与步骤(4)所制备得到的两种材料均匀混合，静置24h即可制得合适相变温度的相变回填材料。
[0011]本专利技术的有益效果：本专利技术的相变回填材料主要可利用潜热来减小短时间内土壤温度的波动对换热的影响，以此提高热泵系统的取热量和系统运行效率，不仅可以利用相变材料相变时产生的潜热，提高材料的总体热容，而且可解决了相变材料在相变过程中的渗漏问题；并且利用石墨的高导热率，提升回填材料的综合导热率。本专利技术的回填材料，使得浅层地温能得到有效利用和保存。此外，回填材料的高热容使得系统的井深换热量得到提升，可显著减少钻孔深度及数量，以此降低前期投资成本，提高浅层地温能利用推广力度。
附图说明
[0012]图1本专利技术相变回填材料与普通回填材料回填的换热孔中心温度对比图。
[0013]图2专利技术相变回填材料与普通回填材料回填的换热孔的单位井深换热量对比图。
[0014]图3是本专利技术相变回填材料与普通回填材料回填的换热孔的热影响范围云图。
具体实施方式
[0015]下面结合具体的实施例对该专利技术进行进一步介绍。
[0016]实施例1：一种适用于地源热泵夏季工况的高导热相变回填材料，包括以下质量分数的原料：基料680g、芯材200g和吸附载体20g；基料为花岗岩、白云岩或石灰岩；相变芯材采用癸酸和月桂酸；吸附载体采用膨胀石墨。
[0017]上述基料是花岗岩、白云岩或石灰岩，由于花岗岩等岩石的导热系数较高，所以采用这几类岩石破碎而成的碎屑作为回填砂。
[0018]上述相变芯材不选用石蜡以及多元醇等相变温度较高的材料，是因为地源热泵运行的温度并不在石蜡等材料的相变温度区间，故选用癸酸与月桂酸二者的混合酸，这种复合相变材料既具有适合相变温度，又具有高潜热的优点。
[0019]上述吸附载体选用膨胀石墨，是因为该材料具备疏松的多孔网状结构使其具有较大的比表面积和极强的吸附能力，可以吸附相变材料。
[0020]上述的一种适应于地源热泵夏季工况的高导热相变回填材料的制备方法，包括以下步骤：
[0021](1)将680g花岗岩、白云岩或石灰岩作为原砂骨料，经过真空干燥机烘干6h后得到干骨料；
[0022](2)将步骤(1)中干骨料倾倒入石头粉碎机中进行破碎，通过多层筛网震动分选破碎后的砂石，筛选得到80
‑
20目的岩石粉末；
[0023](3)按照癸酸与月桂酸的质量比为17:8的比例，以相变芯材质量为200g为例，称取136g的癸酸晶体和64g的月桂酸粉末混合并置于60℃水浴加热，待混合物融化后，放入转子搅拌10min使两者充分混匀，即得到二元复合相变芯材；
[0024](4)称取10g的膨胀石墨，将液态混合酸分多次加入膨胀石墨中，搅拌30min后静置30min；
[0025](5)将步骤(2)与步骤(5)所制备得到的两种材料均匀混合，静置24h即可制得合适相变温度的相变回填材料。
[0026]通过有限元模拟软件模拟得到上述的一种适应于地源热泵夏季工况的高导热相
变回填材料在温度控制方面的表现，见图1。由图1可知，添加了相变回填材料的热泵机组相较于普通回填材料的机组，由于相变材料在相变时产生的潜热，使得回填材料的热容大大提升，减小了短时间内土壤温度的波动对换热的影响。
[0027]实施例2：一种适用于地源热泵夏季工况的高导热相变回填材料，包括以下质量分数的原料：基料730g、芯材250g和吸附载体25g；基料为花岗岩、白云岩或石灰岩；相变芯材采用癸酸和月桂酸；吸附载体采用膨胀石墨。
[0028]上述基料是花岗岩、白云岩或石灰岩，由于花岗岩等岩石的换热量较高，所以采用这几类岩石破碎而成的碎屑作为回填砂。
[0029]上述相变芯材不选用石蜡以及多元醇等相变温度较高的材料，是因为热泵运行的温度并不在石蜡等材料的相变温度区间，故选用癸酸与月桂酸二者的混合酸，这种材料既具有适合相变温度，又具有高潜热的相变芯材。
[0030]上述吸附载体选用膨胀石墨，是因为该材料具备天然石墨高导热、耐腐蚀、耐高温等优良性能。可提升相变回填材料的总体导热率。
[0031]上述的一种适应于地源热泵夏季工况的高导热相变回填材料的制备方法，包括以下步骤：
[0032](1)将730g花岗岩、白云岩或石灰岩作为原砂骨料，经过真空干燥机烘干6h后得到干骨料；
[0033](2)将步骤(1)中干骨料倾倒入石头粉碎机中进行破碎，通过多层筛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用地源热泵夏季工况的高导热相变回填材料，其特征在于：包括以下质量分数的原料：基料68％～78％、相变芯材20％～30％和吸附载体2％～3％；基料为花岗岩、白云岩或石灰岩，相变芯材采用癸酸与月桂酸的混合酸，吸附载体为膨胀石墨。相变芯材中癸酸与月桂酸比例为癸酸45％～69％、月桂酸31％～55％。膨胀石墨与相变芯材的质量比为10：100。2.根据权利要求1所述的一种适用地源热泵夏季工况的高导热相变回填材料，其特征在于：所述吸附载体为200～300膨胀率的膨胀石墨。3.根据权利要求1所述的一种适用地源热泵夏季工况的高导热相变回填材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将花岗岩、白云岩或石灰岩作为原砂骨...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉宇进，田小林，陈仪侠，彭佳，唐忠伟，裴鹏，
申请(专利权)人：贵州浅层地温能开发有限公司，
类型：发明
国别省市：