臥式重力熱管相變換熱型太陽(yáng)能蓄冷裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能蓄冷裝置，具體涉及一種裝有相變蓄冷材料和以納米流體 作為相變換熱工質(zhì)的臥式重力熱管相變換熱型太陽(yáng)能蓄冷裝置，屬于太陽(yáng)能蓄冷領(lǐng)域技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，太陽(yáng)能是清潔環(huán)保的能源，資源豐富，取之不盡，用之不竭，一直是世界 各國(guó)的科學(xué)家能源利用研宄的焦點(diǎn)。太陽(yáng)能在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在吸收式和吸附式 制冷空調(diào)系統(tǒng)，除此之外還有太陽(yáng)能?chē)娚涫街评浜吞?yáng)能光伏發(fā)電驅(qū)動(dòng)電制冷等形式。太 陽(yáng)能制冷的應(yīng)用很大程度地改善了建筑環(huán)境冷卻對(duì)電網(wǎng)造成的壓力，是一個(gè)很好的可再生 能源利用手段。
[0003] 太陽(yáng)能空調(diào)的間歇性及易受天氣影響等特點(diǎn)是制約其普及應(yīng)用的主要因素之一。 為了減少這一因素帶來(lái)的影響，可以把太陽(yáng)能制冷技術(shù)與蓄冷技術(shù)相結(jié)合，在日照充足時(shí) 利用太陽(yáng)能制冷并蓄冷，在夜間或日照不足時(shí)再供冷給有需求的用戶(hù)，此舉有助于提高系 統(tǒng)的穩(wěn)定性和太陽(yáng)能利用率，并進(jìn)一步提高太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性。
[0004] 與顯熱蓄冷和傳統(tǒng)冰蓄冷相比，相變蓄冷技術(shù)因?yàn)閮?chǔ)能密度大、蓄冷效率高、溫度 波動(dòng)小而成為應(yīng)用研宄的熱點(diǎn)。將相變蓄冷技術(shù)與太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合，能夠有效改善 太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，很大程度提高制冷系統(tǒng)的工作效率以及太陽(yáng)能利用率，改 善系統(tǒng)的靈活性，并可使冷量的供給更加均勻恒定以提高用戶(hù)熱舒適度。
[0005] 現(xiàn)有的常用相變蓄冷的應(yīng)用方式是將蓄冷材料填充在蓄冷設(shè)備中，然后再將其與 用冷設(shè)備相聯(lián)接。對(duì)于相變蓄冷器而言，較普遍的是將相變蓄冷材料封裝起來(lái)并制成蓄冷 球，密集地堆積在密封罐或開(kāi)式槽體內(nèi)，構(gòu)成冰球蓄冷器。這類(lèi)蓄冷器主要是通過(guò)供冷工質(zhì) 將冷量帶入蓄冷器中的蓄冷球，進(jìn)行冷量的儲(chǔ)存，在需要冷量時(shí)，再由用冷工質(zhì)帶走冷量。 這個(gè)過(guò)程中發(fā)生的相變主要是封裝于蓄冷球中的相變蓄冷材料的相變。因此，相變蓄冷材 料的導(dǎo)熱性、相變特性及傳熱特性是制約整個(gè)蓄冷裝置蓄冷效率的主要因素。
[0006] 在現(xiàn)有的有關(guān)蓄冷器的文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)：中國(guó)專(zhuān)利號(hào)：201220005622,專(zhuān)利名稱(chēng)為： 整體針翅管式冰蓄冷器，其主要是采用了整體針翅管式盤(pán)管作為換熱芯體，盤(pán)管放置于 蓄冷槽內(nèi)，大幅增大了換熱面積，提高了蓄、放冷效率，提高了制冰的效率；中國(guó)專(zhuān)利號(hào)： 200510041577,專(zhuān)利名稱(chēng)為：空調(diào)用相變蓄冷器，其包括蓄冷器桶體、相變蓄冷材料、換熱 管、上集液室和下集液室，蓄冷器桶體內(nèi)置裝有載冷劑的換熱管，該發(fā)明是利用相變蓄冷材 料的相變來(lái)完成冷量的儲(chǔ)蓄和釋放的，蓄、放冷效率高，適用于制冷空調(diào)中。上述兩個(gè)專(zhuān)利 說(shuō)明了目前國(guó)內(nèi)提高蓄冷器蓄冷效率的主要手段，一是提高與供冷工質(zhì)的接觸換熱面積； 二是利用相變蓄冷材料進(jìn)行相變蓄冷。然而但是二者對(duì)蓄冷效率的提升幅度始終是有限 的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)相變蓄冷裝置所存在的不足，提出一種臥式重 力熱管相變換熱型太陽(yáng)能蓄冷裝置，其不僅采用相變蓄冷材料的相變進(jìn)行冷量的儲(chǔ)蓄和釋 放，而且采用由納米流體構(gòu)成的相變換熱介質(zhì)，對(duì)裝置內(nèi)的換熱表面進(jìn)行改性處理，并通過(guò) 該相變換熱介質(zhì)的反復(fù)循環(huán)相變實(shí)現(xiàn)換熱的循環(huán)，從而提高裝置的蓄冷性能、蓄冷效率和 熱交換效率。
[0008] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0009] 一種臥式重力熱管相變換熱型太陽(yáng)能蓄冷裝置，與太陽(yáng)能制冷裝置相連，所述太 陽(yáng)能蓄冷裝置采用重力熱管結(jié)構(gòu)，包括有密封壓力容器，該密封壓力容器內(nèi)腔的中部安裝 有內(nèi)部封裝有相變蓄冷材料的封裝銅管，上部安裝有供冷工質(zhì)管路，下部安裝有用冷工質(zhì) 管路并容納有淹沒(méi)該用冷工質(zhì)管路的相變換熱介質(zhì)，所述相變換熱介質(zhì)通過(guò)反復(fù)相變循環(huán) 換熱起中間傳遞作用，實(shí)現(xiàn)所述相變蓄冷材料所含冷量的儲(chǔ)蓄和釋放以及該相變蓄冷材料 與所述供冷工質(zhì)管路內(nèi)供冷工質(zhì)和用冷工質(zhì)管路內(nèi)用冷工質(zhì)之間的非直接接觸方式的熱 交換，避免所述相變蓄冷材料的封裝形狀對(duì)所述太陽(yáng)能蓄冷裝置的性能的制約。
[0010] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的相變換熱介質(zhì)為納米流體，以制冷劑R123a與氧化銅納 米顆粒按一定配比混合制備而成，在換熱過(guò)程中所述納米流體在所述封裝銅管表面形成一 層薄薄的多孔質(zhì)沉積層，通過(guò)這樣的自然改性處理所述封裝銅管的表面成為蓄液表面。
[0011] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的相變換熱介質(zhì)的制備方法如下：按100:1的質(zhì)量比將制 冷劑R123a與平均直徑為20nm~50nm的氧化銅納米顆粒放置在容器之中，先機(jī)械攪拌半 小時(shí)，再用超聲波發(fā)生器震蕩數(shù)小時(shí)，當(dāng)溶液整體呈均勻懸浮狀時(shí)制備完成。
[0012] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的相變換熱介質(zhì)替換為由其他基液與納米顆粒組成的納米 流體。
[0013] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的密封壓力容器的內(nèi)腔中固定設(shè)置有開(kāi)孔的上側(cè)支撐板和 下側(cè)支撐板，所述供冷工質(zhì)管路定位和安裝在該上側(cè)支撐板上，所述封裝銅管放置于該下 側(cè)支撐板上且任意水平堆砌。
[0014] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的密封壓力容器的外側(cè)包有發(fā)泡保溫層。
[0015] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的封裝銅管替換為任意形狀的金屬容器。
[0016] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的密封壓力容器為臥式不銹鋼耐壓筒狀容器。
[0017] 本發(fā)明所述太陽(yáng)能蓄冷裝置的工作原理如下，過(guò)程一共分為兩個(gè)階段：第一階段 是蓄冷階段，在用冷低谷或日照充足時(shí)，由太陽(yáng)能制冷裝置出來(lái)的供冷工質(zhì)沿供冷工質(zhì)管 路進(jìn)入充滿(mǎn)相變換熱介質(zhì)的液體和蒸汽的蓄冷裝置，供冷工質(zhì)的溫度低于蓄冷裝置內(nèi)相變 換熱介質(zhì)的溫度，蓄冷裝置中的相變換熱介質(zhì)蒸汽在供冷工質(zhì)管路表面被冷凝，冷凝蒸汽 吸收冷量變?yōu)橐后w滴落在裝滿(mǎn)液態(tài)的相變蓄冷材料的封裝銅管表面，部分蒸汽冷凝導(dǎo)致蓄 冷裝置內(nèi)相變換熱介質(zhì)的蒸汽的壓力和溫度降低，這樣相變蓄冷材料的溫度就高于相變換 熱介質(zhì)的溫度，滴落在封裝銅管表面的液體在封裝銅管表面被加熱而蒸發(fā)，又回流到供冷 工質(zhì)管路表面；如此反復(fù)相變循環(huán)，供冷工質(zhì)將冷量傳遞給相變蓄冷材料，相變蓄冷材料因 放熱凝固成固態(tài)，完成冷量的儲(chǔ)蓄；而相變換熱介質(zhì)在此起到一個(gè)中間傳遞的作用。第二階 段是放冷階段，在用冷高峰或者日照不足的時(shí)候，用冷工質(zhì)沿用冷工質(zhì)管路進(jìn)入蓄冷裝置， 用冷工質(zhì)管路周?chē)南嘧儞Q熱介質(zhì)的液體被加熱，發(fā)生沸騰換熱產(chǎn)生蒸汽，蓄冷裝置內(nèi)相 變換熱介質(zhì)的溫度和壓力同時(shí)升高，蒸汽上升并在封裝銅管表面又被冷凝變?yōu)橐旱位芈湓?蓄冷裝置底部的液池內(nèi)，而封裝銅管內(nèi)的相變蓄冷材料熔化并釋放冷量；相變換熱介質(zhì)如 此反復(fù)相變循環(huán)，相變蓄冷材料釋放冷量被用冷工質(zhì)帶走，而相變換熱介質(zhì)在此同樣起到 一個(gè)中間傳遞的作用。
[0018] 由于在蓄冷階段封裝銅管表面必須要有蓄液，因此必須對(duì)封裝銅管表面進(jìn)行表面 處理。使用納米流體作為相變換熱介質(zhì)可以在封裝銅管表面自然的沉積出有一定機(jī)械強(qiáng)度 的納米級(jí)多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)蓄液層，同時(shí)納米流體本身也能提高各部分傳熱器件相變換熱能力， 達(dá)到一舉兩得的效果。
[0019] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0020] (1)采用特殊的重力熱管式相變換熱循環(huán)，不同于以往相變蓄冷器中相變僅僅是 指相變蓄冷材料的相變，而本發(fā)明中的相變更進(jìn)一步是指相變換熱介質(zhì)的相變，而采用此 種通過(guò)該相變換熱介質(zhì)的反復(fù)循環(huán)相變實(shí)現(xiàn)的中間傳遞換熱方式，可以使蓄冷裝置的相變 蓄冷材料采用任意封裝方式，相變蓄冷材料（或封裝容器）不與供冷工質(zhì)（或供冷管路） 和用冷工質(zhì)（或用冷管路）直接接觸，從而提高了太陽(yáng)能蓄冷裝置的蓄冷效率和熱交換效 率。
[0021] (2)在相變換熱介質(zhì)R123a中添加CuO納米