本發(fā)明涉及一種相變蓄能模塊及其制備方法，屬于天然能源利用與建筑節(jié)能技術領域。

背景技術：

建筑能耗是社會主要能耗之一。目前，我國建筑能耗已占社會總能耗的三分之一以上。通過對新建和既有建筑采取多種節(jié)能措施，可以在保證室內(nèi)舒適性的前提下，提高能源的利用率，使建筑能耗的總水平盡量降低。

研究表明，要實現(xiàn)有效的建筑節(jié)能，除加強圍護結構的保溫隔熱外，通過在建筑材料中引入相變材料，利用相變材料發(fā)生相變時的吸熱和釋熱特性，在溫度升高時儲存相變潛熱，溫度下降時將熱量釋放出來，可在一定程度上減小室內(nèi)溫差變化，因而亦可實現(xiàn)節(jié)能目的。目前，國內(nèi)外已開發(fā)多種建筑用相變儲能復合材料，通常以石膏、水泥等氣硬性或水硬性膠凝材料為基體，其中分散有膨脹粘土、膨脹珍珠巖等儲存有石蠟或硬脂酸丁酯等有機相變材料的無機多孔材料。如發(fā)明專利03116286.X公開了一種建筑用相變儲能復合材料，它以石膏、水泥等氣硬性或水硬性膠凝材料為基體，其中分散有膨脹粘土等多孔材料集料，多孔材料集料中儲存有石蠟或硬脂酸丁酯等有機相變材料。然而，與無機水合鹽相變材料相比，有機相變材料密度較小，相同吸附體積條件下，其質量吸附分數(shù)較小；同時，有機相變材料價格通常較高，而相變潛熱較小。此外，有機相變材料一般均為憎水性材料，其與無機膠凝材料之間的相容性很差，在無機膠凝材料中引入吸附有機相變材料的多孔材料時，基體材料(如水泥石)與多孔吸附相變材料之間將形成明顯的薄弱界面，嚴重影響復合相變材料的力學性能。

采用無機水合鹽作為相變材料進行負載，可提高多孔相變材料中相變材料負載質量、相變潛熱以及改善基體材料和多孔相變材料之間相容性和結合性，然而，無機水合鹽相變材料在液-固相變時存在嚴重的過冷現(xiàn)象。同時，申請者研究發(fā)現(xiàn)，無機水合鹽相變材料易吸收空氣中的水分而失去相變功能；攪拌于混凝土拌合物中時，也易吸水失去相變儲熱功能。為防止負載的相變復合材料吸水失去相變蓄能功能，發(fā)明專利201310459544.X公開了一種相變陶粒及其制備方法，首先在陶粒中通過真空吸附法吸附六水氯化鈣等無機水合鹽相變材料，然后通過二次吸附吸入有機相變材料，實現(xiàn)對無機水合鹽相變材料的包覆處理，從而可有效防止吸附進入陶粒的無機水合鹽相變材料吸水失效。

然而，上述相變建筑材料在應用時僅能實現(xiàn)被動的相變蓄能與釋能，當溫度在相變材料的相變溫度上下波動時，可有效實現(xiàn)相變儲能與釋能的轉換，從而減小室內(nèi)的溫度變化幅度，提高居住舒適度。然而，在夏季炎熱地區(qū)，通常其室外氣溫大大超過居住舒適溫度，若選用相變溫度較高的相變材料制備相變建筑材料，雖然可有效調(diào)節(jié)室內(nèi)溫差變化，但其可調(diào)節(jié)范圍仍明顯超過居住舒適溫度，其調(diào)節(jié)室內(nèi)溫差變化的意義不大；若選取相變溫度較低的相變材料生產(chǎn)相變建筑材料，則在環(huán)境溫度超過相變溫度后，將無法調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度變化。

采用金屬或有機容器對相變材料進行封裝后應用是目前相變材料應用的另一主要途徑，其中有機容器既可作為有機相變材料的封裝容器，也可作為無機水合鹽材料的封裝容器。無機水合鹽相變材料對有機材料無腐蝕作用，但有機容器散熱速度較慢，易老化變脆，其使用壽命較短。金屬容器則具有傳熱與散熱速度較快的優(yōu)點，但在空氣中使用易銹蝕；在封裝無機水合鹽相變材料時，內(nèi)外均易發(fā)生銹蝕作用。采用不銹鋼材料可有效減緩其在空氣中的銹蝕速度，但其內(nèi)部存在無機水合鹽相變材料，尤其是氯鹽相變材料時，其銹蝕速度仍然較快。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對目前的相變蓄能模塊及其制備方法熱損失大、腐蝕速度快、能耗大的問題，提出了一種可通過對天然冷熱源的合理利用，實現(xiàn)室內(nèi)溫度環(huán)境的主動有效調(diào)節(jié)，從而減小建筑采暖與降溫的能源消耗的相變蓄能模塊及其制備方法。

本發(fā)明所述的一種相變蓄能模塊，其特征在于：包括用于儲存相變材料的換熱腔體以及用于供水的蛇形進水管，所述的換熱腔體包括上橫腔、下橫腔以及多根換熱介質管，所述的上橫腔設有至少一個液體灌注口，所述的下橫腔設有放液口，其中所述液體灌注口以及所述放液口都配有相應的密封件；所述的換熱介質管沿上橫腔或者下橫腔的軸向排列，并且每根換熱介質管的兩端分別與所述上橫腔、所述下橫腔固接，保證所述上橫腔、所述下橫腔以及所述換熱介質管的內(nèi)腔彼此連通；所述的蛇形進水管分為多個直管段以及多個彎管段，所述的直管段通過彎管段首尾順次相連，每根直管段對應一根換熱介質管，并且所述的換熱介質管軸線與位于其內(nèi)的直管段同軸，位于兩端的直管段頂端向上延伸卡在上橫腔頂部通孔處形成連接口，其中一個連接口與外界冷水管連通，另一連接口與用水設備連通。

所述的上橫腔的與所述的下橫腔水平布置；所述的換熱介質管垂直布置，并且所述的換熱介質管沿上橫腔或下橫腔軸向均勻分布。

所述的上橫腔以及所述的下橫腔的縱剖面為六邊形，并且所述的六邊形為矩形和梯形的組合，其中矩形的長邊與梯形的長底邊重合。

所述的上橫腔兩端部各設有一個液體灌注口，分別為第一液體灌注口和第二液體灌注口，其中第一液體灌注口處配有真空止回閥，第二液體灌注口配有控制閥。

所述上橫腔與所述的下橫腔對稱，并且所述的蛇形進水管內(nèi)徑為8～12mm、厚度為0.5～1.0mm，長度為9～40m；所述的換熱介質管的個數(shù)為5～12根，并且所述的換熱介質管的內(nèi)徑為50～80mm、壁厚為1.8～2.5mm、高度為540～1060mm；所述的上橫腔以及所述的下橫腔縱剖面的六邊形均由寬70～100mm、高30～40mm矩形與上底30～50mm、下底70～100mm、高20～30mm梯形組合而成，所述的上橫腔以及所述的下橫腔的長度為290～1120mm。

根據(jù)本發(fā)明所述的一種相變蓄能模塊的制備方法，包括以下步驟：

1)將相變材料加熱至相變溫度以上使其液化得到相變液；

2)封堵下橫腔底部的放液口，然后將步驟1)獲得的相變液從上橫腔的液體灌注口灌注到換熱腔體中，灌注至相變液液面距離灌注口20～50mm為止，靜置冷卻直至換熱腔體內(nèi)的相變液重新固化；

3)選擇步驟2)的灌注部分相變液的換熱腔體上橫腔的第一液體灌注口與外界真空泵相連，對換熱腔體抽真空處理，使得換熱腔體內(nèi)真空度保持在-0.04～-0.1MPa；

4)通過第二液體灌注口向經(jīng)步驟3)抽真空后的換熱腔體內(nèi)充入氮氣或二氧化碳氣體，使其內(nèi)部壓力達到0.10～0.20MPa后，封閉上橫腔兩端的液體灌注口，從而使得換熱腔體完全封閉，相變材料灌注完畢。

所述相變材料為六水氯化鈣，并摻加0.1～1.0％(w/w)的BaCO₃作為晶核劑。

所述相變材料由無水氯化鈣與水按摩爾比為1.0～1.02:6配制而成，配制時，同時加入占相變材料總質量0.1～1.0％的BaCO₃作為晶核劑。

本發(fā)明的有益效果是：采用內(nèi)外雙腔復合結構，在模塊內(nèi)部設置冷熱源循環(huán)管道，可有效實現(xiàn)冷熱源與相變材料之間的熱量交換；同時，采用真空處理或采用CO₂或氮氣置換相變材料封裝容器內(nèi)部的空氣，可有效防止封裝容器內(nèi)部不銹鋼和銅管的銹蝕。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構圖。

圖2是圖1的A-A縱剖截面示意圖。

圖3是圖1的B-B剖視圖。

圖4是圖1的C-C剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明本發(fā)明

參照附圖：

實施例1：本發(fā)明所述的一種相變蓄能模塊，包括用于儲存相變材料的換熱腔體1以及用于供水的蛇形進水管2，所述的換熱腔體1包括上橫腔11、下橫腔12以及多根換熱介質管13，所述的上橫腔11設有液體灌注口111，所述的下橫腔12設有放液口121，其中所述液體灌注口111以及所述放液口121都配有相應的密封件；所述的換熱介質管13沿上橫腔11或者下橫腔12的軸向排列，并且每根換熱介質管13的兩端分別與所述上橫腔11、所述下橫腔12固接，保證所述上橫腔11、所述下橫腔12以及所述換熱介質管13的內(nèi)腔彼此連通；所述的蛇形進水管2分為多個直管段21以及多個彎管段22，所述的直管段21通過彎管段22首尾順次相連，每根直管段21對應一根換熱介質管13，并且所述的換熱介質管13軸線與位于其內(nèi)的直管段21同軸，位于蛇形進水管2兩端的直管段21頂端向上延伸卡在上橫腔11頂部通孔處形成連接口，其中一個連接口與外界冷水管連通，另一連接口與用水設備連通。

所述的上橫腔11的與所述的下橫腔12水平布置；所述的換熱介質管13垂直布置，并且所述的換熱介質管13沿上橫腔11或下橫腔12軸向均勻分布。

所述的上橫腔11以及所述的下橫腔12的縱剖面為六邊形，并且所述的六邊形為矩形和梯形的組合，其中矩形的長邊與梯形的長底邊重合。

所述的上橫腔11兩端部各設有一個液體灌注口111，分別為第一液體灌注口和第二液體灌注口，其中第一液體灌注口處配有真空止回閥，第二液體灌注口配有控制閥。

所述上橫腔11與所述的下橫腔12對稱，并且所述的蛇形進水管2內(nèi)徑為8mm、厚度為0.5mm，長度為20m；所述的換熱介質管13的個數(shù)為10根，并且所述的換熱介質管13的內(nèi)徑為60mm、壁厚為2mm、高度為600mm；所述的上橫腔11以及所述的下橫腔12縱剖面的六邊形均由寬70mm、高30mm矩形與上底30mm、下底70mm、高20mm梯形無縫焊接組成，所述的上橫腔11以及所述的下橫腔12的長度為780mm；上橫腔11上側設置1個內(nèi)徑為30mm的液體灌注口111，上部左右各設置1個內(nèi)徑為20mm的通孔；蛇形進水管2與上橫腔11、下橫腔12連接處通過焊接進行連接。

實施例2：根據(jù)實施例1所述的一種相變蓄能模塊的灌注方法，包括以下步驟：

1)將相變材料六水氯化鈣加熱至40℃使其液化得到相變液；

2)封堵下橫腔底部的放液口，然后將步驟1)獲得的相變液從上橫腔的液體灌注口灌注到換熱腔體中，至相變液液面距離灌注口20mm為止，靜置冷卻直至換熱腔體內(nèi)的相變液重新固化；

3)選擇步驟2)的灌注部分相變液的換熱腔體上橫腔的第一液體灌注口與外界真空泵相連，對的換熱腔體抽真空處理，使得換熱腔體內(nèi)真空度保持在-0.1MPa；

4)通過第二液體灌注口向經(jīng)步驟3)抽真空后的換熱腔體內(nèi)充入氮氣或二氧化碳氣體后封閉上橫腔兩端的液體灌注口，使其內(nèi)部壓力達到0.10MPa后，從而使得換熱腔體完全封閉，相變材料灌注完畢。

所述相變材料六水氯化鈣，并摻加1.0％(w/w)的BaCO₃作為晶核劑，配置方法如下：將無水氯化鈣與水按摩爾比為1.0:6配制而成無機水合鹽相變材料，配制時，同時加入占相變材料總質量1.0％的BaCO₃作為晶核劑。

實施例3本實施例與實施例1的區(qū)別之處在于：上橫腔上側設置2個內(nèi)徑為30mm的液體灌注口。

實施例4根據(jù)實施例3所述的一種相變蓄能模塊的灌注方法，與實施例2的區(qū)別之處在于：將無水氯化鈣與水按摩爾比為1.02：6配制成無機水合鹽相變材料，配制時，同時加入0.1％的BaCO3作為晶核劑。將配制得到的相變材料加熱至60℃液化后，灌注加入換熱腔體中。通過相變材料灌注連接口灌注相變材料，至相變液液面距離灌注口50mm為止，然后分別采用真空止回閥和閥門分別與2個灌注連接口連接，并將閥門與二氧化碳氣體管道連接。然后在閥門關閉情況下，將換熱腔體通過真空止回閥一側進行真空處理，真空度為-0.06MPa。進行真空處理后，進一步采用等內(nèi)徑絲堵對真空止回閥進行密封處理；隨后將另一連接口閥門打開充入工業(yè)二氧化碳氣體，關閉閥門后，采用同內(nèi)徑放氣絲堵對閥門進行密封即可。

實施例5本實施例與實施例1的區(qū)別之處在于：上橫腔上側設置2個內(nèi)徑為20mm的灌注連接口，上部左右各設置1個內(nèi)徑為30mm的通孔。

實施例6根據(jù)實施例5所述的一種相變蓄能模塊的灌注方法，與實施例2的區(qū)別之處在于：在六水氯化鈣中加入0.5％的BaCO₃作為晶核劑，灌注加入換熱腔體中。通過相變材料灌注連接口灌注相變材料后，分別采用真空止回閥和閥門分別與2個灌注連接口連接，并將閥門與工業(yè)氮氣管道連接。然后在閥門關閉情況下，將換熱腔體通過真空止回閥一側進行真空處理，真空度為-0.05MPa。進行真空處理后，進一步采用等內(nèi)徑絲堵對真空止回閥進行密封處理；隨后將另一連接口閥門打開充入工業(yè)氮氣，關閉閥門后，采用同內(nèi)徑放氣絲堵對閥門進行密封即可。

實施例7～19按表1～表3將不同尺寸的換熱介質銅管、不銹鋼散熱豎腔、不銹鋼橫腔經(jīng)無縫焊接形成內(nèi)部均勻分布換熱介質管道的換熱管腔，豎腔與橫腔之間相互連通，換熱介質管分布于豎腔與橫腔中，并與豎腔和橫腔不相連通。1根橫腔上側設置2個內(nèi)徑為20mm的灌注連接口，上部左右各設置1個內(nèi)徑為20mm的通孔。

在六水氯化鈣中加入BaCO₃作為晶核劑，制備相變材料，晶核劑摻量見表4。將相變材料加熱至表4各實施例所列溫度液化后，灌注加入按實施例7～19加工而成的換熱腔體中。通過相變材料灌注連接口灌注相變材料后，分別采用真空止回閥和閥門分別與2個灌注連接口連接，并將閥門與工業(yè)二氧化碳氣體管道連接。然后在閥門關閉情況下，將換熱腔體通過真空止回閥一側進行真空處理，真空度如表4所示。進行真空處理后，進一步采用等直徑絲堵對真空止回閥進行密封處理；隨后將另一連接口閥門打開充入工業(yè)氣體，關閉閥門后，采用同直徑絲堵對閥門進行密封即可(實施例7～19)。

表1換熱介質管尺寸表

表2六邊形截面不銹鋼橫腔尺寸表

表3蛇形進水管尺寸

表4實施例7～19

本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也包括本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明構思所能夠想到的等同技術手段。