專利名稱：太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓄熱材料及裝置的制備，特別是涉及一種太陽能空調(diào)用蓄熱裝置。
背景技術(shù)：
普通壓縮式空調(diào)的用電量很大，尤其是炎熱的夏季，一般民用建筑物，如酒店、辦公樓、醫(yī)院等，空調(diào)耗能之大已占總耗能的50%以上，給能源、電力和環(huán)境造成了很大的壓力。而我國太陽能資源十分豐富，其中三分之二以上的地區(qū)利用太陽能的條件都相當(dāng)好。太陽能空調(diào)無疑具有非常廣闊的發(fā)展前景。太陽能用于空調(diào)制冷，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于季節(jié)匹配性好，即太陽能空調(diào)系統(tǒng)的制冷能力是隨著太陽能輻射的增大而增大的，這正好與人們對夏季空調(diào)的迫切需求相匹配。太陽能空調(diào)在環(huán)保、節(jié)能方面也顯示出無與倫比的優(yōu)越性， 所用的制冷劑都是無毒、無害的，對環(huán)境沒有幾乎影響，制冷過程中也無廢料產(chǎn)生。目前進(jìn)行市場開發(fā)的太陽能空調(diào)都是需要在有光照的條件下使用，而對于無光照和陰雨天氣下，太陽能空調(diào)將無法進(jìn)行正常工作，現(xiàn)有的辦法是增加一套燃?xì)庀到y(tǒng)來補(bǔ)充無光照時(shí)。這無疑將會極大地增加制作成本。如何進(jìn)行蓄熱將是太陽能空調(diào)極為重要的技術(shù)，蓄熱材料的性能及成本是太陽能空調(diào)能否大規(guī)模推廣的主要因素之一。蓄熱材料應(yīng)滿足如下要求蓄熱材料應(yīng)有高的能量密度；蓄熱材料與熱交換液體應(yīng)有良好的熱傳導(dǎo)；蓄熱材料應(yīng)有良好的化學(xué)和力學(xué)穩(wěn)定性；蓄熱材料與熱交換器及熱交換液體之間有良好的化學(xué)相容性；在蓄熱及放熱循環(huán)過程中應(yīng)完全可逆；低成本。目前用作蓄熱材料主要有熔鹽(KN03、NaN03或NaOH等)，石蠟基材料和脂肪酸類材料。但熔鹽存在著一個(gè)非常明顯的缺陷是其較強(qiáng)的腐蝕性，對熱交換管道及其它附屬設(shè)施具有非常強(qiáng)的腐蝕行為，不僅增加成本，亦降低了系統(tǒng)安全穩(wěn)定性能。石蠟基材料和脂肪酸類材料則主要應(yīng)用于1001顯度以下的建筑節(jié)能?；炷列顭岵牧嫌捎诰哂行阅芊€(wěn)定、成本低、蓄熱能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，是用于太陽能空調(diào)蓄熱用理想候選蓄熱材料。文獻(xiàn)1 (Kakiuchi ； Hiroyuki ； Oka; Masahiro1US patent (No. 5567346))報(bào)道了日本學(xué)者的美國專利，其中以硫酸鈉、氯化銨、溴化鈉以及硫酸銨為主要原料組成的蓄熱材料。文獻(xiàn)2 (Ross; Randy, US patent (No. 5685151))的專利則報(bào)道了用于太陽能熱利用蓄熱材料，主要的成分是氯化鈉。文獻(xiàn)3(Kadir TunpbilekiAhmet Sari, Sefa Tarhan et al· Laurie and palmitic acids eutectic mixture as latent heat storage material for low temperature heating applications Energy，2005，30 (5) : 677-692)、文獻(xiàn) 4(Ahmet Sari, Hayati Sari, Adem Onal ，Thermal properties and thermal reliability of eutectic mixtures of some fatty acids as latent heat storage materials, Energy Conversion and Management，2004，45 (3) :365-376)禾口文獻(xiàn) 5 (Atul Sharmaj Lee Dong Won, D Buddhi and Jun Un Park. Numerical heat transfer studies of the fatty acids for different heat exchanger materials on the performance of a latent heat storage system,Renewable Energy, 2005, 30 (14) 2179-2187)報(bào)道了低溫度下，在建筑房屋使用的脂肪酸類相變蓄熱材料。文獻(xiàn) 6 (Shuangmao ffu, Guiyin Fang, , Xu Liu, Dynamic discharging characteristics simulation on solar heat storage system with spherical capsules using paraffin as heat storage material, Renewable Energy, 2011, 36(4):1190-1195) 禾口文獻(xiàn) 7 (V. Shatikian, G. Ziskind and R. Letan. Numerical investigation of a PCM—based heat sink with internal fins . International Journal of Heat and Mass Transfer, 2005,48 (17) :3689-3706)則報(bào)道了以石蠟和膨脹石墨組成的相變蓄熱材料。以上文獻(xiàn)中報(bào)道的蓄熱材料，要么是成本太高，要么只能在低溫度下使用，而作為太陽能用的蓄熱材料，必須要在低成本的前提下，考慮其使用的安全和性能。圖1是太陽能空調(diào)工作的原理，白天有太陽光時(shí)，通過集熱器來集熱，開動油泵，使導(dǎo)熱油加熱，推動太陽能空調(diào)工作，多余的能量蓄存在蓄熱器中，晚上則利用導(dǎo)熱油從蓄熱器中取熱，推動太陽能空調(diào)工作。目前直接應(yīng)用于太陽能空調(diào)用的蓄熱材料及裝置還未見相關(guān)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種從選材著手，對材料的組成及制備工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而能夠低成本地生產(chǎn)出一種太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案
本發(fā)明提供的太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置，其內(nèi)部設(shè)有混凝土蓄熱材料和換熱管道，其外部設(shè)有用硅酸鋁纖維制作的保溫層，保溫層內(nèi)設(shè)有保溫材料；換熱管道有多個(gè)，均勻布置在混凝土蓄熱材料中，在每個(gè)換熱管道的外壁設(shè)有用于換熱的金屬肋片。所述金屬肋片可以采用不銹鋼肋片。所述混凝土蓄熱材料可以由以下方法制成，其步驟包括
(1)配料:
原料組成及其重量百分比和粒度為重晶石骨料20 50%，粒度10 30 mm ；鋼渣或銅渣骨料20 40%，粒度1 10mm;鋁酸鹽水泥3 10%;300目礦渣粉5 20%;300目硅微粉1 10% ；碳纖維廣5%，外加高效減水劑0. 2 ；
(2)制備
將上述原料經(jīng)干混均勻后，按原料總重量加5 8%的水，再混合均勻，然后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20 25°C溫度下養(yǎng)護(hù)48小時(shí)，最后在100 120°C溫度下烘烤 24小時(shí)，冷卻至室溫，即得到所述混凝土蓄熱材料。所述混凝土蓄熱材料的技術(shù)參數(shù)建議為密度2. 6-3. 2g/cm3,抗壓強(qiáng)度3(T80MPa， 抗折強(qiáng)度4 lOMPa，體積熱容110-150kWh/m3，熱導(dǎo)率1. 2-2. 5W/mK，使用溫度20-400°C。在配料過程中，所述原料可以由以下重量百分比和粒度的原料替換重晶石骨料 50%，粒度10 30 mm;鋼渣或銅渣骨料20%，粒度1 IOmm ;300目鋁酸鹽水泥10% ;300 目礦渣粉15% ；300目硅微粉5% ；外加高效減水劑0.2 1%。所述外加高效減水劑可以采用聚羧酸型和緩凝劑復(fù)配減水劑。本發(fā)明提供的上述太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置，其外形為長方體或正方體。
本發(fā)明為提高蓄熱能力，可以將上述蓄熱裝置通過增加蓄熱體積，并制備成不同體積的預(yù)制件，各預(yù)制件之間通過鋼制的彎頭進(jìn)行連接，以串聯(lián)的方式組成一個(gè)大的蓄熱裝置，滿足不同功率的太陽能空調(diào)蓄熱的要求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要的優(yōu)點(diǎn)
1.利用高效減水劑及低摻量鋁酸鹽水泥作為膠結(jié)劑，既大幅降低蓄熱材料中水泥的用量和拌和用水量，又大幅提高蓄熱材料在工作溫度下的穩(wěn)定性及使用壽命；
2.由于選用鋼渣、銅礦渣等熱容大、熱導(dǎo)率較高、熱穩(wěn)定較好的工業(yè)廢渣作為集料，這樣既解決了工業(yè)廢渣的環(huán)境污染，又使改性混凝土的體積熱容及熱導(dǎo)率較傳統(tǒng)混凝土材料提高40、0%，還可以降低成本約20%以上，同時(shí)根據(jù)傳熱學(xué)原理合理配置碳纖維，使新型混凝土蓄熱材料的力學(xué)性能提高50%以上。3.由于包括蓄熱混凝土和換熱管道，換熱管道的外壁具有換熱不銹鋼肋片，使得導(dǎo)熱油換熱速率提高50%以上，熱量由換熱管道傳送給蓄熱混凝土，使得蓄熱系統(tǒng)更加安全可靠。


圖1是目前太陽能空調(diào)工作原理示意圖。圖2是本發(fā)明蓄熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明蓄熱材料與管道的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.進(jìn)口管；2.進(jìn)口控制閥；3.混凝土蓄熱材料；4.保溫材料；5.換熱管道； 6.出口控制閥；7.出口管；8.肋片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但并不局限于下面所述內(nèi)容。本發(fā)明提供的太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置，其組成中所用的混凝土蓄熱材料3由以下方法制成以重晶石、鋼渣或銅渣為骨料，添加硅微粉、礦渣粉和鋁酸鹽水泥等微粉制備蓄熱材料，該蓄熱材料的工作溫度可在2(T40(TC。具體實(shí)例如下
實(shí)施例1
蓄熱材料的原料組成的重量比和粒度為重晶石骨料38%，粒度10 30mm ；鋼渣骨料 32%，粒度1 10 _ ；300目鋁酸鹽水泥8% ；300目礦渣粉15% ；300目硅微粉5% ；碳纖維2%， 直徑10 30mm，外加高效減水劑0. 3%。本例和以下實(shí)施例中的碳纖維加熱烘干后，添加到材料中。不僅改善能增加蓄熱材料的力學(xué)性能，同時(shí)對制備材料的抗熱震性有較大的貢獻(xiàn)，極大地提高其使用的壽命。原料經(jīng)干混均勻后，按原料總重量加6%的水，混合均勻后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25°C溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120°C溫度下烘烤M小時(shí)。蓄熱材料的密度為2. 98g/cm3，在INSTR0N-1195萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測得，材料的抗壓強(qiáng)度> 50 MPa,抗折強(qiáng)度> 8MPa,綜合熱分析儀上測得體積熱容145kWh/m3，導(dǎo)熱儀測得熱導(dǎo)率1. 75W/ mK。太陽能空調(diào)的功率為觀勝，運(yùn)行時(shí)間為4小時(shí)，工作溫度為180-250°C，混凝土蓄熱器的長度為1. 45m，截面為1. 35mXl. 35m，換熱管按4X4對稱均勻排布與混凝土中，換熱管尺寸為0^8X3 mm，相鄰管道中心線距離為150 mm。保溫材料為硅酸鋁纖維，保溫層的厚度585mm，換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油(昆侖牌L-QC 320)，太陽能空調(diào)啟動后，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)可以完成充熱過程，在無太陽光照射的條件下，利用蓄熱材料的熱量，仍可使空調(diào)正常工作4小時(shí)。實(shí)施例2
蓄熱材料的原料組成的重量比和粒度為重晶石骨料40%，粒度10 30mm ；鋼渣骨料 30%，粒度1 10 mm ；300目鋁酸鹽水泥6% ；300目礦渣粉17% ；300目硅微粉4% ；碳纖維 3%，直徑10 30mm，外加高效減水劑0. 4%。原料經(jīng)干混均勻后，加6. 5%的水，混合均勻后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25°C溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120°C溫度下烘烤M小時(shí)。蓄熱材料的密度為3. 05g/cm3，在INSTR0N-1195萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測得，材料的抗壓強(qiáng)度> 40 MPa,抗折強(qiáng)度> 4MPa,綜合熱分析儀上測得體積熱容136kWh/m3， 導(dǎo)熱儀測得熱導(dǎo)率1. 65W/mK。太陽能空調(diào)的功率為觀勝，運(yùn)行時(shí)間為4小時(shí)，工作溫度為 180-250°C，混凝土蓄熱器的長度為1.25m，截面為1. 15mXl. 15m，換熱管按4X4對稱均勻排布與混凝土中，換熱管尺寸為mm，相鄰管道中心線距離為150 mm。保溫材料為硅酸鋁纖維，保溫層的厚度510mm，換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油(昆侖牌L-QC 320)，太陽能空調(diào)啟動后，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)可以完成充熱過程，在無太陽光照射的條件下，利用蓄熱材料的熱量，仍可使空調(diào)正常工作4小時(shí)。實(shí)施例3
蓄熱材料的原料組成的重量比和粒度為重晶石骨料45%，粒度10 30mm ；鋼渣骨料 25%，粒度1 10 _ ；300目鋁酸鹽水泥10% ；300目礦渣粉13% ；300目硅微粉5% ；碳纖維 2%，直徑10 30mm，外加高效減水劑0. 35%。原料經(jīng)干混均勻后，加6. 8%的水，混合均勻后置于鋼模模具中，M小時(shí)后脫模，在20-25°C溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120°C溫度下烘烤M小時(shí)。蓄熱材料的密度為2. 89g/cm3，在INSTR0N-1195萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測得，材料的抗壓強(qiáng)度> 30 MPa,抗折強(qiáng)度> 6MPa,綜合熱分析儀上測得體積熱容125kWh/m3， 導(dǎo)熱儀測得熱導(dǎo)率1. 56W/mK。太陽能空調(diào)的功率為20KW，運(yùn)行時(shí)間為4小時(shí)，工作溫度為 180-250°C，混凝土蓄熱器的長度為1. 05m，截面為0. 95mX0. 95m，換熱管按4X4對稱均勻排布與混凝土中，換熱管尺寸為mm，相鄰管道中心線距離為150 mm。保溫材料為硅酸鋁纖維，保溫層的厚度502mm，換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油(昆侖牌L-QC 320)，太陽能空調(diào)啟動后，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)可以完成充熱過程，在無太陽光照射的條件下，利用蓄熱材料的熱量，仍可使空調(diào)正常工作4小時(shí)。實(shí)施例4
蓄熱材料的原料組成的重量比和粒度為重晶石骨料35%，粒度10 30mm ；鋼渣骨料 35%，粒度1 10 _ ；300目鋁酸鹽水泥7% ；300目礦渣粉16% ；300目硅微粉4% ；碳纖維 3%，直徑10 30mm，外加高效減水劑0. 32%。原料經(jīng)干混均勻后，加7%的水，混合均勻后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25°C溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120°C溫度下烘烤M小時(shí)。蓄熱材料的密度為2. 85g/cm3，在INSTR0N-1195萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測得， 材料的抗壓強(qiáng)度> 35 MPa，抗折強(qiáng)度> 3. 5MPa，綜合熱分析儀上測得體積熱容125kWh/m3， 導(dǎo)熱儀測得熱導(dǎo)率1. ^W/mK。太陽能空調(diào)的功率為20KW，運(yùn)行時(shí)間為4小時(shí)，工作溫度為 180-250°C，混凝土蓄熱器的長度為1. 15m，截面為1. 05mX 1. 05m，換熱管按4X4對稱均勻排布與混凝土中，換熱管尺寸為mm，相鄰管道中心線距離為150 mm。保溫材料為硅酸鋁纖維，保溫層的厚度MOmm，換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油(昆侖牌L-QC 320)，太陽能空調(diào)啟動后，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)可以完成充熱過程，在無太陽光照射的條件下，利用蓄熱材料的熱量，仍可使空調(diào)正常工作4小時(shí)。實(shí)施例5
蓄熱材料的原料組成的重量比和粒度為重晶石骨料30%，粒度10 30mm ；銅渣骨料 40%，粒度1 10 _ ；300目鋁酸鹽水泥6% ；300目礦渣粉17% ；300目硅微粉3% ；碳纖維 4%，直徑10 30mm，外加高效減水劑0. 45%。原料經(jīng)干混均勻后，加6. 5%的水，混合均勻后置于鋼模模具中，M小時(shí)后脫模，在20-25°C溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120°C溫度下烘烤M小時(shí)。蓄熱材料的密度為2. 78g/cm3，在INSTR0N-1195萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測得，材料的抗壓強(qiáng)度> 30 MPa,抗折強(qiáng)度> 4MPa,綜合熱分析儀上測得體積熱容125kWh/m3， 導(dǎo)熱儀測得熱導(dǎo)率1. 45W/mK。太陽能空調(diào)的功率為15KW，運(yùn)行時(shí)間為4小時(shí)，工作溫度為 180-250°C，混凝土蓄熱器的長度為1. 10m，截面為0. 85mX0. 85m，換熱管按4X4對稱均勻排布與混凝土中，換熱管尺寸為3 mm，相鄰管道中心線距離為150 mm。保溫材料為硅酸鋁纖維，保溫層的厚度515mm，換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油(昆侖牌L-QC 320)，太陽能空調(diào)啟動后，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)可以完成充熱過程，在無太陽光照射的條件下，利用蓄熱材料的熱量，仍可使空調(diào)正常工作4小時(shí)。實(shí)施例6
蓄熱材料的原料組成的重量比和粒度為重晶石骨料30%，粒度10 30mm ；銅渣骨料 40%，粒度1 10 _ ；300目鋁酸鹽水泥5% ；300目礦渣粉18% ；300目硅微粉5% ；碳纖維 2%，直徑10 30mm，外加高效減水劑0. 25%。原料經(jīng)干混均勻后，加7. 5%的水，混合均勻后置于鋼模模具中，M小時(shí)后脫模，在20-25°C溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120°C溫度下烘烤M小時(shí)。蓄熱材料的密度為2. 65g/cm3，在INSTR0N-1195萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測得，材料的抗壓強(qiáng)度> 30 MPa,抗折強(qiáng)度> 3MPa,綜合熱分析儀上測得體積熱容115kWh/m3， 導(dǎo)熱儀測得熱導(dǎo)率1. 35W/mK。太陽能空調(diào)的功率為15KW，運(yùn)行時(shí)間為4小時(shí)，工作溫度為 180-250°C，混凝土蓄熱器的長度為1. 16m，截面為0. 90mX0. 90m，換熱管按4X4對稱均勻排布與混凝土中，換熱管尺寸為mm，相鄰管道中心線距離為150 mm。保溫材料為硅酸鋁纖維，保溫層的厚度520mm，換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油(昆侖牌L-QC 320)，太陽能空調(diào)啟動后，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)可以完成充熱過程，在無太陽光照射的條件下，利用蓄熱材料的熱量，仍可使空調(diào)正常工作4小時(shí)。實(shí)施例7
蓄熱材料的原料組成的重量比和粒度為重晶石骨料45%，粒度10 30mm ；銅渣骨料 25%，粒度1 10 _ ；300目鋁酸鹽水泥8% ；300目礦渣粉15% ；300目硅微粉4% ；碳纖維 3%，直徑10 30mm，外加高效減水劑0. 40 %。原料經(jīng)干混均勻后，加8%的水，混合均勻后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25°C溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120°C溫度下烘烤M小時(shí)。蓄熱材料的密度為3. 02 g/cm3，在INSTR0N-1195萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測得，材料的抗壓強(qiáng)度> 40 MPa,抗折強(qiáng)度> 6MPa，綜合熱分析儀上測得體積熱容140kWh/m3， 導(dǎo)熱儀測得熱導(dǎo)率1. 85W/mK。太陽能空調(diào)的功率為10KW，運(yùn)行時(shí)間為4小時(shí)，工作溫度為 180-250°C，混凝土蓄熱器的長度為1. 05m，截面為0. 85mX0. 85m,換熱管按4X4對稱均勻排布與混凝土中，換熱管尺寸為3 mm，相鄰管道中心線距離為150 mm。保溫材料為硅酸鋁纖維，保溫層的厚度450mm，換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油(昆侖牌L-QC 320)，太陽能空調(diào)啟動后，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)可以完成充熱過程，在無太陽光照射的條件下，利用蓄熱材料的熱量，仍可使空調(diào)正常工作4小時(shí)。實(shí)施例8
蓄熱材料的原料組成的重量比和粒度為重晶石骨料48%，粒度10 30mm ；銅渣骨料 22%，粒度1 10 _ ；300目鋁酸鹽水泥10% ；300目礦渣粉13% ；300目硅微粉5% ；碳纖維覬， 直徑10 30mm，外加高效減水劑0. 45%。原料經(jīng)干混均勻后，加6%的水，混合均勻后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25°C溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120°C溫度下烘烤M小時(shí)。蓄熱材料的密度為3. 2g/cm3，在INSTR0N-1195萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測得，材料的抗壓強(qiáng)度> 50 MPa，抗折強(qiáng)度> 8MPa，綜合熱分析儀上測得體積熱容150kWh/m3，導(dǎo)熱儀測得熱導(dǎo)率2. 4W/mK。太陽能空調(diào)的功率為10KW，運(yùn)行時(shí)間為4小時(shí)，工作溫度為180_250°C， 混凝土蓄熱器的長度為0. 95m，截面為0. 75mX0. 75m，換熱管按4X4對稱均勻排布與混凝土中，換熱管尺寸為0^8X3 mm，相鄰管道中心線距離為150 mm。保溫材料為硅酸鋁纖維， 保溫層的厚度480mm，換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油(昆侖牌L-QC 320)，太陽能空調(diào)啟動后，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)可以完成充熱過程，在無太陽光照射的條件下，利用蓄熱材料的熱量，仍可使空調(diào)正常工作4小時(shí)。實(shí)施例9
蓄熱材料的原料組成的重量比和粒度為重晶石骨料50%，粒度10 30mm ；銅渣骨料 20%，粒度1 10 _ ；300目鋁酸鹽水泥10% ；300目礦渣粉13% ；300目硅微粉5% ；碳纖維 1%，直徑10 30mm，外加高效減水劑1 %。原料經(jīng)干混均勻后，加6%的水，混合均勻后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25°C溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120°C溫度下烘烤24小時(shí)。蓄熱材料的密度為3. 2g/cm3，在INSTR0N-1195萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測得，材料的抗壓強(qiáng)度> 50 MPa，抗折強(qiáng)度> 8MPa，綜合熱分析儀上測得體積熱容150kWh/m3，導(dǎo)熱儀測得熱導(dǎo)率2. 4W/mK。太陽能空調(diào)的功率為10KW，運(yùn)行時(shí)間為4小時(shí)，工作溫度為180_250°C， 混凝土蓄熱器的長度為0. 95m，截面為0. 75mX0. 75m,換熱管按4X4對稱均勻排布與混凝土中，換熱管尺寸為0^8X3 mm，相鄰管道中心線距離為150 mm。保溫材料為硅酸鋁纖維， 保溫層的厚度480mm，換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油(昆侖牌L-QC 320)，太陽能空調(diào)啟動后，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)可以完成充熱過程，在無太陽光照射的條件下，利用蓄熱材料的熱量，仍可使空調(diào)正常工作4小時(shí)。實(shí)施例10
蓄熱材料的原料組成的重量比和粒度為重晶石骨料20%，粒度10 30mm ；銅渣骨料 40%，粒度1 10 mm ；300目鋁酸鹽水泥10% ；300目礦渣粉20% ；300目硅微粉7% ；碳纖維 2%，直徑10 30mm，外加高效減水劑1 %。原料經(jīng)干混均勻后，加7. 5%的水，混合均勻后置于鋼模模具中，M小時(shí)后脫模，在20-25°C溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120°C溫度下烘烤M小時(shí)。蓄熱材料的密度為2. 60g/cm3，在INSTR0N-1195萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測得， 材料的抗壓強(qiáng)度> 30 MPa，抗折強(qiáng)度> 3MPa，綜合熱分析儀上測得體積熱容115kWh/m3，導(dǎo)熱儀測得熱導(dǎo)率1. ^W/mK。太陽能空調(diào)的功率為15KW，運(yùn)行時(shí)間為4小時(shí)，工作溫度為 180-250°C，混凝土蓄熱器的長度為1. 16m，截面為0. 90mX0. 90m，換熱管按4X4對稱均勻排布與混凝土中，換熱管尺寸為3 mm，相鄰管道中心線距離為150 mm。保溫材料為硅酸鋁纖維，保溫層的厚度530mm，換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油(昆侖牌L-QC 320)，太陽能空調(diào)啟動后，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)可以完成充熱過程，在無太陽光照射的條件下，利用蓄熱材料的熱量，仍可使空調(diào)正常工作4小時(shí)。實(shí)施例11
蓄熱材料的原料組成的重量比和粒度為重晶石骨料29. 8%，粒度10 30mm ；銅渣骨料40%，粒度1 10 mm ；300目鋁酸鹽水泥10% ；300目礦渣粉5% ；300目硅微粉10% ；碳纖維5%，直徑10 30mm，外加高效減水劑0. 2 %。原料經(jīng)干混均勻后，加7. 5%的水，混合均勻后置于鋼模模具中，對小時(shí)后脫模，在20-25°C溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120°C 溫度下烘烤M小時(shí)。蓄熱材料的密度為2. 62g/cm3，在INSTR0N-1195萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測得，材料的抗壓強(qiáng)度> 30 MPa,抗折強(qiáng)度> 3MPa,綜合熱分析儀上測得體積熱容115kWh/m3， 導(dǎo)熱儀測得熱導(dǎo)率1. 32W/mK。太陽能空調(diào)的功率為15KW，運(yùn)行時(shí)間為4小時(shí)，工作溫度為 180-250°C，混凝土蓄熱器的長度為1. 16m，截面為0. 90mX0. 90m，換熱管按4X4對稱均勻排布與混凝土中，換熱管尺寸為3 mm，相鄰管道中心線距離為150 mm。保溫材料為硅酸鋁纖維，保溫層的厚度510mm，換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油(昆侖牌L-QC 320)，太陽能空調(diào)啟動后，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)可以完成充熱過程，在無太陽光照射的條件下，利用蓄熱材料的熱量，仍可使空調(diào)正常工作4小時(shí)。實(shí)施例12
蓄熱材料的原料組成的重量比和粒度為重晶石骨料38. 8%，粒度10 30mm ；銅渣骨料40%，粒度1 10 _ ；300目鋁酸鹽水泥10% ；300目礦渣粉5% ；300目硅微粉1% ；碳纖維5%，直徑10 30mm，外加高效減水劑0. 2 %。原料經(jīng)干混均勻后，加7. 5%的水，混合均勻后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25°C溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120°C 溫度下烘烤M小時(shí)。蓄熱材料的密度為2. 72g/cm3，在INSTR0N-1195萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測得，材料的抗壓強(qiáng)度> 30 MPa,抗折強(qiáng)度> 3MPa,綜合熱分析儀上測得體積熱容115kWh/m3， 導(dǎo)熱儀測得熱導(dǎo)率1. 45W/mK。太陽能空調(diào)的功率為15KW，運(yùn)行時(shí)間為4小時(shí)，工作溫度為 180-250°C，混凝土蓄熱器的長度為1. 16m，截面為0. 90mX0. 90m,換熱管按4X4對稱均勻排布與混凝土中，換熱管尺寸為3 mm，相鄰管道中心線距離為150 mm。保溫材料為硅酸鋁纖維，保溫層的厚度490mm，換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油(昆侖牌L-QC 320)，太陽能空調(diào)啟動后，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)可以完成充熱過程，在無太陽光照射的條件下，利用蓄熱材料的熱量，仍可使空調(diào)正常工作4小時(shí)。上述實(shí)施例1-12所述混凝土中的高效減水劑的添加是以混凝土的總質(zhì)量來計(jì)算，所以蓄熱材料的原料組成的總質(zhì)量不是100%。該高效減水劑可以采用聚羧酸型和緩凝劑復(fù)配減水劑。實(shí)施例13
將上述實(shí)施例1-12制備的蓄熱材料即混凝土蓄熱材料3用于太陽能空調(diào)裝置，由此構(gòu)成太陽能空調(diào)用蓄熱裝置。所述混凝土蓄熱材料3用于太陽能空調(diào)裝置后，其工作原理是參見圖1，當(dāng)有光照時(shí)，集熱器首先集熱，開動油泵后，導(dǎo)熱油在管道中循環(huán)加熱，推動太陽能空調(diào)工作，多余的能量蓄存在蓄熱器中，無光照時(shí)，則利用導(dǎo)熱油從蓄熱器中取熱，推動太陽能空調(diào)工作。所述蓄熱器的結(jié)構(gòu)和工作原理是導(dǎo)熱油從進(jìn)口管1進(jìn)，進(jìn)口管上裝有進(jìn)口控制閥2，工作時(shí)首先導(dǎo)熱油通過進(jìn)口管流進(jìn)后，通過進(jìn)口控制閥來調(diào)節(jié)開關(guān)和流量的大小，并通過混凝土蓄熱材料3將能量蓄存在起來。導(dǎo)熱油經(jīng)出口管7流出形成換熱循環(huán)，并在出口管上裝有出口控制閥6來調(diào)節(jié)出口的油量。蓄熱器中的熱量交換是通過換熱管道5來進(jìn)行，為防止蓄熱材料散熱損耗，以硅酸鋁纖維做保溫材料4。太陽能空調(diào)用蓄熱裝置的結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示該裝置的整體結(jié)構(gòu)為一長方形的蓄熱塊體，此蓄熱塊體中包含混凝土蓄熱材料3和換熱管道5。換熱管道5有多個(gè)，均勻布置在混凝土蓄熱材料3中。為增加熱量交換的效率，在每個(gè)換熱管道5的外壁具有換熱不銹鋼肋片8。蓄熱塊體的外部包含有硅酸鋁纖維制作的保溫層，保溫層內(nèi)設(shè)有保溫材料 4。為提高蓄熱能力可以通過增加蓄熱體積并可制備成不同體積的預(yù)制件，通過鋼制的彎頭進(jìn)行連接，以串聯(lián)的方式組成一個(gè)大的蓄熱裝置，滿足不同功率的空調(diào)蓄熱要求。
權(quán)利要求
1.一種太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置，其特征在于該裝置內(nèi)部設(shè)有混凝土蓄熱材料(3)和換熱管道(5)，該裝置的外部設(shè)有用硅酸鋁纖維制作的保溫層，保溫層內(nèi)設(shè)有保溫材料(4);換熱管道(5)有多個(gè)，均勻布置在混凝土蓄熱材料(3)中，在每個(gè)換熱管道的外壁設(shè)有用于換熱的金屬肋片(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置，其特征在于所述金屬肋片(8)是不銹鋼肋片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置，其特征在于所述混凝土蓄熱材料(3)由以下方法制成，其步驟包括(1)配料:原料組成及其重量百分比和粒度為重晶石骨料20 50%，粒度10 30 mm ；鋼渣或銅渣骨料20 40%，粒度1 IOmm;鋁酸鹽水泥3 10%;300目礦渣粉5 20%;300目硅微粉1 10% ；碳纖維廣5%，外加高效減水劑0. 2 ；(2)制備將上述原料經(jīng)干混均勻后，按原料總重量加5 8%的水，再混合均勻，然后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20 25°C溫度下養(yǎng)護(hù)48小時(shí)，最后在100 120°C溫度下烘烤 24小時(shí)，冷卻至室溫，即得到所述混凝土蓄熱材料(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置，其特征在于所述混凝土蓄熱材料(3)技術(shù)參數(shù)為密度2. 6-3. 2g/cm3，抗壓強(qiáng)度3(T80MPa，抗折強(qiáng)度4 lOMPa，體積熱容 110-150kWh/m3，熱導(dǎo)率 1. 2-2. 5W/mK，使用溫度 20-400°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置，其特征是在配料過程中，由以下重量百分比和粒度的原料替換重晶石骨料50%，粒度10 30 mm ；鋼渣或銅渣骨料20%，粒度1 10mm;300目鋁酸鹽水泥10% ;300目礦渣粉15% ;300目硅微粉5%; 外加高效減水劑0.2 1%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置，其特征在于所述外加高效減水劑采用聚羧酸型和緩凝劑復(fù)配減水劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置，其特征在于該裝置的外形為長方體或正方體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置，其特征在于該裝置通過增加蓄熱體積，并制備成不同體積的預(yù)制件，各預(yù)制件之間通過鋼制的彎頭進(jìn)行連接，以串聯(lián)的方式組成一個(gè)大的蓄熱裝置，滿足不同功率的太陽能空調(diào)蓄熱的要求。
全文摘要
本發(fā)明是一種太陽能空調(diào)用低成本混凝土蓄熱裝置，其內(nèi)部設(shè)有混凝土蓄熱材料(3)和換熱管道(5)，其外部設(shè)有用硅酸鋁纖維制作的保溫層，保溫層內(nèi)設(shè)有保溫材料(4)；換熱管道(5)有多個(gè)，均勻布置在混凝土蓄熱材料(3)中，在每個(gè)換熱管道的外壁設(shè)有用于換熱的金屬肋片(8)。本發(fā)明從選材著手，對混凝土蓄熱材料(3)的組成及制備工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而能夠低成本地生產(chǎn)出一種新型太陽能空調(diào)用蓄熱材料，使該裝置中的蓄熱材料的蓄熱的能力、放熱效率等在內(nèi)的綜合性能得到大幅度提高，同時(shí)解決了工業(yè)廢渣的環(huán)境污染。
文檔編號C09K5/14GK102322759SQ20111016857
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者周衛(wèi)兵, 朱教群, 李元元, 程曉敏 申請人:武漢理工大學(xué)