太陽能儲熱型真空熱管、儲熱相變材料及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能儲熱型真空熱管、儲熱相變材料及其制備工藝，其中，所述儲熱相變材料的主要組分使用硝酸鹽-亞硝酸鹽混合熔鹽或多元醇混合物，前者適合工業(yè)上的大量應(yīng)用，而后者則具有更好的安全性，適合民用。本發(fā)明真空熱管結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，安全系數(shù)高，容易安裝，采用優(yōu)選的儲熱相變材料儲后，熱量吸收率得到進一步增強,儲存熱能提高，在不設(shè)置儲水箱的情況下，能夠通過換熱實時獲取熱水或蒸汽，節(jié)省供水系統(tǒng)在建筑中占用的空間。
【專利說明】太陽能儲熱型真空熱管、儲熱相變材料及其制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽能熱利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種太陽能儲熱型真空熱管、儲熱 相變材料及其制備工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能光熱技術(shù)為未來解決能源問題創(chuàng)造了廣闊前景，太陽能熱水器就是直接利 用太陽能光熱技術(shù)且被推廣使用的家用電器產(chǎn)品之一。目前的太陽能熱水器主要有高硼硅 玻璃真空管式和高效吸熱藍膜平板式兩種。
[0003] 真空管已經(jīng)發(fā)展20多年，鍍膜工藝已經(jīng)很成熟，從單靶到多靶磁控濺射鍍膜技 術(shù)，采用這項技術(shù)制造的膜層吸熱效率已經(jīng)超過了 94%，低溫減反射率已經(jīng)低于6 %，處于 比較理想狀態(tài)，只要按照成熟工藝嚴格控制生產(chǎn)過程都可以生產(chǎn)出質(zhì)量較高的真空管。真 空管熱水器優(yōu)點較多，如單位面積吸收率高、發(fā)射率低、保溫好，特別在較冷地區(qū)具有得天 獨厚的優(yōu)越性。然而，真空管熱水器也有明顯的缺點，包括無法與建筑很好地結(jié)合、受管徑 的局限吸熱面積小、雙層玻璃吸熱效率受到影響、玻璃容易破損、具有安全隱患等。因此，國 外真空管式熱水器使用較少。
[0004] 平板式熱水器優(yōu)點較多，包括光照面積大、吸熱率高、傳熱快、易與建筑相結(jié)合、蓋 板為鋼化超白玻璃、沒有安全隱患等優(yōu)點。但也有明顯的缺點，其吸熱面積大散熱面積也 大，所以熱平衡溫度較低，沒有保溫能力、無法獲得高溫。為了防止熱水結(jié)垢要靠介質(zhì)導(dǎo)熱， 所以只在南方溫度較高地區(qū)適用。
[0005] 目前為止，還沒有一種熱水器能夠結(jié)合這兩種熱水器的優(yōu)點。這兩種熱水器無法 在任何區(qū)域推廣，也不能使普通熱水器從低溫向中溫發(fā)展，更不能發(fā)展成蒸汽式熱水器。并 且，這兩種熱水器安裝麻煩、零部件較多、不易維護、儲熱水箱占據(jù)很大空間、不安全，為了 承壓出水還要安裝壓力泵。無論是真空管式還是平板式熱水器，冬天往往成為擺設(shè)，嚴重依 賴電輔助加熱，平板熱水器藍膜暴露在空氣中衰減很快，壽命期大大減短。國內(nèi)熱水器價格 戰(zhàn)愈演愈烈，太陽能熱水器行業(yè)處于明顯衰退狀態(tài)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的技術(shù)目的是針對現(xiàn)有產(chǎn)品的缺陷和不足，提供一種太陽能儲熱型真空熱 管，該儲熱型真空熱管可用于太陽能熱水器，無需配置笨重的熱水儲水箱，可通過儲熱相變 材料實現(xiàn)熱量的傳遞，通過換熱將涼水即時轉(zhuǎn)化為熱水輸出，工程上可以大面積并聯(lián)使用。
[0007] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0008] -種儲熱相變材料，其特征在于，主要由硝酸鹽-亞硝酸鹽混合熔鹽或多元醇混 合物組成。在工業(yè)應(yīng)用中材料使用量較大時，可采用前者，而在民用產(chǎn)品中，考慮到安全性， 則優(yōu)選采用后者多元醇混合物材料。
[0009] 上述硝酸鹽-亞硝酸鹽混合熔鹽或多元醇混合物可按照以下兩種方案設(shè)置含量 配比：
[0010] 方案（一）：
[0011] 按照質(zhì)量百分比，硝酸鹽-亞硝酸鹽混合熔鹽的所含組分包括7?52 %的硝酸鉀、 7?23%的硝酸鈉、0?52%的硝酸鋰、0?50%的亞硝酸鈉（以上百分比為具體組分質(zhì)量 /混合熔鹽總質(zhì)量）；
[0012] 方案（二）：
[0013] 按照質(zhì)量百分比，多元醇混合物的所含組分包括30?80%的新戊二醇、5?65% 的季戊四醇、5?45%的甘露醇（以上百分比為具體組分質(zhì)量/混合物總質(zhì)量）。
[0014] -種太陽能儲熱型真空熱管，其特征在于，包括外層玻璃管、內(nèi)層玻璃管和中間導(dǎo) 熱管：
[0015] 所述內(nèi)層玻璃管設(shè)置在所述外層玻璃管的管腔內(nèi)，所述中間導(dǎo)熱管插入所述內(nèi)層 玻璃管的管腔；所述內(nèi)層玻璃管和中間導(dǎo)熱管之間填充有儲熱相變材料，內(nèi)層玻璃管與外 層玻璃管之間的管腔內(nèi)設(shè)有吸氣劑以及支撐架，外層玻璃管與內(nèi)層玻璃管之間的管腔端部 被密封；
[0016] 所述內(nèi)層玻璃管開口端設(shè)有封閉內(nèi)層玻璃管開口的堵頭，所述堵頭由管口向內(nèi)設(shè) 有依次密封連接的玻璃內(nèi)管、波紋管或波紋管膨脹節(jié)、連接件，所述中間導(dǎo)熱管從玻璃內(nèi) 管、波紋管或波紋管膨脹節(jié)、連接件中部穿過，所述玻璃內(nèi)管的外端管口與內(nèi)層玻璃管的管 口熔封連接，連接件與中間導(dǎo)熱管的接觸部位密封連接。
[0017] 所述內(nèi)層玻璃管外表面鍍膜，其膜層自管面向外依次為減反膜、吸光膜、增透膜和 保護膜。
[0018] 外層玻璃管和/或內(nèi)層玻璃管優(yōu)選采用高硼硅玻璃管，而所述儲熱相變材料則可 采用上述的任一種配比的儲熱相變材料。
[0019] 一種用于制備上述復(fù)合了石墨的儲熱相變材料的制備工藝，其特征在于，包括以 下步驟：
[0020] (一）按照預(yù)設(shè)配比準備原料；
[0021] (二）制備石墨；
[0022] 將可膨脹石墨材料采用微波或馬弗爐加熱至60(TC以上形成膨脹石墨，而后按照 比例將一定量的膨脹石墨加入溶劑中并采用超聲波破碎儀處理，得到石墨微片和溶劑組成 的納米流體，經(jīng)過濾、烘干處理后得到石墨粉末。
[0023](三）復(fù)合儲熱相變材料；
[0024] 將其它原料按照比例混合，加熱使其熔化并保溫一段時間，在不斷攪拌的情況下 逐步加入步驟（二）制備的石墨粉末，冷卻凝固后即得目標儲熱相變材料。
[0025] 本發(fā)明的有益效果：
[0026] 太陽能儲熱型真空熱管結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，安全系數(shù)高，容易安裝。在采用優(yōu)選的儲熱 相變材料后，又進一步提高了其熱量吸收率及導(dǎo)熱能力，使其有效儲存熱能，在不設(shè)置熱水 儲水箱的情況下，能夠通過換熱實時獲取熱水，節(jié)省熱水供應(yīng)系統(tǒng)（如熱水器等終端產(chǎn)品） 在建筑中占用的空間。工程上大面積并聯(lián)使用，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的熱水、蒸汽供應(yīng)，適用范圍 廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明太陽能儲熱型真空熱管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2為未設(shè)置儲熱相變材料的太陽能儲熱型真空熱管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 上圖中，1-外層玻璃管，2-內(nèi)層玻璃管，3-中間導(dǎo)熱管，4-儲熱相變材料，5-波紋 管或波紋管膨脹節(jié)，6-吸氣劑，7-支撐架，8-玻璃內(nèi)管，9連接件，10-可伐合金。

【具體實施方式】
[0030] 為了闡明本發(fā)明的技術(shù)方案、技術(shù)目的及技術(shù)效果，下面結(jié)合附圖及具體實施例 對本發(fā)明做進一步的說明。
[0031] 如圖1、圖2所述的一種太陽能儲熱型真空熱管，設(shè)有外層玻璃管1、內(nèi)層玻璃管2 和金屬材料的中間導(dǎo)熱管3,所述外層玻璃管1優(yōu)選采用高硼硅玻璃管。所述內(nèi)層玻璃管3 外表面通過多靶材磁控濺射鍍膜，其膜層自管面向外依次為減反膜、吸光膜、增透膜和保護 膜。
[0032] 所述內(nèi)層玻璃管2設(shè)置在所述外層玻璃管1的管腔內(nèi)，所述中間導(dǎo)熱管3插入所 述內(nèi)層玻璃管2的管腔內(nèi)，且三者之間的中軸線應(yīng)盡量保持在一條直線上。
[0033] 所述內(nèi)層玻璃管2和中間導(dǎo)熱管3之間填充有儲熱相變材料4,內(nèi)層玻璃管2與外 層玻璃管1之間封閉的尾端管腔內(nèi)設(shè)有吸氣劑6以及不銹鋼支撐架7,支撐架7支撐在外層 玻璃管1的內(nèi)表面和內(nèi)層玻璃管2的外表面。外層玻璃管1與內(nèi)層玻璃管2之間管腔的前 端開口則熔封封閉。
[0034] 所述內(nèi)層玻璃管2前部的開口端內(nèi)設(shè)有封閉內(nèi)層玻璃管2開口的堵頭，所述堵頭 由管口向內(nèi)（由前向后）設(shè)有依次密封對接的玻璃內(nèi)管8、波紋管或波紋管膨脹節(jié)5、連接 件9,所述中間導(dǎo)熱管3從玻璃內(nèi)管8、波紋管或波紋管膨脹節(jié)5、連接件9的中部穿過，且連 接件9和中間導(dǎo)熱管3的接觸部位被密封。上述各部件的連接中，可選擇封接玻璃或可伐 合金10進行焊接，以實現(xiàn)不同材料部件對接處的密封性。
[0035] 上述的儲熱型真空熱管的組裝過程為：
[0036] 將玻璃內(nèi)管8-頭密封焊接在內(nèi)層玻璃管2上，另一頭與波紋管或波紋管膨脹節(jié)5 焊接，而波紋管或波紋管膨脹節(jié)5則和連接件9焊接。然后用去離子水清洗干凈管壁，烘干 后在磁控濺射爐里進行鍍膜處理，鍍膜管套上不銹鋼支撐架7后插進外層玻璃管1，并在端 頭放入吸氣劑6,然后熔封對接內(nèi)、外層玻璃管的前端，并排氣抽真空完成真空熱管的生產(chǎn)。 真空熱管完成后先灌裝儲熱相變材料，再插進中間導(dǎo)熱管3,把連接件9與中間導(dǎo)熱管3在 端頭密封，從而得到儲熱型真空熱管標準件。
[0037] -種儲熱相變材料，可用于上述真空熱管中，其主要組分由硝酸鹽-亞硝酸鹽混 合熔鹽或多元醇混合物構(gòu)成。配好的儲熱相變材料，通過成分調(diào)節(jié)可將其相變溫度控制在 100?150°C范圍內(nèi)。
[0038] 實施例一：
[0039] 所述硝酸鹽-亞硝酸鹽混合熔鹽中設(shè)有質(zhì)量百分比為7?52%的硝酸鉀、7? 23%的硝酸鈉、0?52%的硝酸鋰、0?50%的亞硝酸鈉。下表為不同組分含量配比的混合 熔鹽及其構(gòu)成的儲熱相變材料的相變溫度。
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 一種儲熱相變材料，其特征在于，主要由硝酸鹽-亞硝酸鹽混合熔鹽或多元醇混合 物組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種儲熱相變材料，其特征在于： 按照質(zhì)量百分比，所述硝酸鹽-亞硝酸鹽混合熔鹽的組分包括7?52%的硝酸鉀、7? 23%的硝酸鈉、0?52%的硝酸鋰、0?50%的亞硝酸鈉； 按照質(zhì)量百分比，所述多元醇混合物的組分包括30?80%的新戊二醇、5?65%的季 戊四醇、5?45%的甘露醇。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種儲熱相變材料，其特征在于，包含膨脹石墨組分， 所述膨脹石墨的質(zhì)量含量為膨脹石墨：硝酸鹽-亞硝酸鹽混合熔鹽或多元醇混合物= 1:100 ?10:100。
4. 一種太陽能儲熱型真空熱管，其特征在于，包括外層玻璃管（1)、內(nèi)層玻璃管（2)和 中間導(dǎo)熱管（3): 所述內(nèi)層玻璃管（2)設(shè)置在所述外層玻璃管（1)的管腔內(nèi)，所述中間導(dǎo)熱管（3)插入 所述內(nèi)層玻璃管（2)的管腔；所述內(nèi)層玻璃管（2)和中間導(dǎo)熱管（3)之間填充有儲熱相變 材料（4)，內(nèi)層玻璃管（2)與外層玻璃管（1)之間的管腔內(nèi)設(shè)有吸氣劑（6)以及支撐架（7)， 外層玻璃管（1)與內(nèi)層玻璃管（2)之間的管腔端部開口被密封； 所述內(nèi)層玻璃管（2)開口端設(shè)有封閉內(nèi)層玻璃管（2)開口的堵頭，所述堵頭由管口向 內(nèi)設(shè)有依次密封連接的玻璃內(nèi)管（8)、波紋管或波紋管膨脹節(jié)（5)、連接件（9)，所述中間導(dǎo) 熱管（3)從玻璃內(nèi)管（8)、波紋管或波紋管膨脹節(jié)（5)、連接件（9)中部穿過，所述玻璃內(nèi)管 (8)的外端管口與內(nèi)層玻璃管（2)的管口熔封連接，連接件（9)與中間導(dǎo)熱管（3)的接觸部 位密封連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種太陽能儲熱型真空熱管，其特征在于，所述外層玻璃管 (1)或內(nèi)層玻璃管（2)為高硼硅玻璃管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種太陽能儲熱型真空熱管，其特征在于，所述內(nèi)層玻璃 管（3)外表面鍍膜，其膜層自管面向外依次為減反膜、吸光膜、增透膜和保護膜。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種太陽能儲熱型真空熱管，其特征在于，所述儲熱相變材 料（4)為如權(quán)利要求1或2中任一權(quán)項所述的儲熱相變材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種太陽能儲熱型真空熱管，其特征在于，所述儲熱相變材 料（4)為如權(quán)利要求3所述的儲熱相變材料。
9. 一種用于制備權(quán)利要求3所述儲熱相變材料的制備工藝，其特征在于，包括以下步 驟： (一） 按照預(yù)設(shè)配比準備原料； (二） 制備石墨； 將可膨脹石墨材料采用微波或馬弗爐加熱至600°C以上形成膨脹石墨，而后按照比例 將一定量的膨脹石墨加入溶劑中并采用超聲波破碎儀處理，得到石墨微片和溶劑組成的納 米流體，經(jīng)過濾、烘干處理后得到石墨粉末。 (三） 復(fù)合儲熱相變材料； 將其它原料按照比例混合，加熱使其熔化并保溫一段時間，在不斷攪拌的情況下逐步 加入步驟（二）制備的石墨粉末，冷卻凝固后即得目標儲熱相變材料。
【文檔編號】F24J2/46GK104293304SQ201410479367
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】赫崇君, 孫希干 申請人:孫希干, 赫崇君