[发明专利]一种模块化相变储热供热单元及其制造方法

说明书

本发明涉及一种模块化相变储热供热单元及其制造方法，模块化相变储热供热单元由储热基体、金属翅片板及金属外壳构成，储热基体上下两侧各有一块金属翅片板，金属外壳将储热基体与两块金属翅片板包裹起来，成为独立的储热供热单元，所述储热基体由定形复合相变材料和插在定形复合相变材料内的铜管构成，所述铜管内为水流通道，所述金属翅片板的间隙为空气通道。与现有技术相比，本发明所得的储热基体，因铜管与复合相变材料紧密接触，大大降低了接触热阻，具有较高的换热系数及换热效率。本发明所得到的模块化储热供热单元，完成一次储热后，储存的热量既可用于热水供应，又可以用于暖气供应，可用于开发具有储热功能的新型室内换热末端。

技术领域

本发明涉及热能储存技术领域，尤其是涉及一种基于有机物/膨胀石墨复合相变材料的模块化相变储热供热单元及其制造方法。

背景技术

当今，随着社会的发展，人们对于能源的需求量越来越大，能源利用过程中付出的金钱成本与环境成本也越来越高。2014年，建筑能耗总量在我国能源消费总量中的份额已超30％，而暖通空调能耗约占建筑能耗的50％，因此暖通空调的节能是建筑节能的重点。另外，我国既有建筑中仅有1％为节能建筑，节能空间巨大。我国有着丰富的太阳能资源，全国平均的年总辐射量约为1500千瓦时/平方米。从资源总量的角度而言，中国绝大部分地区都适合太阳能的开发利用。另外，去年以来，越来越多的城市鼓励全面推行居民用电峰谷电价，鼓励居民用户参与电力移峰填谷。以上海为例，峰时段(6-22时)电价为0.617元/kWh，谷时段(22时-次日6时)电价为0.307元/kWh，可见，如果将谷时段的电能以热能的形式储存起来在峰时段使用，可以产生巨大的经济效益。然而，太阳能和低谷电能都存在时间上不连续性的特征，怎样充分利用它们成为广泛关注的问题。能量储存技术可以解决能量利用与需求在时间、空间上不匹配的矛盾。因此，为了充分利用太阳能和低谷电能，必须考虑能量储存技术。然而，潜热储存技术中所用相变材料导热系数较小以及换热器换热效率较低，成为限制潜热储存技术广泛应用的最大障碍。将相变材料与一些添加剂膨胀石墨结合制备成定型的复合相变材料，在一定程度上解决了相变材料导热系数低的问题，复合材料内部导热系数大大增加了，并且具有储能密度高、结构简单、无毒害、无腐蚀、质量轻、相变时无液体泄漏、性能稳定等优点。

目前，传统的室内换热末端包括散热片、风机盘管等均不具备储热功能，只能实现能量在空间上的转移，并不能实现能量在时间上转移。将相变储能材料与其结合，开发具有热能储存功能换热末端，可实现太阳能及低谷电能的充分利用。这种具有储热功能的换热末端是未来节能型建筑的发展趋势，有望替代传统的换热末端。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种换热系数高、结构简单的基于有机物/膨胀石墨复合相变材料的模块化相变储热供热单元及其制造方法。可将一定数量的该储热供热单元组装成具有一定热容量的储热供热装置，该装置以太阳能和低谷电能为能量来源，可以实现同时供热水和暖气的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模块化相变储热供热单元，由储热基体、金属翅片板及金属外壳构成，储热基体上下两侧各有一块金属翅片板，金属外壳将储热基体与两块金属翅片板包裹起来，成为独立的储热供热单元，所述储热基体由定形复合相变材料和插在定形复合相变材料内的铜管构成，所述铜管内为水流通道，所述金属翅片板的间隙为空气通道，储热后可以实现供热水、供暖气的目的。

优选地，所述定形复合相变材料由有机物和膨胀石墨复合而成，其中有机物所占质量百分比为50％-80％。所述有机物为相变温度为55-85℃范围内的饱和脂肪酸或直链烷烃。所述定形复合相变材料的相变潜热为100-180J/g，导热系数为18-30W/mK。

优选地，所述铜管均匀布置在定形复合相变材料中，且二者紧密接触，所述铜管的根数(n)与所述储热基体在垂直于铜管轴线的截面上长(L)、高(H)关系满足：n＝L/H。所述储热基体的两端，铜管长度各留出不小于20mm的余量，以便焊接铜管弯头。