節能型復合相變蓄能材料加工裝置的制作方法

本實用新型涉及用于建筑節能圍護結構中制備復合相變蓄能材料的裝置技術領域，具體涉及節能型復合相變蓄能材料加工裝置。

背景技術：

目前節能減排已經日益受到我們每個人的重視。隨著人們對室內建筑環境舒適度要求的不斷提高，暖氣、空調這些調節改良生活環境的設備也更多的應用于千家萬戶。在改善生活品質的同時也帶來了很多的影響，建筑能耗呈逐年增加趨勢。隨著能源危機的出現，能量的儲存與利用越來越受到人們的關注。把相變材料添加到建筑材料中制作一些相變建筑材料，這些相變建筑材料有著比較高的熱容，可有效地存儲能量從而降低建筑能耗。

建筑行業在我國國民經濟的發展中占有比較重要的地位，從我國能源消費總量看，建筑能耗具有比較大的占比。我國目前是一個發展中國家，人口眾多，我國新增住房面積每年高達17～18億平方米，目前的建筑總量接近400億平方米，在這近400億平方米的建筑物中，僅有約1％可被稱為＂節能建筑＂。

雖然在建筑領域的應用有著誘人的前景，但將復合相變蓄能材料與建筑圍護結構相結合，讓復合相變蓄能材料參與調控建筑維護結構室內溫度的變化，首先需要解決的問題就是相變材料在發生熔化凝固相態變化的過程中的液體泄漏問題。

將相變材料與多孔材料通過真空吸附復合，使多孔材料內部的多孔結構被相變材料完全填充。目前大多是在實驗室人工小批量的制備，而申請人在先專利一種復合相變顆粒的生產裝置(ZL201620031827.3)，能夠大批量地制備復合相變顆粒。該裝置滾筒為立式，這種安裝方式適用于對液體的攪拌，對于固體顆粒的攪拌混合不利，容易造成混合不均勻；并且波輪攪拌盤下部與內筒本體之間的孔隙中填充的相變材料不能與波輪攪拌盤上部的多孔材料接觸，完成吸附，造成了相變材料的浪費，且相變材料和多孔材料有最佳吸附比，由于此孔隙的存在不能確定參加吸附過程相變材料的質量，導致多孔材料添加量的不確定性。另一方面，制備相變顆粒的目的就是使建筑節能，但是此裝置在制備過程中為了使相變材料熔化吸附進多孔材料中，會消耗很多電能用于加熱相變材料，這就造成了能量的浪費。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本實用新型擬解決的技術問題是：提供一種節能型復合相變蓄能材料加工裝置，該裝置通過槽式太陽能集熱器持續給加熱桶中的熱媒進行加熱，通過動力傳動軸帶動滾筒裝置本體進行轉動攪拌，為滾筒裝置本體內部提供合適的真空吸附熱環境，以機械運動方式和太陽能解決了勞動強度大，生產效率低，材料浪費，混合不均勻，加熱耗能的問題。

本實用新型解決所述技術問題采用的技術方案是：

一種節能型復合相變蓄能材料加工裝置，其特征在于該裝置包括滾筒裝置本體、加熱桶、動力單元和槽式太陽能集熱器，所述滾筒裝置本體固定于加熱桶內，滾筒裝置本體通過動力單元驅動在加熱桶內轉動，槽式太陽能集熱器與加熱桶連接；

所述滾筒裝置本體為六棱柱體，滾筒裝置本體的一個側面為可拆卸法蘭式，該側面上通過密封螺釘連接有端蓋，端蓋外部上設置有內蓋拆卸把手和真空抽氣孔；所述加熱桶上設有加熱桶上蓋，加熱桶上蓋上設置有放氣孔、觀察孔和上蓋把手；所述動力單元包括電機、變頻器和動力傳動軸，電機一端與變頻器連接，另一端與動力傳動軸一端連接，動力傳動軸的另一端依次水平穿過加熱桶和滾筒裝置本體，且動力傳動軸與滾筒裝置本體的軸線重合；所述槽式太陽能集熱器的出水管上連接有溫度傳感器，溫度傳感器通過溫度控制器與繼電器一端連接，繼電器另一端連接循環水泵；槽式太陽能集熱器的出水口同時與加熱桶的進水口連接，槽式太陽能集熱器的進水口通過循環水泵與加熱桶的出水口連接。

上述節能型復合相變蓄能材料加工裝置的使用方法，該方法的具體步驟是：

1)連接裝置并添加材料通過槽式太陽能集熱器連接加熱桶的進水口和出水口，向加熱桶內提供熱水，通過溫度控制器設定溫度；按比例向滾筒裝置本體內添加相變材料和多孔材料，相變材料和多孔材料的總體積為滾筒裝置本體容積的30％-60％，然后再通過密封螺釘連接固定端蓋；

2)抽真空將端蓋上的真空抽氣孔連接到外部循環水真空抽氣裝置，通過外部循環水真空抽氣裝置給滾筒裝置本體內部提供一個穩定的真空度，真空度為0.08MPa-0.1MPa；

3)攪拌通過變頻器調控電機的轉動速率，電機提供動力使滾筒裝置本體轉動起來，從而使滾筒裝置本體內部的多孔材料和相變材料充分吸附；

4)卸料關閉電機，打開端蓋上的真空抽氣孔，擰開端蓋上的密封螺釘，通過內蓋拆卸把手把端蓋卸下來，卸料，即制備出復合相變蓄能材料。

與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果：

(1)節約能源。本實用新型通過槽式太陽能集熱器持續給加熱桶中的熱媒進行加熱，利用其高集熱效率的特點，在相同的太陽輻射下輸出更多的熱水。其另一個明顯的優點是，能夠隨時靈活的調節槽的角度，最大限度的吸收熱量，為外部加熱筒提供充足的熱量。

(2)混合均勻。本實用新型將電機與變頻器相連來調節電機的轉動速率，通過動力傳動軸帶動滾筒裝置本體進行轉動攪拌，不存在攪拌死角，且通過真空孔對滾筒裝置本體內部抽真空，以排出多孔材料其微孔內的空氣，使相變材料與多孔材料充分混合。

(3)節約材料。本實用新型中的滾筒裝置本體以臥式方式連接，可以保證相變材料和多孔材料的充分接觸，所有材料全部參加真空吸附反應，只要以最佳配比添加相變材料和多孔材料，就可以制備高質量的相變材料。

(4)批量生產。本實用新型通過大容量的滾筒裝置本體可以根據生產要求添加足量的相變材料和多孔材料，制備復合相變材料，生產效率高。

附圖說明

圖1是本實用新型節能型復合相變蓄能材料加工裝置的整體構造的結構示意圖；

圖2是本實用新型節能型復合相變蓄能材料加工裝置的滾筒裝置本體(除端蓋)的立體結構示意圖；

圖3是本實用新型節能型復合相變蓄能材料加工裝置實施例1所用相變材料的凝固熔化DSC曲線圖；

圖4是本實用新型節能型復合相變蓄能材料加工裝置實施例1制備得到的復合相變蓄能材料的凝固熔化DSC曲線圖；

圖中，1—滾筒裝置本體；2—加熱桶；3—動力單元；4—槽式太陽能集熱器；1-1—真空抽氣孔；1-2—內蓋拆卸把手；2-1—放氣孔；2-2—觀察孔；2-3—上蓋把手；2-4—加熱桶上蓋；2-5—進水口；2-6—出水口；3-1—三相異步電機；3-2—動力傳動軸；3-3—變頻器；4-1—溫度傳感器。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。

本實用新型節能型復合相變蓄能材料加工裝置(簡稱裝置，參見圖1-2)，包括滾筒裝置本體1、加熱桶2、動力單元3和槽式太陽能集熱器4，所述滾筒裝置本體1固定于加熱桶2內，滾筒裝置本體1通過動力單元3驅動在加熱桶內轉動，槽式太陽能集熱器4與加熱桶2連接；

所述滾筒裝置本體1為六棱柱體，安裝方式為臥式，在轉動時可以保證相變材料和多孔材料充分接觸混合，且全部參加吸附反應，滾筒裝置本體1的一個側面為可拆卸法蘭式，該側面上通過密封螺釘連接有端蓋，端蓋外部上設置有內蓋拆卸把手1-2和真空抽氣孔1-1；所述加熱桶2上設有加熱桶上蓋2-4，加熱桶上蓋2-4蓋在加熱桶本體上，加熱桶上蓋與加熱桶本體之間通過活頁連接，加熱桶上蓋2-4上設置有放氣孔2-1、觀察孔2-2和上蓋把手2-3；所述動力單元3包括電機3-1、變頻器3-3和動力傳動軸3-2，電機3-1一端與變頻器3-3連接，另一端與動力傳動軸3-2一端連接，動力傳動軸的另一端依次水平穿過加熱桶2和滾筒裝置本體1，且動力傳動軸與滾筒裝置本體的軸線重合；所述槽式太陽能集熱器4的出水管上通過三通連接有溫度傳感器4-1，溫度傳感器4-1通過溫度控制器與繼電器一端連接，繼電器另一端連接循環水泵；槽式太陽能集熱器4的出水口同時與加熱桶2的進水口2-5連接，槽式太陽能集熱器4的進水口通過循環水泵與加熱桶的出水口2-6連接。

本實用新型節能型復合相變蓄能材料加工裝置的使用方法的具體步驟是：

1)連接裝置并添加材料通過槽式太陽能集熱器4連接加熱桶的進水口2-5和出水口2-6，向加熱桶內提供熱水，溫度控制器的溫度設定值為50℃；按比例向滾筒裝置本體內添加相變材料和多孔材料，相變材料和多孔材料的總體積為滾筒裝置本體容積的30％-60％，然后再通過密封螺釘連接固定端蓋；

2)抽真空將端蓋上的真空抽氣孔1-1連接到外部循環水真空抽氣裝置，通過外部循環水真空抽氣裝置給滾筒裝置本體1內部提供一個穩定的真空度，真空度為0.08MPa-0.1MPa；

3)攪拌通過變頻器3-2調控電機3-1的轉動速率,電機3-1提供動力使滾筒裝置本體1轉動起來，從而使滾筒裝置本體1內部的多孔材料和相變材料充分吸附；

4)卸料關閉電機3-1，打開端蓋上的真空抽氣孔1-1，擰開端蓋上的密封螺釘，通過內蓋拆卸把手1-2把端蓋卸下來，卸料，即制備出復合相變蓄能材料。

本實用新型裝置的工作原理及過程是：通過外部循環水真空抽氣裝置給滾筒裝置本體內部提供一個穩定的真空度，將電機與變頻器相連來調節電機的轉動速率，電機與動力傳動軸相連，通過動力傳動軸帶動滾筒裝置本體進行轉動攪拌，從而進行真空吸附；通過溫度傳感器向溫度控制器傳遞太陽能集熱器出水口水溫度信號，當太陽能集熱器的出水口溫度高于溫度控制器設定值時，與溫度控制器相連的繼電器啟動，與繼電器相連的循環水泵因此會通電啟動運行，反之循環水泵停止運行，槽式太陽能集熱器采用循環水泵對管路水系統進行增壓，從而向加熱桶內提供滿足一定溫度的熱水。

本實用新型裝置在使用時，先將多孔材料和相變材料按一定質量比添加到滾筒裝置本體1內部，然后再通過密封螺釘連接固定端蓋，待端蓋固定好且氣密性良好時，將端蓋上的真空抽氣孔1-1連接到外部循環水真空抽氣裝置，通過外部循環水真空抽氣裝置給滾筒裝置本體1內部提供一個穩定的真空度，然后再關閉真空抽氣孔上的閥門，使滾筒裝置本體1內部能維持在一個穩定的真空狀態。由于滾筒裝置本體1內部處于負壓狀態，多孔材料內部孔隙中的空氣將會發生溢出，與此同時，液態相變材料將進入到多孔材料的內部孔隙中。然后通過水媒介產生的氣體給滾筒裝置本體1進行加熱，從而使滾筒裝置本體1內部的相變材料受熱熔化，更好的被多孔材料所吸附，槽式太陽能集熱器4利用太陽能加熱水媒介，解決了在制備復合相變材料的過程中加熱耗能的問題。在滾筒裝置本體1內部進行真空吸附的過程中，電機提供動力使滾筒裝置本體1轉動起來，從而使滾筒裝置本體1內部的多孔材料和相變材料吸附充分。電機與變頻器連接，能給滾筒裝置本體1提供適宜的轉動速度。

本實用新型裝置主要用于建筑節能圍護結構中復合相變蓄能材料的制備，所用相變材料可以為石蠟類、脂肪酸及其脂或鹽類化合物、醇類、聚烯烴類和聚酰胺等固液相變材料；所用多孔材料可以為膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、輕質多孔陶砂、膨脹石墨等。

實施例1

本實施例節能型復合相變蓄能材料加工裝置(簡稱裝置，參見圖1-2)，包括滾筒裝置本體1、加熱桶2、動力單元3和槽式太陽能集熱器4，所述滾筒裝置本體1固定于加熱桶2內，滾筒裝置本體1通過動力單元3驅動在加熱桶內轉動，槽式太陽能集熱器4與加熱桶2連接；

所述滾筒裝置本體1為六棱柱體，安裝方式為臥式，在轉動時可以保證相變材料和多孔材料充分接觸混合，且全部參加吸附反應，滾筒裝置本體1的一個側面為可拆卸法蘭式，該側面上通過密封螺釘連接有端蓋，端蓋外部上設置有內蓋拆卸把手1-2和真空抽氣孔1-1；所述加熱桶2上設有加熱桶上蓋2-4，加熱桶上蓋與加熱桶本體之間通過活頁連接，加熱桶上蓋2-4上設置有放氣孔2-1、觀察孔2-2和上蓋把手2-3；所述動力單元3包括電機3-1、變頻器3-3和動力傳動軸3-2，電機3-1一端與變頻器3-3連接，另一端與動力傳動軸3-2一端連接，動力傳動軸的另一端依次水平穿過加熱桶2和滾筒裝置本體1，且動力傳動軸與滾筒裝置本體的軸線重合；所述槽式太陽能集熱器4的出水管上通過三通連接有溫度傳感器4-1，溫度傳感器4-1通過溫度控制器與繼電器一端連接，繼電器另一端連接循環水泵；槽式太陽能集熱器4的出水口同時與加熱桶2的進水口2-5連接，槽式太陽能集熱器4的進水口通過循環水泵與加熱桶的出水口2-6連接。

本實施例所用多孔材料為膨脹珍珠巖EP，相變材料為十四醇TD和月桂酸LA組成的混合物，十四醇TD和月桂酸LA的質量比為55％：45％，使用時將多孔材料與相變材料按照1：1的質量比。

本實施例裝置的具體使用方法是：

1)連接裝置并添加材料通過槽式太陽能集熱器4連接加熱桶的進水口2-5和出水口2-6，向加熱桶內提供熱水，溫度控制器的溫度設定值為50℃；按比例向滾筒裝置本體內添加相變材料(十四醇TD添加5.5kg，月桂酸LA添加4.5kg)和多孔材料(膨脹珍珠巖EP添加量為10kg)，相變材料和多孔材料的總體積為滾筒裝置本體容積的50％，然后再通過密封螺釘連接固定端蓋；

2)抽真空將端蓋上的真空抽氣孔1-1連接到外部循環水真空抽氣裝置，通過外部循環水真空抽氣裝置給滾筒裝置本體1內部提供一個穩定的真空度，真空度為0.08MPa；

3)攪拌通過變頻器3-2調控電機3-1的轉動速率，電機3-1的轉動速率為60r/min，電機3-1提供動力使滾筒裝置本體1轉動起來，從而使滾筒裝置本體1內部的多孔材料和相變材料充分吸附，反應時間為6h；

4)卸料關閉電機3-1，打開端蓋上的真空抽氣孔1-1，擰開端蓋上的密封螺釘，通過內蓋拆卸把手1-2把端蓋卸下來，卸料，即制備出復合相變蓄能材料。

加熱桶中的導熱液體是水媒介，通過槽式太陽能集熱器給水媒介加熱。溫度控制器的溫度設定值為50℃，當太陽能集熱器出水口溫度高于溫度控制器設定值時，與溫度控制器相連的繼電器啟動，與繼電器相連的循環水泵因此會通電啟動運行，反之循環水泵停止運行。通過槽式太陽能集熱器利用太陽能加熱水媒介，解決了在制備復合相變蓄能材料的過程中加熱耗能的問題。

圖4為本實施例制備得到的復合相變蓄能材料的凝固熔化DSC曲線趨勢，圖3為本實施例所用相變材料的熔化凝固DSC曲線趨勢，二者從圖中看熔化凝固DSC曲線趨勢保持一致。復合相變蓄能材料發生固液相變，熔化吸熱，熔化相變點為24.9℃，熔化潛熱為78.2J/g，與石蠟的熔化潛熱值相比，復合相變蓄能材料的熔化潛熱值是相變材料的熔化潛熱值162.7J/g的48.06％。在溫度降低的過程中，復合相變蓄能材料中的相變材料凝固放熱，從放熱曲線中可知，復合相變蓄能材料的凝固相變點25.2℃，凝固潛熱值為81.3J/g，復合相變蓄能材料的凝固潛熱值是石蠟凝固潛熱值165.3J/g的49.18％。這表明相變材料/多孔材料復合相變蓄能材料仍保持著相變材料原有的高相變潛熱特性。

可知通過本實用新型裝置生產的復合相變蓄能材料具有很高的熱性能和合適的相變點，表明本實用新型裝置進行批量化生產復合相變蓄能材料是切實可行的。

以上說述僅為本實用新型的具體實施例，但本實用新型的結構特征并不局限于此，任何本領域的技術人員在本實用新型的領域內，所做的形式和細節的各種改變皆涵蓋在本申請權利要求的保護范圍之中。