一种用于IDC机房蓄冷的相变材料及其应用装置的制作方法

本发明涉及蓄冷材料制备技术及其蓄冷装置制造技术领域，具体为一种用于idc机房蓄冷的相变材料及其应用装置。

背景技术：

idc机房冷却系统全年不间断供冷，idc机房会设置应急冷源。目前应急冷源主要采用水蓄冷，极少数采用冰蓄冷。采用水蓄冷，蓄冷密度低，通常水蓄冷罐体积巨大；而采用冰蓄冷，idc机房制冷系统能效比降低，不利于节能，降低pue。结合idc机房运行温度和可靠、安全、节省场地等要求，提出相变蓄冷来解决idc机房蓄冷的问题。

传统的相变蓄能材料主要包括结晶水合盐和熔融盐等无机相变蓄能材料以及脂肪烃(石蜡)、高级脂肪酸、醇及其混合有机相变蓄能材料。但是，通常无机相变蓄能材料存在着以下两个问题：一是过冷现象，即该相变材料冷凝到冷凝点时并不结晶，导致其内部物资不能及时发生相变，从而影响热量的及时释放；二是出现相分离现象，即当温度上升时该相变蓄能材料释放出来的结晶水的数量不足以溶解所有的非晶态固体脱水盐（或低水合物盐），在逆向过程中，沉降到底部的脱水盐无法和结晶水结合而不能重新结晶，使得相变过程不可逆，从而造成该相变蓄能材料的蓄能能力随着相变次数的增加而逐渐下降。而有机相变蓄能材料存在以下缺点：导热系数小、易挥发、相变时体积变化大，以及易被空气缓慢氧化而老化等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于idc机房蓄冷的相变材料及其应用装置，利用idc机房备用主机蓄冷，兼做idc机房的应急冷源；通过相变蓄冷解决了现有蓄冷系统蓄冷水罐体积过大的问题，体积约为原来体积的十分之一；利用供冷系统设备冗余，通过谷电时段蓄冷峰电时段放冷，降低idc机房制冷运行费用，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于idc机房蓄冷的相变材料及其应用装置，包括由相变材料组成的相变蓄冷罐作为应用装置，相变蓄冷罐通过管道连通有精密空调、冷水机组和冷却塔，相变蓄冷罐、精密空调、冷水机组和冷却塔均受控于外接的控制系统，且相变蓄冷罐与精密空调及冷水机组连通的管道上分别安装有相变蓄冷罐循环泵和冷冻水循环泵；在冷却塔连通的管道上还安装有冷却塔循环泵；其中，相变蓄冷罐为管壳式的换热结构，相变蓄冷罐由端部、换热管簇和壳体组成；端部为两层八边形布水器，两个八边形布水器按上下两层结构进行分开，并分别连接着冷媒水入口接管a和出口接管b；换热管簇设置为u型结构的铜翅片管，在铜翅片管的一侧涂抹有相变材料层，并贯通相变材料灌充口c，在相变蓄冷罐的底部还贯通有相变材料排放口d，其一侧连接有缓冲罐e，缓冲罐e上连接有调节阀f。

优选的，蓄冷相变材料为十四烷、十五烷、十六烷和十七烷按一定比例、在高出混合烷烃熔化温度40-50℃的状态下，添加1-2%的导电高分子材料和2-3%的膨胀石墨，以及适量的阻燃剂，经充分搅拌而成。

优选的，缓冲罐e和换热管簇与罐体采用螺栓结构g紧固。

优选的，相变蓄冷罐基本形式为壳管式的换热器，换热器为铜翅片管或铝翅片管，冷媒水流经管程，其相变材料置于翅片侧。

优选的，壳体的内壁上密封有蓄冷相变材料，其外壁设置有聚氨脂绝热层和3-5mm的防火涂层。

优选的，蓄冷相变材料基材的比例范围取决于对应10-15℃之间的蓄冷温度范围。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本用于idc机房蓄冷的相变材料及其应用装置，其换热管簇为铜翅片管或铝翅片管，冷媒水流经管程，而相变材料置于翅片侧，端部为环形结构布水器，均衡蓄冷单元管网流量，以增加水侧的流速；具有防止热膨胀的结构，包括u型翅片管或浮动封头以及突起的膨胀部，相变材料以螺栓结构密封于上述装置内，且其外壁设有绝热防火层；根据u型翅片管布置将蓄冷材料划分为小的区块，解决蓄冷放冷中冷热不均造成翅片管传热恶化的问题。2.本用于idc机房蓄冷的相变材料及其应用装置，改性相变材料具有良好蓄热或蓄冷特性，包括系列化的可选相变温度，蓄热密度高，无过冷问题，性能无衰减，无腐蚀性，难燃，使用安全。3.本用于idc机房蓄冷的相变材料及其应用装置，利用idc机房备用主机蓄冷，兼做idc机房的应急冷源；通过相变蓄冷解决了现有蓄冷系统蓄冷水罐体积过大的问题，体积约为原来体积的十分之一；利用供冷系统设备冗余，通过谷电时段蓄冷峰电时段放冷，降低idc机房制冷运行费用。

附图说明

图1为本发明用于idc机房蓄冷系统流程图；

图2为本发明相变蓄冷罐整体结构示意图；

图中：1精密空调、2冷水机组、3冷却塔、4相变蓄冷罐、41端部、42换热管簇、43壳体、5冷冻水循环泵、6冷却塔循环泵、7相变蓄冷罐循环泵、8控制系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种用于idc机房蓄冷的相变材料及其应用装置，包括由相变材料组成的相变蓄冷罐4作为应用装置，相变蓄冷罐4通过管道连通有精密空调1、冷水机组2和冷却塔3，相变蓄冷罐4、精密空调1、冷水机组2和冷却塔3均受控于外接的控制系统8，且相变蓄冷罐4与精密空调1及冷水机组2连通的管道上分别安装有相变蓄冷罐循环泵7和冷冻水循环泵5；在冷却塔3连通的管道上还安装有冷却塔循环泵6；其中，相变蓄冷罐4为管壳式的换热结构的换热器，换热器为铜翅片管或铝翅片管，冷媒水流经管程，其相变材料置于翅片侧，充填相变材料简单、安全；相变蓄冷罐4由端部41、换热管簇42和壳体43组成，壳体43的内壁上密封有蓄冷相变材料，其外壁设置有聚氨脂绝热层和3-5mm的防火涂层；端部41为两层八边形布水器，两个八边形布水器按上下两层结构进行分开，并分别连接着冷媒水入口接管a和出口接管b，以保证各壳管内水力平衡，保证流速一致；换热管簇42设置为u型结构的铜翅片管，在铜翅片管的一侧涂抹有相变材料层，并贯通相变材料灌充口c，在相变蓄冷罐4的底部还贯通有相变材料排放口d，其一侧连接有缓冲罐e，缓冲罐e和换热管簇42与罐体采用螺栓结构g紧固，方便检修与维护，同时具有防止热膨胀的作用；缓冲罐e上连接有调节阀f，用于调节缓冲罐e管口的压力。

其中，蓄冷相变材料为十四烷、十五烷、十六烷和十七烷按一定比例、在高出混合烷烃熔化温度40-50℃的状态下，添加1-2%的导电高分子材料和2-3%的膨胀石墨，以及适量的阻燃剂，经充分搅拌而成；蓄冷相变材料基材的比例范围取决于对应10-15℃之间的蓄冷温度范围，使蓄冷装置冷媒水温度满足机房冷冻水供水温度范围。

按照实施例中相变材料及idc机房蓄冷温度要求，确定相变材料配比；选配好的材料加热至40-50℃呈液态，通过接管口c泵入相变蓄冷罐4，同时开启调节阀f；根据具体idc机房蓄冷温度要求，相变温度范围为10-15℃，不同温度下具体实施案例如下。

实施例1：

a）以10℃相变为条件，作为蓄冷用改性相变材料的基材选择了的14个碳左右的烷烃；按照质量百分比为：十四烷为10-12%、十五烷为43-47%、十六烷为42-46%的比例范围混合形成混合物；其中，质量百分比可以是：十四烷为11%、十五烷为45%、十六烷为44%；

b）将该混合物加热到40-50℃，添加1-2%的导电高分子材料和2-3%的膨胀石墨，以及适量的阻燃剂，并作充分搅拌；

c）待相变材料温度静止冷却，形成相变温度约10℃，相变潜热为210kj/kg的蓄冷相变材料。

实施例2：

a）以12℃相变为条件，作为蓄冷用改性相变材料的基材选择了的16个碳左右的烷烃；按照质量百分比为：十四烷为17-19%、十五烷为17-19%、十六烷为62-66%的比例范围混合形成混合物；其中，质量百分比可以是：十四烷为17%、十五烷为18%、十六烷为65%；

b）将该混合物加热到40-50℃，添加1-2%的导电高分子材料和2-3%的膨胀石墨，以及适量的阻燃剂，并作充分搅拌；

c）待相变材料温度静止冷却，形成相变温度约12℃，相变潜热为225kj/kg的蓄冷相变材料。

实施例3：本用于idc机房蓄冷的相变材料及其应用装置，

a）以14℃相变为条件，作为蓄冷用改性相变材料的基材选择了的16个碳左右的烷烃。按照质量百分比为：十五烷为10-12%、十六烷为73-77%、十七烷为13-15%的比例范围混合形成混合物；其中，质量百分比可以是：十五烷为11%、十六烷为75%、十七烷为14%；

b）将该混合物加热到40-50℃，添加1-2%的导电高分子材料和2-3%的膨胀石墨，以及适量的阻燃剂，并作充分搅拌；

c）待相变材料温度静止冷却，形成相变温度约14℃，相变潜热为220kj/kg的蓄冷相变材料。

综上所述：本用于idc机房蓄冷的相变材料及其应用装置，其换热管簇42为铜翅片管或铝翅片管，冷媒水流经管程，而相变材料置于翅片侧(壳程)，端部41为环形结构布水器，均衡蓄冷单元管网流量，以增加水侧的流速；具有防止热膨胀的结构，包括u型翅片管或浮动封头以及突起的膨胀部，相变材料以螺栓结构密封于上述装置内，且其外壁设有绝热防火层；根据u型翅片管布置将蓄冷材料划分为小的区块，解决蓄冷放冷中冷热不均造成翅片管传热恶化的问题；本改性相变材料具有良好蓄热或蓄冷特性，包括系列化的可选相变温度，蓄热密度高，无过冷问题，性能无衰减，无腐蚀性，难燃，使用安全。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。