[发明专利]热能贮存系统中使用之改进的冷却介质

说明书

本申请是1992年6月27日提交的申请号为No.722，428申请的继续部分。

热能贮存系统包括一在夜晚非高峰时间凝结的冷却介质。白天，周围空间的热量将冷却介质熔解。引起分解的热量的排除使周围空间变冷。

美国专利No.4，540，501公开了一种使用笼形包合物作为冷却介质的热能贮存系统。笼形包合物为每客体化合物分子带有非化学计量数水分子的水合物。客体化合物分子充满于晶格之中，使笼形包合物稳定化。这种稳定使水的晶格结构能在明显地高于结冰温度（0℃）的温度下形成。客体化合物分子必须是完全不溶于水的，其分子大小必须小于7。

作为客体化合物分子的卤代烃不与水相混，只有在客体与基质（晶格）化合物接触时才形成笼形包合物。为使客体化合物分子与水紧密接触可加入不同的表面活性剂。美国专利No.4，540，501公开了当客体化合物分子为选自包括CCl₂F₂，CCl₃F，CBrF₃，CHCl₂F，CHClF₂，CH₂ClF和CH₃CClF₂在内的溴化烃、氯化烃和氟化烃冷冻剂时，使用化学分子式为F（CF₂CF₂）_3-8CH₂CH₂O（CH₂CH₂O）_9-11H的非离子性氟代表面活性剂。美国专利No.4，821，794公开了使用常用量为1到5000ppm的Zonyl氟代表面活性剂及使用ZonylFSN加三氯氟甲烷，用量约为200到300ppm。在《通过CFC交变直接接触蒸发生成气体水合物或冰》（F.Isobe and Y.H.Mori，Int.J.Refrig.，vol.15，No.3（1992），Pgs·137-142.）中将Zonyl氟代表面活性剂和Unidyne  DS-401加到水-1，1，1-四氟乙烷笼形色合物中形成贮热介质。在《Proc.Inter.Soc.Energy  Convers，Eng  Conf.》（Akiya  et  al.，1991，26th（6）115-119）中使用二种未指定的表面活性剂，浓度达500ppm以增加从一种水-1，1-二氯-1-氟代乙烷冷却介质形成为笼形包合物的比率。

然而，使用了相对已知客体化合物分子而言大量的表面活性剂（直到和超过1000ppm），一些客体化合物分子与表面活性剂结合而不与水形成笼形包合物，这降低了贮热系统的效率。

在本发明之前没有关于如何为特殊冷却介质选择表面活性剂及如何确定表面活性剂的量以确保与最少量的客体化合物分子结合的最佳混合方面的经验。

另外，目前使用的客体化合物分子有不少为CFCS，如：三氯氟甲烷（CFC-11）。这些化合物的使用对臭氧层有害而变得不受欢迎。本发明的目的在于发现一种对臭氧层威胁较少的冷却介质。卤代烃，如HCFC-141（b），包含有氢，对臭氧层威胁较少，在本发明里充当笼形包合物合成中之客体分子。

图1使用表面活性剂DRSC时表面活性剂浓度与水表面张力之关系图。

图2表面活性剂（DRSC）浓度与1，1-二氯-1-氟代乙烷/水溶液界面张力之关系图。

本发明提供一种供热能贮存系统用的冷却介质，该介质包括水、客体化合物分子和具有临界胶束浓度的表面活性剂，其量为临界胶束浓度的二倍。临界胶束浓度在约1×10^-3M以下为较好，处于1×10^-4M到1×10^-6M之间更好。使用冷却介质的热能贮存装置及该装置的使用方法一并公开。本发明中的客体化合物分子为能与水形成笼形包合物的任何化合物。适用的客体化合物分子平均直径一般小于7。客体化合物分子以选自由氢氯化碳氟化合物、氢化碳氟化合物及其混和物组成的一组冷冻剂为佳。氢氯化碳氟化合物客体化合物分子的最佳实施例有1-氟-1，1-二氯乙烷和-氯二氟甲烷。氢化碳氟化合物客体化合物分子的最佳实例有1，1，1，2-四氟乙烷，1，1，1-三氟乙烷，二氟甲烷，五氟乙烷和1，1-二氟乙烷。本发明热能贮存系统的构型与美国专利No.4，540，501相似。