CN100580334C - 太阳能热能变量输入、均衡输出储能系统 - Google Patents

太阳能热能变量输入、均衡输出储能系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太阳能热能变量输入、均衡输出储能系统，它属于一种将热能转化为化学能的变量输入均衡输出储能装置。本发明主要是解决现有太阳能存在的供热不稳定和使用受环境温度限制的技术难点。本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：太阳能热能变量输入、均衡输出储能系统，它包括太阳能采能装置、热能转化介质和耗能装置，其中：它还包括储能转化装置和控制装置，热能转化介质设在储能转化装置中，太阳能采能装置与储能转化装置的输入端联接，耗能装置与储能转化装置的输出端联接，控制装置分别与太阳能采能装置、耗能装置和储能转化装置相联接。本发明具有供热稳定和使用不受环境温度限制等优点。

Description

太阳能热能变量输入、均衡输出储能系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能热能变量输入、均衡输出储能系统，它属于一种将热能转化为化学能的变量输入均衡输出储能装置。
背景技术
能源短缺已成为全世界需要亟待解决的大问题，而太阳能作为一种清洁和绿色能源已受到大家的广泛研究和使用。但由于受太阳高度角、方位角、云层厚度和大气污染因素的影响，太阳辐射能的接收在一天24小时内有典型的峰谷变化，因而太阳能的利用受到了限制。针对这一问题，人们研究出一些方法加以解决。如将热泵技术与太阳能相结合，用热泵采集空气中的低温热能补充太阳能在低谷时的热能不足，达到热能的平衡使用。但由于热泵的热能随着气温的降低而降低，所以这种方法也还存在着供热不稳定和使用受环境温度限制的缺陷。
发明内容
本发明的目的是解决现有太阳能存在的供热不稳定和使用受环境温度限制的技术难点并提供一种供热稳定和使用不受环境温度限制的太阳能热能变量输入、均衡输出储能系统。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：太阳能热能变量输入、均衡输出储能系统，它包括太阳能采能装置、热能转化介质和耗能装置，其中：它还包括储能转化装置和控制装置，热能转化介质设在储能转化装置中，太阳能采能装置与储能转化装置的输入端联接，耗能装置与储能转化装置的输出端联接，控制装置分别与太阳能采能装置、耗能装置和储能转化装置相联接；该系统从太阳能采能装置中采集变量热能，当变量热能的输入量大于耗能装置所需热交换量时，一部分热能直接供给耗能装置，另一部分热能储存在储能转化装置中的热能转化介质中；当变量热能的输入量减少到小于耗能装置所需热交换量时，储存在热能转化介质中的热能释放，实现对耗能装置所需热能的补充供给；所述储能转化装置包括保温防腐壳体、输入端交换器、导流冷凝板、陶瓷罐体、热能转化介质给料系统和输出交换器；陶瓷罐体设在保温防腐壳体内的下半部且与保温防腐壳体之间相隔一定距离形成集液槽，导流冷凝板设在保温防腐壳体内的中间并位于陶瓷罐体的上面，保温防腐壳体内的上部为辐射交换区，导流冷凝板与陶瓷罐体形成的空间为热能转化介质储能区，输入端交换器设在保温防腐壳体内的一边，其一部分位于辐射交换区中，另一部分位于热能转化介质储能区中，输出交换器设在保温防腐壳体内的另一边且位于辐射交换区中，热能转化介质给料系统中的给料管设在热能转化介质储能区的上部并位于设在该区中的输入端交换器的上方。
所述控制装置由三个温度传感器、两个流量传感器、压力传感器、流量控制元件和数据采集处理控制单元构成，第一个温度传感器和第一个流量传感器设在采能装置上，其信号输出端与数据采集处理控制单元的输入端连接；第二个温度传感器和压力传感器设在储能转化装置上，其信号输出端与数据采集处理控制单元的输入端连接；第三个温度传感器和第二个流量传感器设在耗能装置上，其信号输出端与数据采集处理控制单元的输入端连接；数据采集处理控制单元的控制端与流量控制元件联接。
所述保温防腐壳体由金属外壳、保温材料和陶瓷内衬构成，金属外壳设在保温防腐壳体的外边，陶瓷内衬设在保温防腐壳体的里边，保温材料设在金属外壳和陶瓷内衬之间。
所述热能转化介质给料系统由液体介质给料箱、给料泵、分配器和给料管构成，给料泵的输入端与液体介质给料箱连接，给料泵的输出端与分配器的入口连接，分配器的出口与给料管连接。
本发明采用化学物质为储能介质，并配置了供料系统和控制系统，能使太阳能在高峰时的热能储存在储能介质中，并在太阳能的热能低谷时加以补充，实现削峰补平。因此与背景技术相比，具有供热稳定和使用不受环境温度限制等优点。
附图说明
图1是本发明的结构流程图；
图2是本发明的控制装置的方框图；
图3是本发明的储能转化装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本实施例中的太阳能热能变量输入均衡输出储能系统，它包括太阳能采能装置1和耗能装置3，其中：它还包括储能转化装置2、热能转化介质4和控制装置27，热能转化介质4设在储能转化装置2中，太阳能采能装置1与储能转化装置2的输入端联接，耗能装置3与储能转化装置2的输出端联接，控制装置27分别与太阳能采能装置1、耗能装置3和储能转化装置2相联接；该系统从太阳能采能装置1中采集变量热能，当变量热能的输入量大于耗能装置3所需热交换量时，一部分热能直接供给耗能装置3，另一部分热能储存在储能转化装置2中的热能转化介质4中；当变量热能的输入量减少到小于耗能装置3所需热交换量时，储存在热能转化介质4中的热能释放，实现对耗能装置3所需热能的补充供给。温度传感器21和流量传感器22设在采能装置1上，流量传感器23和温度传感器24设在耗能装置3上，它们的信号输出端与控制装置27连接以便于采集控制信号。图中26为流量控制元件。
如图2所示，上述控制装置由三个温度传感器21、17和24、两个流量传感器22和23、压力传感器20、流量控制元件26和数据采集处理控制单元25构成，第一个温度传感器21和第一个流量传感器22设在采能装置1上，其信号输出端与数据采集处理控制单元25的输入端连接；第二个温度传感器17和压力传感器20设在储能转化装置2上，其信号输出端与数据采集处理控制单元25的输入端连接；第三个温度传感器24和第二个流量传感器23设在耗能装置3上，其信号输出端与数据采集处理控制单元25的输入端连接；数据采集处理控制单元25的控制端分别与流量控制元件26和给料泵15联接。
如图3所示，上述储能转化装置包括由彩钢外壳5、石棉10和陶瓷内衬11构成的保温防腐壳体、输入端交换器8、导流冷凝板7、陶瓷罐体12、由液体介质给料箱14、给料泵15、分配器18和给料管19构成的热能转化介质给料系统和输出交换器16。彩钢外壳5设在保温防腐壳体的外边，陶瓷内衬11设在保温防腐壳体的里边，石棉10设在彩钢外壳5和陶瓷内衬11之间。陶瓷罐体12设在保温防腐壳体内的下半部且与保温防腐壳体之间相隔5～100mm距离形成集液槽13，导流冷凝板7设在保温防腐壳体内的中间并位于陶瓷罐体12的上面，保温防腐壳体内的上部为辐射交换区6，导流冷凝板7与陶瓷罐体12形成的空间为热能转化介质储能区9，输入端交换器8设在保温防腐壳体内的一边，其一部分位于辐射交换区6中，另一部分位于热能转化介质储能区9中，输出交换器16设在保温防腐壳体内的另一边且位于辐射交换区6中；给料泵15的输入端与液体介质给料箱14连接，给料泵15的输出端与分配器18的入口连接，分配器18的出口与给料管19连接，给料管19设在热能转化介质储能区9的上部并位于设在该区中的输入端交换器8的上方，给料箱14与集液槽13相连接。温度传感器17和压力传感器20设在储能转化装置保温防腐壳体的顶部。金属氧化物化学介质(氧化钙)设在热能转化介质储能区9中。输入端交换器8与太阳能采能装置联接，输出交换器16与耗能装置联接。
上述热能转化介质为无机类轻金属氧化物化学介质，其最佳热能转化介质为氧化钙或氧化镁中的任意一种。
本发明的工作原理为：当输入热量未达到耗能装置热交换量需求时，多数输入热能不经过化学储能过程直接和耗能装置进行热交换，少数输入热能经化学介质吸收储存在储能转化装置中。当输入热量达到或超过耗能装置的热交换量时，多余输入热能由化学介质吸收储存在储能转化装置中，待输入热能不足时，储存在储能转化装置中的化学介质释放热能，补充辐射交换区的热能，以供给耗能装置热量，实现削峰补平的目的。
本发明的化学介质吸热前是球状氢氧化物，在吸热过程中不断分解为氧化物和水，高温环境下水的蒸汽经导流冷凝板冷凝后流入集液槽降温后排入液体介质给料箱中，此时，氧化物储入大量的热能。当输入热能不足时，储能转化装置上的温度和压力信号向下波动，控制装置发出指令至给料泵，给料泵将液体介质给料箱内的水经分配器和给料管喷淋进热能转化介质储能区，使水和氧化物发生化学反应生成氢氧化物并释放出大量的热能补充辐射交换区的热能，以供给耗能装置热量。

Claims (4)

1、一种太阳能热能变量输入、均衡输出储能系统，它包括太阳能采能装置、热能转化介质和耗能装置，其特征是：它还包括储能转化装置和控制装置，热能转化介质设在储能转化装置中，太阳能采能装置与储能转化装置的输入端联接，耗能装置与储能转化装置的输出端联接，控制装置分别与太阳能采能装置、耗能装置和储能转化装置相联接；该系统从太阳能采能装置中采集变量热能，当变量热能的输入量大于耗能装置所需热交换量时，一部分热能直接供给耗能装置，另一部分热能储存在储能转化装置中的热能转化介质中；当变量热能的输入量减少到小于耗能装置所需热交换量时，储存在热能转化介质中的热能释放，实现对耗能装置所需热能的补充供给；所述储能转化装置包括保温防腐壳体、输入端交换器、导流冷凝板、陶瓷罐体、热能转化介质给料系统和输出交换器；陶瓷罐体设在保温防腐壳体内的下半部且与保温防腐壳体之间相隔一定距离形成集液槽，导流冷凝板设在保温防腐壳体内的中间并位于陶瓷罐体的上面，保温防腐壳体内的上部为辐射交换区，导流冷凝板与陶瓷罐体形成的空间为热能转化介质储能区，输入端交换器设在保温防腐壳体内的一边，其一部分位于辐射交换区中，另一部分位于热能转化介质储能区中，输出交换器设在保温防腐壳体内的另一边且位于辐射交换区中，热能转化介质给料系统中的给料管设在热能转化介质储能区的上部并位于设在该区中的输入端交换器的上方。
2、根据权利要求1所述的一种太阳能热能变量输入、均衡输出储能系统，其特征是：所述控制装置由三个温度传感器、两个流量传感器、压力传感器、流量控制元件和数据采集处理控制单元构成，第一个温度传感器和第一个流量传感器设在采能装置上，其信号输出端与数据采集处理控制单元的输入端连接；第二个温度传感器和压力传感器设在储能转化装置上，其信号输出端与数据采集处理控制单元的输入端连接；第三个温度传感器和第二个流量传感器设在耗能装置上，其信号输出端与数据采集处理控制单元的输入端连接；数据采集处理控制单元的控制端与流量控制元件联接。
3、根据权利要求1所述的一种太阳能热能变量输入、均衡输出储能系统，其特征是：所述保温防腐壳体由金属外壳、保温材料和陶瓷内衬构成，金属外壳设在保温防腐壳体的外边，陶瓷内衬设在保温防腐壳体的里边，保温材料设在金属外壳和陶瓷内衬之间。
4、根据权利要求1所述的一种太阳能热能变量输入、均衡输出储能系统，其特征是：所述热能转化介质给料系统由液体介质给料箱、给料泵、分配器和给料管构成，给料泵的输入端与液体介质给料箱连接，给料泵的输出端与分配器的入口连接，分配器的出口与给料管连接。
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国内外蓄热材料发展概况. 刘玲，叶卫红.石化技术与应用，第03期. 1998
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