CN101059285A - 一种热二极管与相变储能材料相结合的太阳能热利用系统 - Google Patents

一种热二极管与相变储能材料相结合的太阳能热利用系统 Download PDF

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张仁元
刘良德
毛凌波
柯秀芳
陈观生
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Abstract

本发明提供了一种热二极管与相变储能材料相结合的太阳能热利用系统，其特点是把热二极管技术和相变储能技术结合起来，同时把它们应用到太阳能热利用上来，为人们提供生活热水。当太阳辐射被集热板吸收，集热板一侧的温度迅速升高，而蓄热器中的相变材料温度相对较低，使得太阳能热量通过热二极管传进蓄热器中，使相变材料吸热融化而把热量储存起来；当需要生活热水时，自来水流过相变材料中的换热盘管，吸收热量而升温。本系统结构简单，易于与建筑物相结合，由于应用了热二极管技术和相变储能技术，使其集热性能和保温性能大大的得到改善。相对于全玻璃真空管式太阳能热水系统，本系统具有不怕冻，能承压，启动快，灵敏度高，传热速度快的特点。

Description

一种热二极管与相变储能材料相结合的太阳能热利用系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能热水系统，特别是一种采用太阳能热二极管作为传热部件、相变储能材料作为储热介质的太阳能热水系统。
背景技术
现有太阳能热水系统除闷晒式外，一般还有一种采用全玻璃真空管循环式热水器，该热水系统的集热器与保温水箱均分离为两个独立部份；闷晒式尽管实现了集蓄合一，但由于不能进行有效的换热循环，因而热效率较低。另外它特别不能防止夜间或无阳光时，集热面散热后，热水器内部热水反向循环散热的问题。对于现有的全玻璃真空管式太阳能集热器的真空管则存在易碎裂、不能承受自来水管路系统中的压力、在使用热水中上冷水易炸管、寒冷的冬季易冻管的缺点。另外玻璃管内壁结垢会使集热效率下降，真空管不能做成建筑板块整体结构，和建筑物相结合。
本发明的目的，是要对上述太阳能热水系统进行进一步的完善，使之获得更高的热效率和蓄热保温能力，并且更容易和建筑配合。
发明内容
针对本发明的目的，我们发明了一种把太阳能热二极管与相变储能材料相结合的太阳能热利用系统。提高太阳能热二极管在集热器与蓄热器之间传热性能，达到充分利用太阳辐射能的目的。同时利用相变材料、流动性好、无腐蚀性、比热容较大(比热和密度的乘积)的特点，在本系统中用作的蓄热材料。
本发明是这样实现的，在太阳能热二极管的下部集热器位置，沿集热板方向做加强肋强化集热板的强度，同时在集热板上涂上有助与增强太阳能吸收的选择性涂层。太阳能热二极管的上部插在蓄热器的相变材料中间，通过强化换热的肋片和相变材料接触换热。当太阳辐射能经集热板加热集热器时，集热板一侧的温度升高，而蓄热器中的相变材料温度相对较低，使得太阳能热二极管在集热器与蓄热器中因温度差异而产生热传递。于是，蓄热器中相变材料温度升高，使相变材料吸热融化；由于相变材料相变时温度保持不变，保证了传热温差不会随时间增加而减少，提高太阳辐射能的利用率。在没有太阳辐射时，温度相对较高的相变被限制在蓄热器中，由于热二极管的单向性，热量不会传到温度相对较低的集热器中，热量损失少。
当需要使用生活热水时，自来水直接进入埋在相变材料的换热盘管中，和蓄热器中的相变材料进行热交换，自来水得到热量，温度上升变成可以供人使用的热水。由于放出热量，相变材料凝固。由于相变材料具有比较大的热容量，所以系统出水温度恒定。
有益效果
本发明的推出，在有太阳能辐射时，能有效地提高太阳能热二极管集热器与蓄热器之间热传递，达到充分利用太阳辐射能的目的。而相变储能材料的应用，使系统体积更小，保温效果更好，出水温度更稳定；总的来说：本发明以其更多的吸收太阳辐射能和隔热保温的特点，成为建筑一体化热水系统的又一项技术创新。
附图说明
附图1为一种热二极管与相变储能材料相结合的太阳能热利用系统的总体结构示意图。
附图2为太阳能热二极管结构示意图。
附图3为太阳能热利用系统的连接结构示意图。
1-集热器    2-热二极管  3-蓄热器    4-热二极管的冷凝段强化肋片
5-热二极管的冷凝段                  6-热二极管的蒸发段
7-换热盘管  8-相变材料  9-冷水入口  10-热水出口
具体实施方式
以下结合附图对本发明的结构作进一步详细说明。
参见图1、2、3，把太阳能热二极管与相变储能材料结合成一个太阳能热利用系统；热二极管采用内部工作介质采用环保制冷剂R134a；当白天太阳辐射强度较大时，太阳辐射能透过选择性涂层，使集热器温度升高，热量以传导方式被热二极管吸收和传导，于是加热相变材料，使相变材料吸热融化；由于相变材料相变时温度保持不变，保证了传热温差不会随时间增加而减少，提高太阳辐射能的利用率。在没有太阳辐射时，温度相对较高的相变被限制在蓄热器中，由于热二极管的单向性，热量不会传到温度相对较低的集热器中，热量损失少。当需要使用生活热水时，自来水直接进入埋在相变材料的换热盘管中，和蓄热器中的相变材料进行热交换，自来水得到热量，温度上升变成可以供人使用的热水。由于放出热量，相变材料凝固。由于相变材料具有比较大的热容量，所以系统出水温度恒定。
实例表明：本系统结构简单，易于与建筑物相结合，由于应用了热二极管技术和相变储能技术，使其集热性能和保温性能大大的得到改善。相对于全玻璃真空管式太阳能热水系统，本系统具有不怕冻，能承压，启动快，灵敏度高，传热速度快的特点。

Claims (4)

1、一种热二极管与相变储能材料相结合的太阳能热利用系统，它由太阳能集热器与蓄热箱组成，并具有防止热能逆向流动功能的太阳能热水系统，其特征在于：
(a)集热器(1)为一块传热性能优良，冲压成型的金属薄板；
(b)集热器(1)与蓄热水箱(3)之间，由一个热二极管连接。
2、根据权利要求1所述的一种热二极管与相变储能材料相结合的太阳能热利用系统，其特征在于：集热器(1)金属薄板的表面覆盖着一层提高太阳能吸收能力的选择性涂层。
3、根据权利要求1所述的一种热二极管与相变储能材料相结合的太阳能热利用系统，其特征在于：蓄热箱中的相变材料采用相变温度在35-60℃的复合相变介质。
4、根据权利要求1所述的一种热二极管与相变储能材料相结合的太阳能热利用系统，其特征在于：在蓄热箱中，除了相变材料外，还包含一个蛇形的换热盘管。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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