CN101290167B - 太阳能热库 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能热量储存的技术领域，具体涉及一种太阳能热库，解决了现有技术中没有高效、长久、成本低廉的太阳能储存方法的间题。太阳能热库，包括集热装置、储热装置，储热装置与用热装置连接，所述的集热装置包括集热箱，集热箱上部设置透光玻璃，底部设置吸收涂层，所述的储热装置包括热库，热库内设置热储存气道，热储存气道外为热储存材料，热库外围设置保温材料，集热箱与热库相连，热库设置在地面之下。本发明具有如下的有益效果：实现了太阳能的有效储存，可以随时使用，管理上省时省力，成本低，安全、清洁、卫生，对保护环境有着极其深远的意义。

Description

太阳能热库

技术领域

本发明属于太阳能热量储存的技术领域，具体涉及一种太阳能热库。

背景技术

现阶段太阳能开发利用方面的技术很多，有伞式太阳灶、箱式太阳灶，光电效应电池等，有的已经形成规模，有的还待完善。唯独没有高效长久、成本低廉的太阳能储存技术，用来实现太阳能暖气功能，使太阳能暖气得到人们取暖可以用，塑料大棚可以用，热发电可以用。现有技术中这方面还是空白。

近年来，环境污染已经成为日益严重的困扰人类社会的问题。太阳能是干净卫生、取之不尽、用之不竭的，不用开采不用运输，有阳光的地方就可以采集。只要找到合适的采集和存储的方法，就可以大规模的开发利用。所以目前最关键的问题是找到高效、长久、成本低廉的储存方法。

发明内容

本发明为了解决现有技术中没有高效、长久、成本低廉的太阳能储存方法的问题，提供了一种太阳能热库。

本发明采用如下的技术方案实现：太阳能热库，其特征在于包括集热装置、储热装置，储热装置与用热装置连接，所述的集热装置包括集热箱，集热箱上部设置透光玻璃，底部设置吸收涂层，集热箱上部设箱出气口，下部设箱进气口；所述的储热装置包括热库，热库内设置热储存气道，热储存气道外为热储存材料，热库外围设置保温材料，热库上设有与热储存气道连通的库进气口、库出气口，库出气口和集热箱的箱进气口相连，库进气口和箱出气口相连，热库设置在地面之下。

热库高于集热箱设置。

热库的位置也可低于集热箱，热库上方设置泵热装置，泵热装置包括泵热箱，泵热箱上装有透光玻璃，透光玻璃)下方为吸收涂层，泵热箱下部设泵进气口，上部设泵出气口，泵进气口与热库的库出气口相连，泵出气口与集热箱的箱进气口相连，用热装置的取热管道设于热储存材料之内。

集热箱可设于用热装置的顶部，泵热箱设于用热装置一侧，集热箱的箱进气口与泵热箱的泵出气口相连，集热箱的箱出气口与热库的库进气口相连，热库的库出气口与泵热箱的泵进气口相连，集热箱的箱出气口处设置抽风机。

集热箱设于用热装置的顶部的另一种结构，集热箱的箱进气口与热库的库出气口相连，集热箱的箱出气口与热库的库进气口相连，集热箱的箱出气口处设置抽风机，热库的库进气口处设置扇式气泵，库出气口处设置气阻。

热储存材料可为固体，用热装置的取热管道与热储存气道连通，取热管道上设置阀门。热储存材料也可为液体，用热装置的取热管道设于热储存材料之内。

集热箱和泵热箱的透光玻璃以及热库的保温材料设置双层，双层之间为真空或半真空，集热箱和泵热箱的箱体也为双层，双层之间设置保温材料。。热储存材料内设加热管道与燃煤锅炉连接。

本发明太阳能热库主要用太阳能转换为空气的热能，再由空气将热能传导给储存材料。热库可以设在地面一米以下的位置，进行更有效的双项保温。

太阳能热库包括集热箱、泵热箱、热库以及储存运输热量用的循环运行系统。集热箱用于吸收光热提供给热库进行储存，泵热箱用于把集热箱的热量用太阳光的能量泵入热库中进行储存。热库又分固态热库和液态热库。固态热库不渗漏好管理，液态热库水的储热效率高。

本发明具有如下的有益效果：实现了太阳能的有效储存，可以在需要的时候随时使用，而且管理上省时省力，成本低，安全、清洁、卫生，对保护环境有着极其深远的意义。

附图说明

图1为本发明的实施例1的一种结构示意图

图2为本发明的实施例1的另一种结构示意图

图3为本发明的实施例1的第三种结构示意图

图4为本发明的实施例2的一种结构示意图

图5为本发明的实施例2的另一种结构示意图

图6为本发明的实施例3的一种结构示意图

图7为本发明的实施例3的另一种结构示意图

图8为扇式气泵结构示意图

图中：1-集热箱，2-热库，3-循环气道，4-透光玻璃，5-吸收涂层，6-箱出气口，7-箱进气口，8-库进气口，9-库出气口，10-热储存气道，11-热储存材料，12-用热出口，13-用热进口，14-用热通道，15-保温材料，16-用热装置，17-泵热箱，18-泵出气口，19-泵进气口，20-取热管道，21-阀门，22-抽风机，23-燃煤锅炉，24-气阻，25-扇式气泵，25.1-进气口，25.2-出气口，25.3-机壳，25.4-气壳，25.5-隔气片，25.6-扇叶，25.7-气道，25.8-进气孔，25.9-出气孔，25.10-转动轴，25.11-电机，26-加热管道

具体实施方式

太阳能热库包括集热箱1、热库2，连接集热箱1与热库2的循环气道3，热库2内设置热储存气道10、热储存材料11，外设保温材料15；热库2通过用气用热通道14与用热装置16连接。

集热箱1、泵热箱17由双层箱体、双层箱体之间设有保温材料，箱内吸收阳光面涂有黑色或黑灰色光吸收涂层5。箱体上设有双层透光玻璃4，底部设有输出热量的进出气口，箱体可用普通的金属材料如铁皮、铁板、铝合金板等制作，也可用其它材料如木板、石板制作。保温材料可用石棉、矿渣棉、塑脂棉等。光吸收涂层可用黑钴、钴-氮、铝等材料。光吸收好的材料可把百分之九十以上的太阳光吸收。

热库2，包括双层库体，双层库体之间设有保温材料15，库内是热储存材料11，库体上开有输入热量的库进气口8，输出热量的库出气口9，库进气口8和库出气口9之间配套有热储存气道10。

固态储存热库，热储存气道10采取多层往返火炕式结构。在负位强制循环的库出气口处制作成U型结构，用来防止在没有太阳时的自循环热损耗。

循环进行系统是指集热箱1、热库2、泵热箱17之间的连接运行系统，也由双层管体、双层间设有保温层的气体管道组成，集热箱1加热的气体就是通过这些气体管道把热量输送到热库2中进行储存的。另外还有输出应用时的气体管道，用作使用时的热量通道。

热库2中的热量在应用时的输出气体管道，一种是接到热库中热储存气道10上直接往外输送，一种是和热储存气道10分开，另外安置取热管道20吸收热库中的热量往外输送。能共同使用的也可以分开进行，不能使用一个气道的，必须分开，绝对不能共同使用。液态热库把加热的水直接接出使用也可。使用时热库上方为热气热水出口部位，下方为冷气冷水回流部位，两部位上方都设有控制阀门21，不用时把阀门关闭，使用时打开。

热储存材料11，可选用天然的石板石材，也可用混凝土制作的石料板材等固体材料，还可以用水储存材料。在温度达到一定高度时，也可用盐类作储存材料。水作为热储存材料，，在100℃以上会产生气化，使用受到局限。石板石材等作为热储存材料，气温度可以任意上升，而且可经压缩上升。

之所以把热库2安置在地层下面，因为所有的保温材料，甚至真空隔离保温都是相对的，而不是绝对的保温。那个材料的保温时间长，那个材料就是好的保温材料。在空气环境中由于气体的流动性，热库自然缓慢挥发出的热量很快就挥发掉了。由于环境物质的不配合，热库外和热库内一直处于较大的温差，所以储存材料的储存效果受到了很大的影响。把热库安置在土中，土是不流动的固体物质，热库把自然挥发出的热量传导给土，对热库的热量的挥发起到制止和保护的作用，减少了热量的损失。同样的热量在土中的储存时间是空气中的2～3倍。温度越高储存时间越长，容量越大体积越大储存时间越长，所以把大型的保温储存效果很好的热库安置在1米以下或是更深的土中进行储存是很好的储存方案。

把热库安装在地面之下，需要解决的问题是如何把太阳能转换来的热量输送到热库中，本发明采用了三种方案解决。

方案一：从低处向高处的自然循环，如图1、图2、图3所示。

热空气上升，冷空气补充，是很普通的自然现象。现将集热箱1安置在较低处，把热库2安装在集热箱1上面的土层中，让集热箱1吸收加热的热空气自动向上面的热库2流动并进行储存。热库2上面是用热装置16。使用热量时，热空气就可以自动流动到用热装置16内。在热空气流走的同时冷空气进入继续加热。

在有太阳工作时，集热箱1把加热的空气从箱出气口6经循环气道3、库进气口8进入热库中的热储存气道10中，热空气在热储存气道10中流动时，把热量传导给热储存材料11。气体流动到库出气口9经循环气道3返回到集热箱1的箱进气口7，热储存结束。失去热量的空气进入集热箱1继续加热。如上述循环、加热、储存。当热库2中的温度不再上升时，便可以向用热装置16供热。使用的时候，可以一边储存，以便应用，这种方案成本较低，效果好。

方案二：从地面上向地面下的热量强制循环储存方案

采取增设泵热箱17泵取热空气到热库中储存。

集热箱1面积、宽度、高度可任选，数量也可任意多，串联或者并联使用。集热箱1和地面的角度以使用地春秋季节大部分时间能对准太阳为准，也可在其他季节根据需要调整。泵热箱17的宽度不需太宽，高度可根据集热箱1的需要而定，数量根据需要而定。泵热箱17和地面的角度，以基本垂直于地面，并适当考虑全天全年的光照效果为准。

集热箱1上面的热气流箱出气口6通过循环气道3接入热库2的库进气口8，热库的库出气口9通过循环气道3接入泵热箱17的泵进气口19，泵出气口18通过循环气道接集热箱1的箱进气口7，形成整体的串联循环结构。

当太阳光把泵热箱17内的空气加热后，热空气向上流动，在流动的同时，把热库2中的气体通过循环气道吸入泵热箱17，使热库2中的气体产生流动。热库2中的气体流动时，又通过循环气道将集热箱1中太阳加热的空气吸了进来。吸入热库2中的热空气，在热储存气道10中往返流动把热量传导给热储存材料11。传导完热量后的气体从库出气口9通过循环气道进入泵热箱17中进行加热，加热后上升再吸引热库2中的气体。泵热箱17向下运行的循环气道没有进行彻底的保温处理，因为在气体的运行过程中必须散发一定的热量。稍冷后的气体对集热箱1内的热气流动产生补充推动作用。气体进入集热箱1后，再重复上述的过程，形成储存循环、循环再加热泵送，泵送循环，循环再加热储存，利用太阳的能量强制循环储存太阳热能。泵热箱17高度越高，上升和回落的气体温差越大，泵送气体的力量就越大，循环气体的流动就越快。因为吸收热量和储存热量都需要时间，所以，气体流动的速度要以加热气体和储存热量的效果来定。

这种泵热储存的方法，都是利用太阳能。所以，集热箱1和泵热箱17工作时是同步进行的。也即有太阳时，都开始运行工作，没有太阳时，都自动停止工作。这样就减少了管理上的诸多麻烦，这是平原地带容易实现的方法，成本也较低。

方案三：从建筑物顶上通过高度空间向地面喜爱的热量强制循环储存。

如果需要把集热箱1安置在建筑物顶上，采集的热量要经过建筑的高度距离，才能到达地面，再从地面进入地下的热库2中进行热量储存，这样加大了促进热量进入热库2的能量需求和成本。本发明使用抽风机22或者扇式气泵25把加热的气体通过循环气道吹入或压入地下的热库中进行热量存储。电源用光电或者光热电源最好，这样可以与热库的储存实现同步，也可以用常规电源，但是这样会产生管理上的麻烦。这种方案成本较高，但是相对使用不可循环的能源，仍然是一项值得推广的方案。

如图6，集热箱1上的箱出气口6和热库2的库进气口8相接，库出气口9和泵进气口19相接，泵出气口18和箱进气口7相接。泵热箱17的作用只是把热库2内的气体泵到地面上，而不能将集热箱1内的气体送入热库2中，采用抽风机22或者扇式气泵25把集热箱1内的热气体送入热库2中。流动过程是抽风机22把集热箱1加热的空气通过循环气道、库进气口8吹到热库2中的热储存气道10中，在热储存气道10的往返运行过程中把热量传导给热储存材料11，传到任务完成后，从库出气口9通过循环气道、泵进气口19进入泵热箱17，加热上升促进流动，再从泵出气口18通过循环气道、箱进气口7回到集热箱1内加热，加热后再储存。

在上述方案的实现过程中，需要采取如下的强化措施。

1、集热箱1、泵热箱17上的双层透光玻璃4可制成弧形结构，增加早晚的光照时间，双层之间采用真空或者半真空的结构，更好地提高保温效果。

2、用反光镜增加光照倍数来提高温度。

3、热库2的库体内也可制作双层保温材料，保温材料之间也可采用真空或者半真空的结构，进一步避免热量的散发。

4、在热库的库出气口9处设置可调节大小的缩小气道，形成气阻24，库进气口8设置扇式气泵25把大量的气体形成压缩气体，本来就很热的气体经过压缩后，温度会进一步大幅提高2～3倍。

5、由于光照不能满足热量的需求，可增加燃煤锅炉辅助加温，这种情况极少使用。

实施例1：如图1、2、3所示，地面上是用热建筑，地面下1米的土中是热库2，再往下的坡上是集热箱1，集热箱1的箱出气口6通过循环气道3和热库2的库进气口8连接。热储存气道10在热库2内的热储存材料11中，热储存气道10一端和库进气口8连接，另一端和库出气口9相连。热库2的库出气口9通过循环气道3和集热箱1的箱进气口7相接。

太阳光把集热箱1的箱内的空气加热后，热气流从箱体上面的箱出气口6通过循环气道3、库进气口8进入热库2中的热储存气道10中，热空气在热储存气道10中的往返运行过程中把热量传导给热储存材料11。传导完热量后，气体从热库2上面库出气口9通过循环气道，集热箱1下面的箱进气口7进入箱内加热。加热后，再通过前面的途径进行储存，就这样连续不断地加热储存。热库2内的温度达到不能再上升的时候，就可以通过用热出口12、用热通道14把热量送到用热建筑中应用。用热后的冷气、冷水通过用热通道14、用热进口13回到热库2中吸热，加热后再送出使用。不用时把阀门21关闭以免热损耗。

图1、图2，热储存材料11是固体材料，被集热箱1加热后的气体在热库2内储存，并流动到用热装置16供热。

图3，热储存材料11是液体材料，被集热箱1加热后的气体将液体材料也加热升温，液体再流动到用热装置16供热。

实施例2：如图4～5所示，集热箱1在地面上，热库2在地面下，为了让热空气向下流动，冷空气向上流动，增设了泵热箱17。泵热箱17的具体结构是，集热箱1上面的箱出气口6通过循环气道接入热库2下面的库进气口8，热库2上面的库出气口9通过循环气道接入泵热箱17下面的泵进气口19上，泵热箱17上面的泵出气口18通过循环气道接入集热箱1下面的箱进气口7上，这构成了三位一体的串联循环流动体系。

当泵热箱17在阳光的照射下，热气向上流动时，吸入热库2中的气体流动，热库2中的气体流动时，吸入集热箱1中加热的气体流动，把热空气流动到热库2中的热储存气道10中，在热储存气道10中往返流动时，把热量传导给热储存材料11，传导热量后的冷空气完成任务后，就从库出气口9通过循环气道、泵进气口19进入泵热箱17中进行加热，加热后再用上升的力量吸入热库2中的气体。泵热箱17中上升的热空气到达泵出气口18时，就通过没有保温的循环气道往下运行至箱进气口7。通过箱进气口7进入集热箱1中进行加热，加热后再进入热库2中储存热量。同实施例1一样，存足热量后即可使用，不用时把阀门21关闭。

实施例3：如图6-7所示，主要有集热箱1、用热建筑、热库2、泵热箱17、循环气道3、抽风机22、燃煤锅炉23，气阻24、扇式气泵25等组成。

集热箱1的箱出气口6通过循环气道和热库2的库进气口8连接，热库2的库出气口9通过循环气道3和泵热箱17的泵进气口19相接，泵热箱17的泵出气口18通过循环气道和集热箱1的箱进气口7相接。抽风机22设在集热箱1的箱出气口6处，气阻24如图16所示设在热库2的库出气口9外的循环气道上，扇式气泵25设在热库2的库进气口8外面的循环气道3上，燃煤锅炉23通过上下两个加热管道26分别接在热库2上，在必要时来补充热量。

运行时，泵热箱17和抽风机22把集热箱1加热的空气从集热箱1的箱出气口6通过循环气道、热库2的库进气口8送到库中的热储存气道10中，在热储存气道10中的往返运行过程中把热量传导给热储存材料11，传导热量结束后，再从热库2的库出气口9通过循环气道3、泵热箱17的泵进气口19进入泵热箱17中进行加热。把抽风机22或者扇式气泵25的共同作用下，加热气体向上运行到泵出气口18，通过循环气道、集热箱1的箱进气口7回到集热箱1中再进行加热，加热的空气一次又一次的用上述的方法循环加热储存着太阳光的热量，热库2内的温度达到不能再上升的时候，即可使用。

在所用方式的热库的储存效果中，和热量在热储存气道10中运行时的气体温度有绝对关系。为了把热库2中热气的利用率提高，增设了气阻24和山石气泵25。气阻24如图7所示设在热库2的库出气口9外的循环气道上，扇式气泵25如图7所示，设在热库2的库进气口8外面的循环气道上。在加设气阻24后，要是没有扇式气泵25工作时，由于气阻24时的作用，气体就不能正常流动，接近于停止。要让加上气阻24后的气体也象不加气阻24时一样正常流动，就必须增设扇式气泵25。在热库2的库进气口处进行加压。在加压使气体正常流动的同时，热库2中的热储存气道10中，形成了压缩气体。本来就让太阳加热的很热的气体，通过压缩，使气体的温度成倍或几倍的提高，太阳光的热量就又在热库中出现了特殊的效果，热储存也就产生了特殊的效果。

所述的扇式气泵，如图8所示：包括设有进气口25.1和出气口25.2的机壳25.3，进气口25.1与供气装置连通，出气口25.2与用气装置连通，机壳25.3内安装可相对其转动的气壳25.4，气壳25.4内设置隔气片25.5，隔气片25.5与气壳25.4之间设置若干扇叶25.6，扇叶25.6以隔气片25.5的中心均布设置，扇叶25.6以及隔气片25.5的外周与气壳25.4的内壁之间留有气道25.7，设置扇叶25.6的气壳25.4一侧开有进气孔25.8，另一侧开有出气孔25.9，进气孔25.8与机壳25.3的进气口25.1连通，出气孔25.9与机壳25.3的出气口25.2连通，隔气片25.5中心连接转动轴25.10，转动轴25.10穿出进气孔25.8连接电机25.11。

Claims (10)

1.一种太阳能热库，其特征在于包括集热装置、储热装置，储热装置与用热装置连接，所述的集热装置包括集热箱(1)，集热箱(1)上部设置透光玻璃(4)，底部设置吸收涂层(5)，集热箱(1)上部设箱出气口(6)，下部设箱进气口(7)；所述的储热装置包括热库(2)，热库(2)内设置热储存气道(10)，热储存气道(10)外为热储存材料(11)，热库(2)外围设置保温材料(15)，热库(2)设有与热储存气道(10)连通的库进气口(8)、库出气口(9)，库出气口(9)和集热箱(1)的箱进气口(7)相连，库进气口(8)和箱出气口(6)相连，热库(2)设置在地面之下。

2.根据权利要求1所述的太阳能热库，其特征在于所述热库(2)高于集热箱(1)设置。

3.根据权利要求1所述的太阳能热库，其特征在于所述热库(2)的位置低于集热箱(1)，热库(2)上方设置泵热装置，泵热装置包括泵热箱(17)，泵热箱(17)上装有透光玻璃(4)，透光玻璃(4)下方为吸收涂层(5)，泵热箱(17)下部设泵进气口(19)，上部设泵出气口(18)，泵进气口(19)与热库(2)的库出气口(9)相连，泵出气口(18)与集热箱(1)的箱进气口(7)相连，用热装置(16)的取热管道(20)设于热储存材料(11)之内。

4.根据权利要求3所述的太阳能热库，其特征在于所述的集热箱(1)设于用热装置的顶部，泵热箱(17)设于用热装置(16)一侧，集热箱(1)的箱进气口(7)与泵热箱(17)的泵出气口(18)相连，集热箱(1)的箱出气口(6)与热库(2)的库进气口(8)相连，热库(2)的库出气口(9)与泵热箱(17)的泵进气口(19)相连，集热箱(1)的箱出气口(6)处设置抽风机(22)。

5.根据权利要求1所述的太阳能热库，其特征在于所述的集热箱(1)设于用热装置的顶部，集热箱(1)的箱进气口(7)与热库(2)的库出气口(9)相连，集热箱(1)的箱出气口(6)与热库(2)的库进气口(8)相连，集热箱(1)的箱出气口(6)处设置抽风机(22)，热库(2)的库进气口(8)处设置扇式气泵(25)，库出气口(18)处设置气阻(24)。

6.根据权利要求1至5之一所述的太阳能热库，其特征在于热储存材料(11)为固体，用热装置(16)的取热管道(20)与热储存气道(10)连通，取热管道(20)上设置阀门(21)。

7.根据权利要求1至5之一所述的太阳能热库，其特征在于热储存材料(11)为液体，用热装置(16)的取热管道(20)设于热储存材料(11)之内。

8.根据权利要求6所述的太阳能热库，其特征在于集热箱(1)和泵热箱(17)的透光玻璃(4)以及热库(2)的保温材料(15)设置双层，双层之间为真空或半真空，集热箱和泵热箱的箱体为双层，双层之间设置保温材料。

9.根据权利要求7所述的太阳能热库，其特征在于集热箱(1)和泵热箱(17)的透光玻璃(4)以及热库(2)的保温材料(15)设置双层，双层之间为真空或半真空，集热箱和泵热箱的箱体为双层，双层之间设置保温材料。

10.根据权利要求8或9所述的太阳能热库，其特征在于热储存材料(11)内设加热管道(26)与燃煤锅炉(23)连接。

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