CN102003820B - 一种双层可调节式太阳能蓄热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能热利用装置，具体地说是一种双层可调节式太阳能蓄热装置。为解决目前太阳能蓄热系统温度提升慢、太阳能利用率低的问题，该发明的双层可调节式太阳能蓄热装置在蓄热罐内设置有可将蓄热罐内部容积分为上下两层空间的移动隔热板，蓄热罐罐顶设置有牵引装置，牵引装置与移动隔热板相连，移动隔热板通过牵引装置在蓄热罐内进行升降；移动隔热板设置有连通装置将上下两层空间连通。采用本发明的技术方案解决了目前太阳能蓄热系统温度提升慢、水温波动大的问题，显著增加了太阳能利用装置的可运行时间，降低热损失，该装置成本不高，可实现全自动控制。

Description

一种双层可调节式太阳能蓄热装置

技术领域

本发明公开了一种太阳能热利用装置，具体地说是一种双层可调节式太阳能蓄热装置。

背景技术

太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，其开发和利用被认为世界能源战略的重要组成部分。太阳能热利用是太阳能利用中最主要的方式，其利用形式具有多样性，按照其介质所达到的温度，分为低、中、高温利用。对于太阳能热利用系统，由于太阳辐射的不稳定性以及太阳能利用时间与辐射接收时间的不一致性，蓄热装置成为了太阳能热利用系统中的重要组成部分，其所采用的形式及所具有的性能直接决定了太阳能热利用系统的稳定性和年综合利用率。

对于普通的太阳能集热系统，若设计的蓄热储液箱储液量较大，会出现的问题有：热启动过慢，导致每次将水温加热至热利用装置运行所需的温度需要较长的一段时间；太阳能利用率较低；冷热水扰动较大等问题。若设计的蓄热储液箱储液量较小，会出现的问题有：受天气影响较明显，进而导致热水工况波动较大，热利用系统无法正常运行；蓄热量所提供的运行时间短，阴雨天系统无法运行等问题。

为了避免早晨热启动过慢，香港大学的李中付提出了分层水箱方案，利用控制管路的切换来解决热启动速度和蓄热量之间的矛盾，但切换加热各层的方式，会出现：上层水箱温度波动较大，下层水箱储存的热量可利用率低、冷热水扰动较大等问题，使得综合热利用率并未有显著的提高。专利号为200920096179.X的实用新型公开了的“小型太阳能温度分层水箱”采用节流管的分层水箱用来减少冷热水之间的扰动，仍存在着启动时间慢的缺点，年太阳能热利用装置的可运行时间并未提高。而且，目前现有的分层水箱，其各层的容积均是不可自动调节的，难以解决太阳能蓄热储液箱中所存在的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双层可调节式太阳能蓄热装置，实现了分层空间可调节，解决了温度提升慢、水温波动大的问题，提高了太阳能利用，降低热损失，且可根据实际情况快速启动。

技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种双层可调节式太阳能蓄热装置，包括蓄热罐，所述蓄热罐内设置有将蓄热罐内部容积分为上下两层空间的移动隔热板，在蓄热罐罐顶设置有牵引装置，牵引装置与移动隔热板相连，移动隔热板设置有连通装置将上下两层空间连通。

所述牵引装置包括控制器，与控制器连接并设置于蓄热罐内部空间上方的电机，连接于电机水平放置的转轴，以及一端缠绕在转轴上另一端连接至移动隔热板的牵引绳索；所述电机设置有防水外壳。

所述蓄热罐外壁设置有热水入口、冷水出口、冷水入口和热水出口，有热水入口、冷水出口、冷水入口和热水出口设置在移动隔热板的上升上限的上方。所述移动隔热板的上升上限设置在蓄热罐高度的2/3~5/6。

所述冷水出口和热水出口分别连接有盘绕的软管，软管的另一端固定在移动隔热板上表面。

为了达到设置方便、操作简易、降低费用的目的，所述连通装置由两根连通管道组成，第一连通管道下端开口于移动隔热板，上端由橡胶盖密封延伸至蓄热罐上层空间；第二连通管道上端开口于移动隔热板，下端由橡胶盖密封延伸至蓄热罐下层空间；所述橡胶盖都通过弹簧与连通管道的管壁相连。当移动隔热板向下运动时，下层空间水压上升，上层空间水压下降，挤开第一连通管道上端的橡胶盖，下层空间温度较低的水通过第一连通管道进入上层空间；当移动隔热板向上运动时，上层空间水压上升，下层空间水压下降，挤开第二连通管道下端的橡胶盖，使上层空间的水进入下层空间。

作为本发明的进一步改进，为满足快速加热的要求，当上层的温度小于某设定值时，移动隔热板需要以较快速度从蓄热罐底向上运动，为减小液压阻力，所述第二连通管道管径设置大于第一连通管道。

为了达到自动控制、操作性好、稳定性高的目的，所述连通装置包括连通管道和隔热腔，隔热腔内设置有电磁块、移动隔热滑块和弹簧，弹簧固定在连通管道上，移动隔热滑块的一端固定在弹簧上，另一端与电磁块对接。

所述移动隔热板包括上夹层、下夹层、保温层和隔水层，上夹层与下夹层通过外周侧壁封接，形成的夹层空间设置有保温层，侧壁上包裹有隔水层。

作为本发明的进一步改进，所述上夹层与下夹层可选用高热阻材料，比如聚苯乙烯塑料、陶瓷、高热阻玻璃等；所述保温层可选用耐高温纤维棉。

所述蓄热罐上方设置有排气阀和补水阀，蓄热罐下方设置有泄水阀。

所述双层可调节式太阳能蓄热装置在每天运行前，将移动隔热板调到上升上限，可以显著提前热利用装置的运行起始时间。当上层空间达到设定温度值时，逐步加大上层空间，下层空间的冷水进入上层空间，流入固定在移动隔热板上的软管并通过冷水出口进入太阳能集热器加热，热水经热水入口进入上层空间，提升所储存的热量并且同时保证热利用装置运行的稳定性。当上层空间的温度小于某设定值时，上层空间迅速回到最小值，以便热利用装置尽快再次开始运行，热水流入固定在移动隔热板上的软管，经热水出口流入热利用装置，经热交换后冷水从冷水入口回流到蓄热罐上层空间。

有益效果：本发明的有益效果如下：

1、所述装置采用了移动隔热板的双层储液箱，运行中通过对移动隔热板位置的调节，同时具有大容量和小容量蓄热储液箱的优点，避免二者的缺陷，缩短了装置起始运行时间和装置再次运行时间，显著增加了太阳能利用装置的可运行时间，并且相对于同条件设计的普通储液箱其蓄热工质的平均温度要低，热损失进而降低；

2、该装置的移动隔热板、冷热水进出口、牵引装置、连通管道等具有结构简单、成本低、可行性高等特点；

3、该装置可采用全自动调节，在设定好相关温度阀值后，无需人工操作，太阳能热利用系统便可长期稳定的运行；

4、该装置尤其适合较大规模的太阳能热利用系统，据估算，太阳能保证系数可以提升0.05~0.15，降低运行费用10%~30%，经济效益和节能减排效益较为显著。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明的立体剖面图；

附图3是本发明提供的牵引装置的结构示意图；

附图4是本发明提供的移动隔热板的结构示意图；

附图5是本发明实施例1的连通装置的结构示意图；

附图6是本发明实施例2的连通装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1~2所示的双层可调节式太阳能蓄热装置，该装置包括蓄热罐1，蓄热罐1内设置有可将蓄热罐1内部容积分为上下两层空间的移动隔热板2，在蓄热罐1罐顶设置有牵引装置3，牵引装置3与移动隔热板2相连，移动隔热板2设置有连通装置4将上下两层空间连通，蓄热罐1外壁设置有热水入口5、冷水出口6、冷水入口7和热水出口8，热水入口5、冷水出口6、冷水入口7和热水出口8设置在移动隔热板2的上升上限的上方。冷水出口6和热水出口8分别连接有盘绕的软管9，软管9的另一端固定在移动隔热板2上表面。如附图4所示，移动隔热板2包括上夹层201、下夹层202、保温层203和隔水层204，上夹层201与下夹层202通过外周侧壁205封接，形成的夹层空间设置有保温层203，侧壁205上包裹有隔水层204。所述移动隔热板2的上升上限设置在蓄热罐1高度的2/3~5/6。所述蓄热罐1上方设置有排气阀和补水阀，蓄热罐1下方设置有泄水阀。

如附图3所示，牵引装置3包括控制器301，与控制器301连接并设置于蓄热罐1内部空间上方的电机302，连接于电机302水平放置的转轴303，以及一端缠绕在转轴303上另一端连接至移动隔热板2的牵引绳索304；电机302设置有防水外壳305。

实施例1：

如图1所示，本发明的双层可调节式太阳能蓄热装置中的太阳能集热器10的采光面积为800平方米，热利用装置11的功率为200千瓦，蓄热罐1为圆柱形，容积约为20立方米（半径1.5米，高度2.8米），热利用装置11所需温度为180℃，移动隔热板2的最高高度为2.2米；如图4所示，上夹层201为金属板，下夹层202和侧壁205为聚苯乙烯塑料，隔水层204采用橡胶包裹，保温层204中的保温隔热材料采用耐高温纤维棉；如图2所示，软管9的出口处设置有热电偶；见图1，连通装置4如图5所示，包括连通管道401和隔热腔，隔热腔内设置有电磁块402、移动隔热滑块403和弹簧404，弹簧404固定在连通管道401上，移动隔热滑块403的一端固定在弹簧上404，另一端与电磁块402对接。见图1，连通装置4嵌于移动隔热板2中，每次热利用装置运行前，将可移动挡板2上升到2.2 米处，可以显著的提前热利用装置的运行起始时间。当上层空间达到设定的190℃时，逐步加大上层空间，下层空间的冷水进入上层空间，通过冷水出口6进入太阳能集热器10加热经热水入口5进入上层空间，提升所储存的热量并且同时保证热利用装置运行的稳定性。当上层的温度小于170℃时，可移动挡板12上升到2.2米处，以便热利用装置11尽快再次开始运行。热水从热水出口8进入热利用装置11，冷水从冷水入口7回到蓄热罐1上层空间。对于所设计的太阳能热利用系统，采用常规储水箱与本发明提供的双层可调节式太阳能蓄热装置进行理论模拟分析，太阳能保证系数可从0.55提升至0.65，减少了辅助的常规能源消耗量的22%，经济效益和节能减排效益较为显著。

实施例2：

如图1、图6所示，本发明的双层可调节式太阳能蓄热装置中的太阳能集热器10的采光面积为800平方米，热利用装置11的功率为200千瓦，蓄热罐1为圆柱形，容积约为20立方米（半径1.5米，高度2.8米），热利用装置11所需温度为180℃，移动隔热板2的最高高度为2.2米，保温层204中的保温隔热材料采用耐高温纤维棉。如图2所示，软管9的出口处设置有热电偶。连通装置4如图6所示，该装置由两根连通管道组成，第一连通管道（411）下端开口于移动隔热板2，上端由橡胶盖412密封延伸至蓄热罐1上层空间；第二连通管道（413）上端开口于移动隔热板2，下端由橡胶盖412密封延伸至蓄热罐1下层空间；所述橡胶盖412都通过弹簧414与连通管道的管壁相连。

回到附图1所示，参考附图6，每次热利用装置11运行前，将移动隔热板2上升到2.2 米处，移动隔热板2向上运动时，上层空间水压上升，下层空间水压下降，挤开第二连通管道（413）下端的橡胶盖，使上层空间的水进入下层空间，上层空间容积较小，可以显著地提前热利用装置11的运行起始时间。当上层空间达到设定的190℃时，移动隔热板2向下运动，逐步加大上层空间，下层空间水压上升，上层空间水压下降，挤开第一连通管道（411）上端的橡胶盖，下层空间温度较低的水通过第一连通管道（411）进入上层空间，这样在提升储存热量的同时保证了热利用装置11运行的稳定性。当上层的温度小于170℃时，移动隔热板2向上运动时，以便热利用装置11尽快再次开始运行。作为本发明的优化实施方案，为使热利用装置11尽快再次运行，移动隔热板2需要以较快速度从蓄热罐1底向上运动，为减小液压阻力，所述第二连通管道（413）的管径设置大于第一连通管道（411）。

对于本实施例所提供的双层调节式太阳能蓄热装置，通过与采用常规储水箱的太阳能热利用系统进行理论模拟分析，太阳能保证系数从0.55提升至0.65，减少了辅助的常规能源消耗量的22%，经济效益和节能减排效益较为显著。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种双层可调节式太阳能蓄热装置，包括蓄热罐（1），其特征在于：所述蓄热罐（1）内设置有将蓄热罐（1）内部容积分为上下两层空间的移动隔热板（2），在蓄热罐（1）罐顶设置有牵引装置（3），牵引装置（3）与移动隔热板（2）相连，移动隔热板（2）设置有连通装置（4）将上下两层空间连通；

所述牵引装置（3）包括控制器（301），与控制器（301）连接并设置于蓄热罐（1）内部空间上方的电机（302），连接于电机（302）水平放置的转轴（303），以及一端缠绕在转轴（303）上另一端连接至移动隔热板（2）的牵引绳索（304）；所述电机（302）设置有防水外壳（305）；

所述蓄热罐（1）外壁设置有热水入口（5）、冷水出口（6）、冷水入口（7）和热水出口（8），热水入口（5）、冷水出口（6）、冷水入口（7）和热水出口（8）设置在移动隔热板（2）的上升上限的上方。

2.根据权利要求1所述的双层可调节式太阳能蓄热装置，其特征在于：所述冷水出口（6）和热水出口（8）分别连接有盘绕的软管（9），软管（9）的另一端固定在移动隔热板（2）上表面。

3.根据权利要求1所述的双层可调节式太阳能蓄热装置，其特征在于：所述连通装置（4）由两根连通管道组成，第一连通管道（411）下端开口于移动隔热板（2），上端由橡胶盖（412）密封延伸至蓄热罐（1）上层空间；第二连通管道（413）上端开口于移动隔热板（2），下端由橡胶盖（412）密封延伸至蓄热罐（1）下层空间；所述橡胶盖（412）都通过弹簧（414）与连通管道的管壁相连。

4.根据权利要求1所述的双层可调节式太阳能蓄热装置，其特征在于：所述连通装置（4）包括连通管道（401）和隔热腔，隔热腔内设置有电磁块（402）、移动隔热滑块（403）和弹簧（404），弹簧（404）固定在连通管道（401）上，移动隔热滑块（403）的一端固定在弹簧上（404），另一端与电磁块（402）对接。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的双层可调节式太阳能蓄热装置，其特征在于：所述移动隔热板（2）包括上夹层（201）、下夹层（202）、保温层（203）和隔水层（204），上夹层（201）与下夹层（202）通过外周侧壁（205）封接，形成的夹层空间设置有保温层（203），侧壁（205）上包裹有隔水层（204）。

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