CN102269480B - 一种太阳能蓄热及多功能利用装置 - Google Patents

Abstract

一种太阳能蓄热及多功能利用装置涉及太阳能开发利用技术。包括太阳能集热系统、太阳能蓄热系统、控制系统以及多功能利用系统。集热系统为多组并联；所述蓄热箱内之蓄热材料为沸石和石蜡。蓄热箱箱体内设有二组热交换盘管。蓄热箱箱体保温层由内至外依次为岩棉或玻璃丝棉保温层、真空隔热层、反射膜隔热层、微球或聚氨脂泡沫板保温层及外壳体。本发明所产生的有益效果是，蓄热箱内采用沸石和石蜡二种蓄热材料，将沸石从200℃开始的显热吸热特性与石蜡的潜热吸热特性结合起来，蓄热能力强大。蓄热箱保温措施科学，保温效果好。上述措施为太阳能热能的多功能利用提供了有利条件。

Description

一种太阳能蓄热及多功能利用装置

技术领域：

本发明涉及太阳能开发利用技术，是指一种太阳能蓄热及利用装置。

背景技术：

随着世界经济和社会的快速发展，全世界正面临着越来越严重的重大挑战，这就是能源危机和环境恶化，而能源问题更为突出，能源是人类社会赖以生存和持续发展的物质基础，但地球上的煤和石油等能源资源是有限的，这些不可再生的资源正在急剧减少和面临枯竭。所以，探寻和利用新的可替代——可再生能源就是摆在人类社会面前的重要课题。在所有可再生的清洁能源中，太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，是被各国专家科学家看好的最有前途的未来替代能源。太阳能的缺陷在于，其辐射受到昼夜、季节和雨雪等天气的影响，表现为间歇性和不稳定性。解决这一问题的关键所在是研究和开发一整套、可靠有效的太阳能存储利用技术，解决了太阳能的存储就带来了高品位的太阳能多功能利用。太阳能的存储研究主要包括太阳能蓄热材料及蓄热方法等的研究和开发。目前，集中在显热蓄热、相变潜热蓄热和化学反应蓄热三个方面，最具应用前景的当属采用无机材料的显热吸热蓄热和采用有机材料的相变潜热吸热蓄热。在这些研究的基础上已开始进行了应用开发。较成熟的试验例有采用石蜡作蓄热材料，进行相变潜热吸热蓄热，石蜡的优点是融解热大、相变潜热大、相变过程温度恒定、不析出、不过冷、无腐蚀、价格低，是一种较理想的有机蓄热材料。其缺陷是导热系数和密度较小、单元体积蓄热能力一般、固——液相变时体积变化大等。

还有一种无机材料在太阳能蓄热利用过程还未引起人们的足够重视，这就是沸石，它是一种铝硅酸盐，一种微孔多孔材料，被称为分子筛，主要作用用于吸附，在太阳能利用领域已试验成功了一种吸附式太阳能冰箱，采用的工质对是沸石——水，但，这里利用的是沸石对水蒸气的吸附特性，而不是蓄热特性。经研究证明沸石的受热吸热特性表现为：在0℃——200℃(低于200℃)呈上升很陡的显热吸热曲线，而至200℃始则有一段长而平缓上升的显热吸热曲线，表现为温度上升极其缓慢而大量吸热，说明沸石从200℃开始的一段缓慢温升段可用于大量吸热、蓄热，因此，应是一种理想的无机蓄热材料。

发明内容：

本发明之目的，在于提供一种太阳能蓄热及多功能利用装置，选用有机、无机二种蓄热材料，复合型蓄热，蓄热功能强大。同时设计新型蓄热箱，绝热保温效果好。为太阳热能的多功能利用提供了可靠、稳定的热源保障。

实施本发明的技术方案是：一种太阳能蓄热及多功能利用装置，包括：由太阳能聚光镜2、聚光受热器3、聚焦自动跟踪装置4、第一导热工质管路和循环泵5构成的太阳能集热系统；由蓄热箱6、蓄热箱箱体保温层、箱内蓄热材料和第一导热工质管路构成的太阳能蓄热系统；以及热能多功能利用系统；所述蓄热箱箱体内设有二组热交换盘管，一组盘管12与太阳能集热系统第一导热工质管路相连接，另一组盘管15与热能多功能利用装置第二导热工质管路相连接；所述第一导热工质管路和第二导热工质管路内的导热工质为导热油；所述太阳能集热系统为多组并联，其特征是，所述蓄热箱内之蓄热材料为沸石18和石蜡19；所述蓄热箱与热能多功能利用装置之间设有热分配器21；所述蓄热箱箱体保温层由内至外依次为岩棉或玻璃丝棉保温层11、真空隔热层10、反射膜隔热层9、微球或聚氨脂泡沫板保温层8及外壳体7。

本发明所产生的有益效果是，蓄热箱内采用沸石和石蜡二种蓄热材料，将沸石从200℃开始的可大量吸热而温升很小的显热吸热特性与选定相变温度的石蜡其相变潜热吸热特性相结合起来，蓄热能力强大。蓄热箱外层保温采用多层、多种材料、多种措施隔热保温，保温效果好。蓄热箱内采用二组盘管导热换热，使导热工质不与蓄热材料直接相接触，导热、热交换效果好，不影响蓄热材料的稳定性。上述措施为太阳能热能的多功能利用提供了有利条件。

附图说明：

附图1 本发明构造示意总图

附图2 本发明之蓄热箱构造示意图

附图3 本发明蓄热材料沸石、石蜡吸热特性曲线图(示意)

具体实施方式：

上述说明书附图给出了本发明的一种具体实施方式，以下对本具体实施方式作进一步说明。

一种太阳能蓄热及多功能利用装置，包括集热系统、蓄热系统、控制系统、多功能利用系统四大部分。

太阳能集热系统由太阳能聚光境2、聚光受热器3、聚焦自动跟踪装置4、第一导热工质管路和循环泵5构成，第一导热工质管路经蓄热箱上端入口13和出口14与蓄热箱内盘管12连接，聚光受热器3——第一导热工质管路——泵5及阀——入口13——蓄热箱内盘管12——出口14——第一导热工质管路——聚光受热器3构成集热循环回路，太阳能所集热能通过第一导热工质管路内的导热工质交换给蓄热箱内之蓄热材料。集热系统为多组并联，由控制系统实施控制其并联个数，根据蓄热箱内温度状况实施返馈控制。

蓄热系统由蓄热箱6、蓄热箱箱体保温层、箱内蓄热材料和第一导热工质管路(亦即蓄热箱内盘管12)构成。导热工质为导热油。蓄热箱6为圆柱体形状，耐压强度高，蓄热箱箱体保温层由内至外依次为岩棉或玻璃丝棉保温层11、真空隔热层10、反射膜隔热层9、微球或聚氨脂泡沫板保温层8及外壳体7。蓄热箱内设有二组热交换盘管，一组盘管12与集热系统第一导热工质管路相连接，另一组盘管15经蓄热箱下端出口16和入口17与连接热分配器21的第二导热工质管路相连接，热分配器21处于蓄热箱与热能多功能利用装置之间。蓄热箱内之蓄热材料为沸石18和石蜡19。选用相变温度为80℃的石蜡(添加高分子材料改性处理获得)。选用使用温度上限为300℃的导热油。由附图3吸热特性曲线可看出(图中实线为沸石吸热特性曲线，虚线为石蜡吸热特性曲线)，当温度为0℃——80℃(80℃之前)，沸石(a段)和石蜡(e段)均表现为显热吸热。至80℃石蜡发生相变，开始相变潜热吸热(f段)，相变过程温差很小h，完全相变后，又进入显热吸热(g段)。80℃——200℃(低于200℃)沸石仍表现为显热吸热(b段)，当温度至200℃，沸石的吸热曲线发生转折，由很陡变为很缓，呈平缓上升的显热吸热曲线(c段)，大量吸热，温度上升缓慢。当温度缓慢上升直至300℃，吸热曲线又发生转折，由很缓变为很陡(d段)。所以在0℃——300℃的温度区间内，总的吸热、蓄热量为：沸石的显热吸热量(ab段)+沸石的缓慢上升段显热吸热量(c段)+石蜡的显热吸热量(e段)+石蜡的相变潜热吸热量(f段)+石蜡的显热吸热量(g段)。同时，在蓄热箱内沸石还起到骨架支撑作用。

控制系统由自控箱27、电连接温度传感器28、及电连接聚焦自动跟踪装置构成。温度传感器28设于蓄热箱内，检取箱内温度。依据导热油的使用温度上限为300℃，所以箱内温度不能超过300℃，此温度即设定为自控上限温度。依据所选石蜡的相变温度为80℃，所以箱内温度不能低于80℃，此温度即设定为自控下限温度。当箱内温度降至80℃时，自控系统控制增加太阳能集热系统的并联个数，并调整减小聚焦自动跟踪系统的跟踪误差，使准确聚焦。当箱内温度升至300℃时，自控系统控制减少集热系统的并联个数，并调整加大聚焦自动跟踪系统的跟踪误差，使聚焦偏离。

所述热能多功能利用装置包括供热装置22、供暖装置23、太阳灶装置24、蒸汽发生器带动涡轮发电机发电装置25、太阳能制冷空调装置和太阳能热泵将低品位热能转变为高品位热能装置26。

Claims (3)

1.一种太阳能蓄热及多功能利用装置，包括：由太阳能聚光镜(2)、聚光受热器(3)、聚焦自动跟踪装置(4)、第一导热工质管路和循环泵(5)构成的太阳能集热系统；由蓄热箱(6)、蓄热箱箱体保温层、箱内蓄热材料和第一导热工质管路构成的太阳能蓄热系统；以及热能多功能利用系统；所述蓄热箱箱体内设有二组热交换盘管，一组盘管(12)与太阳能集热系统第一导热工质管路相连接，另一组盘管(15)与热能多功能利用装置第二导热工质管路相连接；所述第一导热工质管路和第二导热工质管路内的导热工质为导热油；所述太阳能集热系统为多组并联，其特征是，所述蓄热箱内之蓄热材料为沸石(18)和石蜡(19)；所述蓄热箱与热能多功能利用装置之间设有热分配器(21)；所述蓄热箱箱体保温层由内至外依次为岩棉或玻璃丝棉保温层(11)、真空隔热层(10)、反射膜隔热层(9)、微球或聚氨脂泡沫板保温层(8)及外壳体(7)。

2.根据权利要求1所述一种太阳能蓄热及多功能利用装置，其特征是，还包括由自控箱(27)、电连接温度传感器(28)、电连接聚焦自动跟踪装置构成的控制系统，所述温度传感器设于蓄热箱内；多组并联的太阳能集热系统由控制系统实施控制其并联个数。

3.根据权利要求1或2所述一种太阳能蓄热及多功能利用装置，其特征是，所述热能多功能利用系统包括：供热装置(22)、供暖装置(23)、太阳灶装置(24)、蒸汽发电装置(25)、制冷空调热泵装置(26)。

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