CN102297529A - 太阳能储热库 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能储热装置领域。使用了聚光式采光机构与热交换器组成循环回路。利用这样的循环回路组成采光系统群，把大量的热能储存在真空保温储热库内储存备用。完成了第一道循环回路。把完成这道采光储热功能的循环叫做第一次循环回路。真空保温储热库的热能，有热交换器与使用区的热交换件等配件组成的循环回路。使库内的热能使用于各种生产中。完成了第二道循环回路。把完成这道热能使用的功能循环叫做第二次循环回路。第二次循环回路，设计了单组加热系统，可以把热能使用于多处，互不影响。设计了能量分配系统。可以把储热库的热能集中一处使用，也可以在储热库内同时设计这两种系统。随用随开，不用就关。

Description

太阳能储热库

本发明属于太阳能储热装置领域。

背景技术：冷库，太阳能储热库是在冷库的启发下，开拓的新产品。冷库，利用系统把冷气输送到库内与食品或物品交换热量。食品或物品吸收了冷气在低温下储存。太阳能储热库就可以利用系统把热能输送到储热库内，利用储热介质把热能吸收，储存备用在储热库内。在需要使用时，再把热能输送到需要的地方使用。

设计构思：太阳能储热库有三个部分组成。①采光机构。②储热库。③热能使用区。在储热库内安装着热交换器与储热介质。采光机构与库内的热交换器组成循环回路，就构成了采光系统。在系统内装入传热介质。采光机构采集的阳光热能，可以利用传热介质把热能输送到热交换器，利用储热介质吸收热能储存在库内备用。完成了采光储热备用的功能。把它叫做第一次循环回路。储热库内的另一组热交换器与热能使用区的热交换件组成循环回路。构成另一个使用热能工作系统。热交换器吸回储存备用的热能。利用传热介质把热能输送到热交换件去使用热量。完成了热能的使用功能。它做的工作是第二次循环，把它叫做第二次循环回路。储热库成为采光机构与热能使用区热交换件的接口。(图1)

技术方案：

1选择棉子油做传热介质。因棉子油是液体，可流动，载热温度高。选择六水氯化钙做储热介质。使用潜热储存热能。

2，采光机构的技术方案。设计的构思：采光机构，是采集阳光热能的热交换机构。集光管是与太阳交换热量的热交换件，要使集光管能达到更高的热量，采用旋转抛物面反射器聚光(聚光器)。聚光的方式为，抛物线的焦点是集光管，聚光为一条线。为使阳光从早到晚都能聚集在集光管上，使聚光器能跟着太阳旋转。要有太阳跟踪机构。聚光器能自动正反旋转。使聚光器早晨向东方倾斜45度，跟踪太阳到傍晚向西方倾斜45度。

真空保温集光管的设计：通过旋转抛物面的反射聚光，集光管会很快升温到几百度。集光管暴露在自然界中与自然界温差几百度。集光管会产生反辐射。因反辐射使温度下降，集光管就采集不到高温热能。为使让集光管能采集高温热能输送到室内。就要对集光管采取保温处理。采用的技术方案是：集光心管(图2，图3)与玻璃真空管(图4，图5)相套。在两管之间的空间开口处密封，抽真空后注入氩气(图6，图7)。但这里氩气的作用不但有保温性能，而重要的是保护玻璃真空管内层玻璃，不会被集光心管的反辐射，而使内层玻璃升温过高被破坏的作用。集光管的出进管口，与库内的热交换器连接，以产生第一次循环回路。(图1，)集光管还可以设计加长真空保温集光管(图8，图9，图10，图11，图12)

聚光器的设计：聚光器的作用是把抛物线的反射阳光聚集在集光管上，能根着太阳旋转。设计方案是，先加工一个聚光器支架(图13，图14)。再用空心轴承(图15，图16)把聚光器(图17，图18)与聚光器支架连接。聚光器就可以在聚光器支架上做旋转，集光管从空心轴承内穿过。集光管就成为聚光器的焦点。聚光器以集光管为轴心旋转。聚光器反射的阳光成一条线被集光管吸收。(图19，图20)

太阳跟踪机构的设计：太阳跟踪机构是由变速器(图21，图22，图23)与月牙齿(图24，图25)，螺旋轮(图26，图27)等组成。变速器的电动机转速为1440转，每日工作10小时总转速为864000转。设计为三级传动装置。第一级为蜗轮传动，转比为144∶1转；第二级为蜗轮传动，转比为60∶1转。两级总转比为8640∶1转。变速器输出轴为6分钟1转，每日100转。聚光器向东倾斜45度旋转到向西倾斜45度正好是安装在聚光器上的月牙齿行走100齿。与变速器输出轴的旋转啮合。因聚光器夜晚要返回向东方倾斜45度，变速器采用蜗轮减速，不能反向旋转。所以第三级传动采用锥齿轮，做变向传动(惰轮)。使输出轴能正反旋转。月牙齿安装在聚光器的底部与螺旋轮啮合，螺旋轮通过锥齿轮与变速器输出轴上的锥齿轮啮合，(图28)变速器安装在聚光器支架上。变速器减速后输出轴上的锥齿轮，经螺旋轮与月牙齿的传动，使聚光器能做缓慢的来回旋转。聚光器能满足跟踪太阳的正常工作。所以聚光器早晚能向东西倾斜45度。

自动变向拨叉的设计：自动变向拨叉的工作(图31，图32)，是有上下跳板组，跳板组有曲柄，跳板，拉簧，支架等组成跳板组。上跳板组安装在变速器的上盖上，下跳板组安装在变速器内，用连杆连接，下跳板组的曲柄与拨叉连接，拨叉与锥齿轮连接管连接。锥齿轮z5与z6连接在锥齿轮连接管两头，拨叉穿过导向杆，能平行移动。拨叉移动时带动锥齿轮z5与z6移动，锥齿轮z5离开锥齿轮z7，锥齿轮z6与锥齿轮z7啮合变速器输出轴反向旋转。聚光器也反向旋转，当聚光器旋转到45度时，聚光器上左右安装了拨杆，左拨杆会推动上跳板组的曲柄，使曲柄移动，移动到一定的位置，上跳板组在拉簧的拉动下跳动。跳板移动了位置。因上下跳板组的跳板，有连杆连接，带动下跳板组的跳板移动，下跳板组在拉簧的拉动下也跳动。带动拨叉平移。使锥齿轮z6离开锥齿轮z7，锥齿轮z5与锥齿轮z7啮合。聚光器又反向旋转，此时，定时器断开电动机电源两小时，两小时后电动机通电，聚光器又开始旋转。聚光器旋转到45度时，聚光器上安装的右拨杆推动上跳板组的曲柄移动。重复以上动作。方向相反。拨叉的使用条件是靠聚光器上的拨杆推动上跳板组的曲柄移动实现自动变向的。

安装支架的设计：采光机构设计了两种安装形式，一种是墙面安装，使用安装架(图29，图30)和连杆(图33，图34)与聚光器支架组合构成墙面安装支架。(图39)安装在向南的墙面上。墙面安装主要是对高层建筑的使用，高层建筑的楼上与楼下各层都有共同的安装条件。一种是屋面安装，使用前腿(图35，图36)和后腿(图37，图38)与聚光器支架组合构成屋面支架。(图19)屋面支架，可以安装在屋面，平台，与地面等地方。屋面安装主要是对农村的零散房屋的使用。

3真空保温法的设计：太阳能储热库可以利用热能加工食品，做烹饪工作，也可以用于其它工业，需要太阳能采集300℃以上的高温热能，才能正常工作。这种高温与环境温差几百度。在这种苛刻的温差条件下，想长期储存与输送高温热能，这也是在考验保温的性能，一般的保温材料难以实现。这一技术问题，解决的方案是；不用保温材料保温，开拓真空保温法。利用真空不传热的物理性能保温。具体方案是，①加工双层套箱，套箱两板壁之间形成了一个空间，在空间内放入加强网，(图44，图45)来增强内外板壁的强度，使内外板壁在抽真空时不会变形。抽真空后成了真空保温箱，箱内安装热交换器放入六水氯化钙就成为真空储热库(图48，图49)用于储存热能。②系统管道的保温，是在输送传热介质的系统管道上，再套上一根比原系统管道粗20毫米以上的金属管道，就形成了一个套管空间，在套管空间拐弯处或100至200毫米处放入定位环(图42，图43)使套管与原系统管道在拐弯时保持平行，做系统回路管道。使太阳能库在输送热能时传热介质处于决热。③系统管道过长时，可以另行加工双层套管，在两管壁之间的空间放入加强网密封(图40，图41)抽成真空，成了真空保温管(图46，图47)，可以套在过长的系统管道上保温。储热装置与输送热能都处于决热。达到长期储存高温热能的目的。

4储热库的设计：采用真空保温法，设计成真空保温的箱体，利用真空不传热的物理性能做保温层。箱壁加工成双层套桶形箱体，在套桶内外壁之间的夹层，放入加强网，密封，抽成真空，就是真空隔热层。把箱体的尺寸设计为，高为2.4米，长1.3米为基础尺寸，根据需要以0.7米的倍数增加长度，0.7米是以增加两排热交换器的尺寸增加长度。(第一次循环回路与第二次循环回路，热交换器各一排)宽1.2米为基础尺寸，根据需要以0.6米的倍数增加宽的长度。是以单排热交换器的尺寸增加宽。。在储热库的墙壁上，开有热交换器与外零部件连接系统管道孔。孔的数量根据热交换器的数量而定，位置根据循环方式而定。

5太阳能储热库的系统设计：分为第一次循环回路与第二次循环回路。第一次循环回路有三种情况，①自然对流的被动式循环，也就是采光机构低于储热库。(图52)也是首选的循环方式。因为集光管内的传热介质温度高于储热库就自动循环。低于储热库就自动停止。只要有太阳就能自动采光储存热能。省人工管理。传热介质在集光管内停留时间长，温度高。储存备用的温度响应升高。②采用加长真空集光管。也采用自然对流的被动式循环。(图54)③主动式循环，也就是采光机构安装高于储热库，这时系统里的传热介质不能循环，增加螺旋工作泵推动传热介质循环。(图53)第一次循环回路设计为独立循环系统群。因为，采光机构的单件聚光器采光面积不可能无限的大，温度也只能在设备能程受的范围内设计聚光器的采光面积。储热库的容量可以设计大小。独立循环系统群，可以使用多台采光机构，大容量的储存热能备用。(图50，图51)第二次循环回路也有两种情况。①热能使用处多，而使用量少，采用单组加热系统群。可以多处使用，互不应响。(图51，图55)②使用集中，而使用量大，使用时间长，设计为能量分配系统。利用能量分配阀(图57，图58，图59，图60，图61，图62，图63，图64)把第二次循环回路热交换器，并联在能量分配阀上利用能量分配阀分配热交换器轮流工作(图56)原因是库内的热能是分层的上层温度最高，下层温度最低，如果把热交换器串联使用。就会打乱储热的热量分层，使用不到库内的最高热能。使用不稳定。热交换器并联使用，库内热交换器过多，传热介质分配不均，储热的热能不能充分使用，使用能量分配系统，可以使用储热库上层高温热能。

6热能的使用：可以用于需要加热的各种工业中。如食品工业加工，食堂烹饪，工业烘炉，隧道烘炉，等等。在一个太阳能储热库内，第二次循环回路，可以设计成，单组加热系统，(图55)也可以设计成，能量分配系统。(图56)还可以同时把这两个系统设计在一个储热库内。不管使用那种系统都可以随用随开，不用就关。使用非常方便。

说明书附图说明：

图1：采光机构和热交换器组成第一次循环回路与热交换器和热交换件组成的第二次循环回路。

图2：集光心管主视图。

图3：集光心管左视图。

图4：玻璃真空管主视图。

图5：玻璃真空管左视图。

图6：真空集保温光管主视图。

图7：真空集保温光管左视图。

图8：加长真空集光管。

图9：加长真空集光管的挡环。

图10：加长真空集光管的心管。

图11：加长真空集光管的玻璃真空管。

图12：加长真空集光管的螺母。

图13：聚光器支架主视图。

图14：聚光器支架左视图。

图15：空心轴承主视图。

图16：空心轴承左视图。

图17：聚光器主视图。

图18：聚光器左视图。

图19：采光机构室面支架主视图。

图20：采光机构室面支架A-向视图。

图21：变速器主视图。

图22：变速器左视图。

图23：变速器俯视图。

图24：月牙齿图。

图25：月牙齿齿形放大图。

图26：螺旋轮主视图。

图27：螺旋轮左视图。

图28：太阳跟踪机构传动图。

图29：安装架主视图。

图30：安装架左视图。

图31：自动变向拨叉右拨杆推动上曲柄的传动图。

图32：自动变向拨叉左拨杆推动上曲柄的传动图。

图33：连杆主视图。

图34：连杆俯视图。

图35：前腿主视图。

图36：前腿俯视图。

图37：后腿主视图。

图38：后腿左视图。

图39：采光机构墙面支架安装图。

图40：真空保温管加强网主视图。

图41：真空保温管加强网展开图。

图42：真空保温系统管道图。

图43：真空保温系统管道的定位环图。

图44：真空保温箱加强网主视图。

图45：真空保温箱加强网俯视图。

图46：真空保温管主视图。

图47：真空保温管左视图。

图48：太阳能储热库主视图。

图49：太阳能储热库俯视图。

图50：独立循环系统群(第一次循环回路)布图。

图51：太阳能储热库独立循环系统群与第二次回路执交换器平面布图。

图52：被动式自然对流采光系统图。

图53：主动式采光系统图。

图54：加长管被动式采光系统图。

图55：单组加热系统图。(第二次循环回路)

图56：能量分配系统图。

图57：能量分配阀主视图。

图58：能量分配阀A-A面俯视图。

图59：能量分配阀阀体主视图。

图60：能量分配阀阀体俯视图。

图61：能量分配阀透盖主视图。

图62：能量分配阀透盖左视图。

图63：能量分配阀阀心主视图。

图64：能量分配阀阀心A-A面俯视图。

Claims (4)

1.太阳能储热库：采光机构与热交换器组成独立循环系统，把独立的循环回路设计成系统群。可以采集大量的太阳热能，利用太阳能储热库的大容量储存。完成采光储存备用的功能。为利用被动式，自然对流循环方式，把真空保温集光管。增加了加长真空保温集光管。以使采光机构与储热库在同高度也能安装使用自然对流循环。采光机构采用了太阳自动跟踪设计，减少人工管理工作。使用的工作系统，设计两种形式，单组加热系统群。可以把储热库的热能同时使用于多处，互不应响。能量分配系统。可以把储热库的热能集中一处使用。根据使用的需要可以在一个储热库内设计单组加热系统与能量分配系统。满足使用的形式需要。太阳能储热库采用了真空保温法，利用真空不传热的物理性能保温，提高了保温性能。

太阳能储热库：其特征在于，采光系统；采用了独立循环系统群。利用多组采光机构能大容量的采集阳光热能储存于储热库备用。使用热能系统；采用了单组加热系统，使热能能多处使用，互不应响。采用了能量分配系统，可以把储热库的热能集中一处使用。以满足使用形式的需要。

2.如权利要求1所述的产品，其特征在于，使用了太阳自动跟踪机构，不用人工管理采光机构的工作。

3.如权利要求1所述的产品，其特征在于，采用真空保温法，使储热装置与输送热能都在热决热之中。提高了保温性能。

4.如权利要求1所述的产品，增加了加长真空保温集光管，使采光机构与储热库在同高度下也能采用被动式的自然对流循环。 

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