CN102563914A - 一种太阳能热交换系统及其蓄热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于太阳能热交换系统的蓄热器，包括位于蓄热器的高温区(1)和低温区(2)之间的隔热板(3)，所述隔热板(3)上开设有连通口(4)，所述高温区(1)与所述低温区(2)通过所述连通口(4)连通。这样，利用隔热板实现了高温介质和低温介质的空间分区，低温区和高温区中的不同温度的介质仅能够通过连通口少量连通，而大部分的介质被隔热板相分隔，减少了蓄热器的水箱高度对温度分层的影响，同时也减弱了高温区的水流速度对低温区的温度分层的影响，使得低温区和高温区保持较大的温度差。本发明还公开了一种包括上述蓄热器的太阳能热交换系统。

Description

一种太阳能热交换系统及其蓄热器

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，特别涉及一种用于太阳能热交换系统的蓄热器。本发明还涉及一种包括上述蓄热器的太阳能热交换系统。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，太阳能热交换系统越来越广泛地应用于热交换技术的各个领域。

太阳能热利用技术作为一种可再生清洁能源技术因其节能减排的优势而发展迅速，它经常结合集热技术，以高温高效率为特征，它通过聚光器把太阳光聚集起来投射到位于聚光器焦点处的集热器上，集热器把光转换成热，并把热量交换给通过集热器的工质，而产生的高温工质有多种应用，如工业加热、热力发电、化工过程等。在太阳能热交换系统中，由于太阳辐射的不稳定性，由太阳光转换到热水中的能量也随时在变化，并且大多数情况下，用户的热水利用量和使用时间也是不固定的，因此，太阳能热交换系统通常把富余的太阳能储存起来，以提高能量利用率并备不时之需。作为蓄热和储能设备，蓄热器是太阳能热交换系统中必不可少部件。

根据太阳能加热环路和用户环路布置方式的不同，蓄热器主要包括直接混合式和间接传热式。如果把来自太阳能集热器的高温热水直接或间接的与温度较低的用户回水换热，蓄热器中的水温将会趋于中间温度，这就降低了热水的利用品质。因此，为了保证蓄热器中高温水的品质，提高换热系统的稳定性，目前的太阳能热交换系统通常使用间接传热的方式。在间接传热方式中，太阳能加热环路和用户环路能够分别利用不同性质的传热介质，且能避免两种环路的传热介质之间的掺混。一种典型的间接换热式蓄热器包括水箱，水箱的上层与集热器相连通，接收来自集热器的高温水，水箱的下层与用户管路相连通，接收来自用户的低温水；由于高温水的密度小于低温水的密度，这样基于水温不同密度不同，从而利用重力作用而建立起温度分区。由于靠重力作用建立的温度分层，沿高度方向是实现温度差的主要作用区域。

但是，这种温度分层方式对蓄热器的水箱高度具有较大的依赖性，水箱高度越高，温度分层也越明显，冷热水之间越不易掺混。而在水箱高度受限的场合(比如地下室)需要使用卧式水箱，此时沿高度方向上的温度梯度比较小，要实现温度分层就十分困难，对水箱高度的依赖严重限制了该种蓄热器的适用范围。

因此，如何避免蓄热器的蓄热效果对水箱高度的依赖，扩大蓄热器的适用范围，就成为本领域技术人员亟须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于太阳能热交换系统的蓄热器，其蓄热效果对水箱高度不存在依赖，从而扩大了蓄热器的适用范围。本发明的另一目的是提供一种包括上述蓄热器的太阳能热交换系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于太阳能热交换系统的蓄热器，包括壳体、位于所述壳体内部，且沿介质流动方向设置的高温区和压力小于所述高温区的低温区，所述高温区与太阳能热交换系统的集热器的高温来水管路和用户的高温去水管路相连通，所述低温区与所述集热器的低温去水管路和用户的低温来水管路相连通；还包括位于所述高温区和低温区之间的隔热板，所述隔热板上开设有连通口，所述高温区与所述低温区通过所述连通口连通。

优选地，所述高温区与所述低温区之间设置有中温区，所述高温区与所述中温区之间，以及所述中温区与所述低温区之间分别设置有所述隔热板。

优选地，所述中温区为一个整体温区。

优选地，所述高温区与所述中温区之间的隔热板、以及所述中温区与所述低温区之间的隔热板的数目均为两个。

优选地，所述高温区与所述中温区之间、且靠近所述中温区设置有第二隔热板，所述中温区与所述低温区之间、且靠近所述中温区设置有第三隔热板；开设于所述第二隔热板的第二连通口，位于开设于所述第三隔热板的第三连通口的下方。

优选地，所述第二连通口开设于所述中温区的下部，所述第三连通口开设于所述中温区的上部。

优选地，所述高温区与所述中温区之间、且靠近所述高温区设置有第一隔热板，所述中温区与所述低温区之间、且靠近所述低温区设置有第四隔热板；开设于所述第一隔热板的第一连通口位于所述第二连通口的上方，开设于所述第四隔热板的第四连通口位于所述第三连通口的下方。

优选地，还包括第一导流管和第二导流管；所述第一导流管穿过所述低温区与所述中温区之间的连通口，且所述第一导流管的进流口位于所述低温区的底部，其出流口位于所述中温区的顶部；所述第二导流管穿过所述中温区与所述高温区之间的连通口，且所述第二导流管的进流口位于所述中温区的底部，其出流口位于所述高温区的顶部。

优选地，所述高温区与所述低温区处于同一高度平面内。

优选地，所述壳体的材料为隔热材料。

优选地，所述隔热板包括金属外壳和填充于所述外壳内的保温材料。

本发明还提供了一种太阳能热交换系统，包括蓄热器，所述蓄热器为如上述任一项所述的蓄热器。

本发明所提供的用于太阳能热交换系统的蓄热器，包括壳体、位于壳体内，且沿介质流动方向设置的高温区和压力小于所述高温区的低温区，高温区与太阳能热交换系统的集热器的高温来水管路和用户的高温去水管路相连通，低温区与所述集热器的低温去水管路和用户的低温来水管路相连通；还包括位于所述高温区和低温区之间的隔热板，隔热板上开设有连通口，高温区与所述低温区通过所述连通口连通；高温水和低温水分别位于两个温区，隔热板一方面减弱由于高温介质和低温介质的扰动而导致的流传热和温度掺混，另一方面，还能够建立高温区和低温区的传热热阻，从而使高温区和低温区易于建立温差；这样，利用隔热板实现了高温介质和低温介质的空间分区，低温区和高温区中的不同温度的介质仅能够通过连通口少量连通，而大部分的介质被隔热板相分隔，减少了蓄热器的水箱高度对温度分层的影响，同时也减弱了高温区的水流速度对低温区的温度分层的影响，使得低温区和高温区保持较大的温度差。

在一种具体实施方式中，本发明所提供蓄热器的高温区与低温区之间还设置有中温区，高温区与中温区之间，以及中温区与低温区之间分别设置有隔热板；这样，在蓄热器的内部通过中温区进一步分隔高温区的介质和低温区的介质，使得高温介质和低温介质仅能够在中温区内掺混，避免了高温区和低温区的介质扰动，从而进一步保持了高温区的介质温度，提高了蓄热器的工作可靠性。

附图说明

图1为本发明所提供的用于太阳能热交换系统的蓄热器一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供的太阳能热交换系统一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于太阳能热交换系统的蓄热器，其蓄热效果对水箱高度不存在依赖，从而扩大了蓄热器的适用范围。本发明的另一核心是提供一种包括上述蓄热器的太阳能热交换系统。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的用于太阳能热交换系统的蓄热器一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的太阳能热交换系统一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的蓄热器用于太阳能热交换系统，该蓄热器包括壳体6以及位于壳体6内部的高温区1和低温区2，高温区1和低温区2沿介质流动方向设置，也即介质总是从高温区1流向低温区2而不会发生倒流，太阳能换热系统的压力泵8与高温区1连接，并向高压区提供压力，使得低温区2的压力总是小于高温区1的压力，从而保证了介质总是从高温区1流向低温区2，高温区1通过其侧面的不同开口与太阳能热交换系统的集热器7的高温来水管路和用户9的高温去水管路相连通，集热器7产生的高温介质通过高温来水管路进入蓄热器的高温区1，并在需要使用时通过用户端8的高温去水管路从蓄热器的高温区1进入用户管路；蓄热器的低温区2与集热器7的低温去水管路和用户9的低温来水管路相连通，用户9产生的低温介质通过用户9的低温来水管路进入蓄热器的低温区2，并通过集热器7的低温去水管路进入集热器7重新加热；该蓄热器还包括隔热板3，隔热板3位于高温区1和低温区2之间，用于分隔上述高温区1和低温区2，隔热板3上开设有连通口4，高温区1与低温区2通过所述连通口4连通，低温区2和高温区1中的不同温度的介质仅能够通过连通口4少量连通，而大部分的介质被隔热板3相分隔。

上述隔热板3上开设有连通口4，对于图1和图2所示实施例中的连通口的形式，应该理解为，隔热板3的上端和下端均是与壳体6相贴合的，连通口4开设于隔热板3上，且与壳体的内表面连通，也即连通口4是由隔热板3和壳体6之间的空间形成的。

上述隔热板3包括金属外壳和填充于所述外壳内的保温材料。这样，隔热板3的内部的保温材料本身具备保温功能，防止了不同温区之间的热量传导。隔热板的制作可采用耐腐蚀的金属薄板封装保温材料(发泡)的方式，也可以直接采用陶瓷板或者耐热玻璃钢板等多种形式，只要能够保证隔热板3具有较好的保温隔热功能，其具体材料和制成方式在此不做限定。

本发明所提供的高温区1与低温区2通常处于同一高度平面内。

需要指出的是，上述高温来水管路是指连通集热器7与高温区1之间的管路，在该管路中，高温介质从集热器7流向蓄热器的高温区1；高温去水管路是指连通用户9与高温区1之间的管路，在该管路中，高温介质从蓄热器的高温区1流向用户端；低温来水管路是指连通蓄热器的低温区2与用户9之间的管路，在该管路中，低温介质从用户端流向蓄热器的低温区2；低温去水管路是指连通蓄热器的低温区2与集热器7之间的管路，在该管路中，低温介质从蓄热器的低温区2流向集热器7。

本发明所提供的蓄热器具有壳体6，壳体6作为各温区的载体，各温区在壳体6中形成；蓄热器的壳体6的材料可以为隔热材料，隔热材料能够较好地将壳体6内部的温区与外径隔离，避免外界温度对壳体6内部温区的温度造成的影响，保证了各温区内温区的大体恒定。

进一步地，壳体6的材料可以为具有保温功能的隔热材料，例如玻璃棉、复合铝箔等材料，也可以为其他具有保温或者隔热功能的材料，这些材料具有较好地保温隔热性能，能够较好地避免壳体6内的温区内的介质与外界环境发生热交换，从而保持壳体6内各温区介质的温度稳定性。壳体6的材料也不局限于上述具有保温隔热功能的材料，其也可以为普通功能的金属或者非金属的材料，显然地，壳体6的材料必须为防水材料，也即壳体6内的液体介质不会发生泄露。

当壳体6的材料为不具有保温隔热功能的材料时，为了尽量减少壳体6内部介质与外界环境发生热交换，可以将壳体6设计成内外两层的结构，两层壳体6之间具有预定空间，同时将该空间抽成真空，也能够较好地保证壳体6内部的温度扰动。

上述隔热板3的材料与壳体6的材料相似，也可以选择隔热材料，以避免各温区之间的温度扰动。同时，由于隔热板3长期浸润在液体介质中，因此，隔热板3的材料可以选择耐腐蚀的材料，以便提高隔热板3的使用寿命。

文中所述的介质一般为水，当然也不局限于水，也可以为其他液体介质，如导热油等。

本发明所提供的蓄热器的高温区1并不局限于一个温区，该高温区1可以进一步包括多个介质温区，各不同的高温区1之间的介质温度不同，各高温区1的介质温度之间具有足够大的梯度，从而能够进一步将高温区1细化。各高温区1之间可以通过隔热板3分隔，并通过隔热板3上的连通口4连通，各相互隔开的高温区1可以分别与不同的高温去水管路连通，以便向不同要求的用户9提供不同温度范围的介质。相同地，低温区2也不局限于一个温区，其也可以进一步包括多个不同温度梯度的温区。

高温水和低温水分别位于两个温区，隔热板3一方面减弱由于高温介质和低温介质的扰动而导致的流传热和温度掺混，另一方面，还能够建立高温区1和低温区2的传热热阻，从而使高温区1和低温区2易于建立温差；这样，利用隔热板3实现了高温介质和低温介质的空间分区，低温区2和高温区1中的不同温度的介质仅能够通过连通口4少量连通，而大部分的介质被隔热板3相分隔，减少了蓄热器的水箱高度对温度分层的影响，同时也减弱了高温区1的水流速度对低温区2的温度分层的影响，使得低温区2和高温区1保持较大的温度差。

还可以对本发明所提供的用于太阳能热交换系统的蓄热器进行进一步的改进。

本发明所提供的蓄热器的高温区1与低温区2之间还可以设置有中温区5，高温区1与中温区5之间，以及中温区5与低温区2之间分别设置有隔热板3；这样，在蓄热器的内部通过中温区5进一步分隔高温区1的介质和低温区2的介质，使得高温介质和低温介质仅能够在中温区5内掺混，避免了高温区1和低温区2的介质扰动，从而进一步保持了高温区1的介质温度，提高了蓄热器的工作可靠性。

上述中温区5可以为一个整体温区，由于中温区5的主要作用是分隔高温区1和低温区2，因此，无需对中温区5进行过多的分区限制。显然地，中温区5也可以包括若干温区。

本发明所提供的隔热板3包括第一隔热板31、第二隔热板32、第三隔热板33和第四隔热板34，所述连通口4包括第一连通口41、第二连通口42、第三连通口43和第四连通口44；其中第一隔热板31和第二隔热板32设置于高温区1与中温区5之间，且第一隔热板31靠近高温区一侧，第二隔热板靠近中温区一侧，第三隔热板33和第四隔热板34设置于中温区5与低温区2之间，且第三隔热板靠近中温区一侧，第四隔热板靠近低温区一侧；第一连通口41开设于第一隔热板31上，第二连通口42开设于第二隔热板32上，第三连通口43开设于第三隔热板33上，第四连通口44开设于第四隔热板34上，介质流道形成于第一隔热板31与第二隔热板32之间，以及第三隔热板33与第四隔热板34之间；这样，各相邻的温区之间通过两隔热板之间形成的流道相连通，从而进一步避免了各温区之间温度的互相干扰。

上述第二连通口42可以开设于第三连通口43的下方，由于高温介质的密度小于同类的低温介质，上述连通口4的设置方式能够保证在蓄热器内部介质从高温区1流向低温区2。

上述第二连通口42开设于中温区5的下部，第三连通口43开设于中温区5的上部，以便更好地保证介质从高温区1流向低温区2。

上述第一连通口41位于第二连通口42的上方，第四连通口44位于第三连通口43的下方，以便进一步保证介质从高温区1流向低温区2。

显然地，隔热板3与连通口4的具体设置位置和结构并不局限于上述具体方式，只要能够起到分隔和连通的作用，隔热板3和连通口4的具体设置方式不应受到本说明书具体实施方式的限制。

本发明所提供的蓄热水箱还可以包括第一导流管和第二导流管；其中第一导流管穿过低温区与中温区之间的连通口，且第一导流管的进流口位于低温区的底部，其出流口位于中温区的顶部；第二导流管穿过中温区与高温区之间的连通口，且第二导流管的进流口位于中温区的底部，其出流口位于高温区的顶部。这样，无论连通口开设在隔热板的什么位置，均能够保证介质从温度较低的区域的底部流向温度较高的区域的顶部，从而更好地保证了介质的流向。

在上述情况下，相邻两温区之间的隔热板的数目一般设置为一个。

除了上述蓄热器，本发明所提供一种包括上述蓄热器的太阳能热交换系统，该太阳能热交换系统的其他各部分结构请参考现有技术，在此不做限定。

以上对本发明所提供的太阳能热交换系统及其蓄热器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种用于太阳能热交换系统的蓄热器，包括壳体(6)、位于所述壳体(6)内部，且沿介质流动方向设置的高温区(1)和压力小于所述高温区(1)的低温区(2)，所述高温区(1)与太阳能热交换系统的蓄热器的高温来水管路和用户的高温去水管路相连通，所述低温区(2)与所述蓄热器的低温去水管路和用户的低温来水管路相连通；其特征在于，还包括位于所述高温区(1)和低温区(2)之间的隔热板(3)，所述隔热板(3)上开设有连通口(4)，所述高温区(1)与所述低温区(2)通过所述连通口(4)连通。

2.根据权利要求1所述的用于太阳能热交换系统的蓄热器，其特征在于，所述高温区(1)与所述低温区(2)之间设置有中温区(5)，所述高温区(1)与所述中温区(5)之间，以及所述中温区(5)与所述低温区(2)之间分别设置有所述隔热板(3)。

3.根据权利要求2所述的用于太阳能热交换系统的蓄热器，其特征在于，所述中温区(5)为一个整体温区。

4.根据权利要求3所述的用于太阳能热交换系统的蓄热器，其特征在于，所述高温区与所述中温区之间的隔热板(3)、以及所述中温区与所述低温区之间的隔热板(3)的数目均为两个。

5.根据权利要求4所述的用于太阳能热交换系统的蓄热器，其特征在于，所述高温区(1)与所述中温区(5)之间、且靠近所述中温区设置有第二隔热板(32)，所述中温区(5)与所述低温区(2)之间、且靠近所述中温区设置有第三隔热板(33)；开设于所述第二隔热板(32)的第二连通口(42)，位于开设于所述第三隔热板(33)的第三连通口(43)的下方。

6.根据权利要求5所述的用于太阳能热交换系统的蓄热器，其特征在于，所述第二连通口(42)开设于所述中温区(5)的下部，所述第三连通口(43)开设于所述中温区(5)的上部。

7.根据权利要求6所述的用于太阳能热交换系统的蓄热器，其特征在于，所述高温区(1)与所述中温区(5)之间、且靠近所述高温区(1)设置有第一隔热板(31)，所述中温区(5)与所述低温区(2)之间、且靠近所述低温区(2)设置有第四隔热板(34)；开设于所述第一隔热板(31)的第一连通口(41)位于所述第二连通口(42)的上方，开设于所述第四隔热板(34)的第四连通口(44)位于所述第三连通口(43)的下方。

8.根据权利要求3所述的用于太阳能热交换系统的蓄热器，其特征在于，还包括第一导流管和第二导流管；所述第一导流管穿过所述低温区与所述中温区之间的连通口，且所述第一导流管的进流口位于所述低温区的底部，其出流口位于所述中温区的顶部；所述第二导流管穿过所述中温区与所述高温区之间的连通口，且所述第二导流管的进流口位于所述中温区的底部，其出流口位于所述高温区的顶部。

9.根据权利要求1至8任一项所述的用于太阳能热交换系统的蓄热器，其特征在于，所述高温区(1)与所述低温区(2)处于同一高度平面内。

10.根据权利要求1至8任一项所述的用于太阳能热交换系统的蓄热器，其特征在于，所述壳体(6)的材料为隔热材料。

11.根据权利要求1至8任一项所述的用于太阳能热交换系统的蓄热器，其特征在于，所述隔热板包括金属外壳和填充于所述外壳内的保温材料。

12.一种太阳能热交换系统，包括蓄热器，其特征在于，所述蓄热器为如权利要求1至11任一项所述的蓄热器。

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