CN103759437A - 一种相变蓄热型太阳能集热放热装置 - Google Patents

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Abstract

一种相变蓄热型太阳能集热放热装置，包括太阳能集热器、循环蠕动泵、相变蓄热罐、供热盘管和换热盘管；太阳能集热器、循环蠕动泵和相变蓄热罐通过连接管相连，形成循环管路，循环管路中的内部工质为微胶囊相变悬浮液；供热盘管与换热盘管均置于相变蓄热罐内。该装置利用相变材料蓄热，性能稳定，占用空间小，无需与传统蓄热器一样进行热量迁移及多次热交换即可实现充热，充热完成后相变材料将热量贮存，这种结构避免了常规加热水箱体积大、成本高、难以与建筑一体化等缺点；放热时，由于液态工质与盘管换热器接触面积大且微胶囊自身存在微对流，提高了换热效率，最终可提高出口的热水水温。

Description

一种相变蓄热型太阳能集热放热装置
技术领域
本发明涉及一种利用相变材料载热蓄热的太阳能集热与放热的装置，属于太阳能热利用技术领域。
背景技术
目前，分体式太阳能热水、采暖系统采用的太阳能集热器主要采用水或防冻液（主要成分为乙二醇）作为热媒，将采集的太阳能传递给水箱中的水，最终将水箱中的水加热。在此过程中，需要经历两次热交换过程，导致太阳能利用率较低。
由于太阳能的不均匀性，太阳能集热器往往需要设置蓄热装置。现有的大多数太阳能蓄热装置为水箱，属于显热蓄热，蓄热能力较低；而且随着水温的升高，其散失的热量也较多；需要的体积一般比较庞大，占用较多的空间且安装不便，而且重量分布不均，给建筑结构带来安全隐患。
为解决上述问题，利用相变材料进行蓄热，相变蓄热具有蓄热密度大、蓄热体积小、放热温度稳定等优点，因此利用相变材料进行太阳能蓄热，可以大大减小太阳能蓄热器的体积，提高供热的稳定性。目前已经存在一些利用相变材料储存太阳热能的装置。例如CN1632410公开的《一种复合式相变蓄能太阳能热水器》，由集热器和水箱构成，相变蓄热体位于水箱中，通过两个换热器与水进行热交换。这种相变蓄能太阳能热水器的缺点是含有多次热交换过程，降低了太阳能转化率。又例如CN2851981公开的《一种太阳能热水相变储热器》，包括一个内部充填晶体的相变储热器和储水箱。这种储热器仍然保留了传统太阳能热水器的水箱，体积较大，减少了相变储热器的优势。另外绝大部分的相变储热太阳能热水器一般将相变储热材料均匀的封装在容器内，容器再放入蓄热器内，使用过程中水需要与其进行多次热交换，这种利用方式对太阳能的利用率低，不能充分利用储热材料的性能。
发明内容
本发明针对现有太阳能热水器存在的储能不足、换热效率低等问题，提供一种利用相变材料蓄热的、性能稳定、占用空间小的相变蓄热型太阳能集热放热装置。
本发明的相变蓄热型太阳能集热放热装置，采取如下技术方案:
该相变蓄热型太阳能集热放热装置，包括太阳能集热器、循环蠕动泵、相变蓄热罐、供热盘管和换热盘管；太阳能集热器、循环蠕动泵和相变蓄热罐通过连接管相连，形成循环管路，循环管路中的内部工质为微胶囊相变悬浮液；供热盘管与换热盘管均置于相变蓄热罐内（与微胶囊相变悬浮液充分接触）。
上述相变蓄热型太阳能集热放热装置，在充热情况下，由于内部介质为微胶囊相变悬浮液，通过太阳能集热器直接吸收太阳能给相变材料充热，充热后的相变材料通过循环蠕动泵流入相变蓄热罐，实现了集热、输热和蓄热三位一体的工作模式，减少了中间热交换的环节，提高了太阳能的利用率。同时，在天气恶劣，太阳能不足时，其它热源也可通过供热盘管进入相变蓄热罐对其进行充热。放热情况下，冷水流经相变蓄热罐内的换热盘管与相变悬浮液进行热交换，由于蓄热工质微胶囊相变悬浮液为液态，与换热盘管接触面积增大，另外微胶囊自身存在微对流，增大了悬浮液与换热盘管表面的表观热导率，提高了换热效率。
本发明利用相变材料蓄热，性能稳定，占用空间小，无需与传统蓄热器一样进行热量迁移及多次热交换即可实现充热，充热完成后相变材料将热量贮存，这种结构避免了常规加热水箱体积大、成本高、难以与建筑一体化等缺点。放热时，由于液态工质与盘管换热器接触面积大且微胶囊自身存在微对流，提高了换热效率，最终可提高出口的热水水温。
附图说明
附图是本发明相变蓄热型太阳能集热放热装置的结构示意图。 
其中： 1、太阳能集热器，2、相变蓄热罐，3、循环蠕动泵，4、连接管，5、工质排放阀，6、工质灌注管，7、橡胶接头，8、止回阀，9、膨胀罐，10、安全阀，11、压力表（或压力传感器），12、温度计（或温度传感器），13、供热盘管，14、热媒进管，15、热媒出管，16、换热盘管，17、热水管，18、冷水管，19、排污阀，20、自动排气阀。
具体实施方式
如附图所示，本发明的相变蓄热型太阳能集热放热装置，主要包括太阳能集热器1、循环蠕动泵3，相变蓄热罐2、供热盘管13和换热盘管16。太阳能集热器1、循环蠕动泵3和相变蓄热罐2通过各段连接管4串联相连，形成循环管路，循环管路中的工质为微胶囊相变悬浮液。微胶囊相变悬浮液是一种潜热型功能热流体,具有较高储热密度,可在恒定温度区间内进行储放热,同时由于相变潜热使得有效比热容增大以及微对流导致有效导热系数提高。一般由包裹有相变材料的微型胶囊和水（或乙二醇等防冻液）构成，所述相变材料的相变温度为55℃-65℃。太阳能集热器1选用平板式或真空管式均可，可以采用多组串联的形式。太阳能集热器1与循环蠕动泵3之间的连接管上连接有工质排放阀5，以控制排出循环管路中的工质。循环蠕动泵3与相变蓄热罐2之间的连接管上连接有工质灌注管6和膨胀罐9，工质灌注管6上设置有止回阀，膨胀罐9起到稳压及部分储存介质的作用，用于缓冲系统中压力波动，在热力系统中主要是用来吸收工作介质因温度变化增加的那部分体积，保证系统压力稳定，从而保证了系统的正常运行及不受压力的破坏。循环蠕动泵3的进出口均通过可曲挠的橡胶接头7与连接管连接，并且两端均设置压力表（或压力传感器）11。相变蓄热罐2上设置有安全阀10、压力表（或压力传感器）11和温度计（或温度传感器）12，太阳能集热器1和相变蓄热罐2的连接管上设置有安全阀、压力表（或压力传感器）、温度计（或温度传感器）和自动排气阀20。循环蠕动泵3与相变蓄热罐2之间的连接管上设置有止回阀8。相变蓄热罐2的底部设置有排污阀19。
供热盘管13与换热盘管16均置于相变蓄热罐2内，与微胶囊相变悬浮液充分接触。供热盘管13的两端伸出相变蓄热罐2，一端与热媒进管14连接，一端与热媒出管15连接。太阳能以外的其它热媒可以进入供热盘管13内，与相变蓄热罐2内的工质实现热交换。换热盘管16的两端也伸出相变蓄热罐2，一端与热水管17连接，一端与冷水管18连接，将冷水加热后由热水管17排出。
上述装置，通过太阳能集热器1直接吸收太阳能为循环流动的微胶囊相变悬浮液充热，其它热源可以通过供热盘管13辅助充热，实现了集热、输热、蓄热三位一体的工作模式，减少了中间热交换的环节，提高了太阳能的利用率。放热情况下，冷水流经相变蓄热罐内的换热盘管16与相变悬浮液进行热交换，由于蓄热工质悬浮液为液态，与盘管换热器接触面积增大，另外微胶囊自身存在微对流，增大了悬浮液与盘管表面的表观热导率，提高了换热效率，最终可提高出口的热水水温。

Claims (1)

1.一种相变蓄热型太阳能集热放热装置，包括太阳能集热器、循环蠕动泵、相变蓄热罐、供热盘管和换热盘管；其特征是：太阳能集热器、循环蠕动泵和相变蓄热罐通过连接管相连，形成循环管路，循环管路中的内部工质为微胶囊相变悬浮液；供热盘管与换热盘管均置于相变蓄热罐内。
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