CN103868252A - 双面涡旋相变储能太阳能恒温供热设备 - Google Patents

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陈观生
李风
毛凌波
徐游
田柱
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Abstract

一种双面涡旋相变储能太阳能恒温供热设备，主要由储热体(8)、上涡旋体(3)、下涡旋体(1)、相变材料(2)、盖板(4)、热流体(5)及其进口(6)和出口(7)组成。上涡旋体(3)和下涡旋体(1)分别焊接在储热体(8)的两侧，储热体(8)内部填充相变材料(2)；上涡旋体(3)由盖板(4)封闭形成热流体(5)的通道，热流体(5)在通道内吸收相变材料(2)储存的热量后对外供热；下涡旋体(1)利用其表面增强储热体(8)对太阳辐射的吸收，加热储热体(8)内的相变材料(2)使其相变储热；热流体(5)从进口(6)进入热流体通道，吸热温升后从出口(7)送出对外供热。该设备具有结构简单、吸热效果好、储热容量大、供热温度稳定的特点，有利于太阳能供热设备的小型化。

Description

双面涡旋相变储能太阳能恒温供热设备
技术领域  本发明属于太阳能热利用技术领域，具体涉及一种结构简单、吸热效果好、储热容量大、供热温度稳定的太阳能恒温供热设备。
背景技术  为了克服太阳能热利用过程中由于昼夜及天气变化造成的太阳辐射的间歇性，实现全天候连续及稳定供热，太阳能热利用装置一般都会配备储能系统，把白天太阳辐射强时多余的热量储存起来，在晚上等需要时再释放出来，从而提高太阳能及其设备的总体利用率。
目前太阳能热利用设备中使用的储能方式主要有显热及潜热储能两类，其中显热储能的储能密度较小，储热介质的用量较大，最终导致储热系统的重量及体积较大，并且储热温度受太阳辐射的影响波动也较大，限制了用户的选用。解决这一问题的方法是采用潜热储热，一方面可以利用储热材料相变潜热大的特点减少储热材料的用量，另一方面还可以利用储热材料相变温度恒定的特点减少储热温度的波动。目前采用相变储能的太阳能恒温供热系统的吸热设备与储热设备是分开的，即先通过中间热流体将吸热设备吸收的太阳能输送给储热设备里的相变材料，供热时再加热供热热流体向外供热。因此现有的相变储能太阳能恒温供热系统较为复杂，供热温度也有所降低，尤其是在系统小型化方面较为困难。
发明内容  拟用于太阳能热利用的双面涡旋相变储能太阳能恒温供热设备，可以实现一个设备同时吸收太阳辐射、储热及对外供热的功能，具有结构简单、吸热效果好、储热容量大、供热温度稳定的特点。该设备由储热体、上涡旋体、下涡旋体、相变材料、盖板、热流体及其进口和出口组成；上、下两个涡旋体分别焊接在圆柱形储热体的两侧，储热体内部填充相变材料；上涡旋体由盖板封闭形成热流体通道，热流体在通道内吸收相变材料储存的热量后对外供热；下涡旋体不用盖板封闭，利用其表面增强储热体对太阳辐射的吸收，加热储热体内的相变材料使其相变储热；涡旋体用金属板制作，其型线为圆的渐开线；上、下涡旋体的基圆直径、节距及高度根据换热强化的需要来确定。
该设备的工作过程为：储热时，储热体底部及下涡旋体吸收太阳辐射并转化为热能后传递给与之接触的储热体内的相变材料，使相变材料温度升高，温度到达熔点后熔化，以潜热的形式将热量储存起来；供热时，储存于相变材料中的热量通过储热体顶部、上涡旋体及盖板之间的涡旋型换热通道传递给热流体，使其温度升高后对外供热。上述储热及供热过程也可以同时进行。该设备具有结构简单、紧凑，使用寿命长及性价比高的特点。
与公知技术相比本发明具有的优点及积极效果：
(1)结构紧凑，加工方便；
(2)涡旋体具有较大的表面积，可以增加对太阳辐射的吸热面积及对热流体的加热面积；
(3)无需中间热流体进行热量的输送。
附图说明  图1及图2是双面涡旋相变储能太阳能恒温供热设备的示意图，其中图1是半剖主视图，图2是仰视图。从图1、图2可看出，该设备主要由储热体(8)、上涡旋体(3)、下涡旋体(1)、相变材料(2)、盖板(4)、热流体(5)及其进口(6)和出口(7)组成。上涡旋体(3)和下涡旋体(1)分别焊接在储热体(8)的两侧，储热体(8)内部填充相变材料(2)；上涡旋体(3)由盖板(4)封闭形成热流体(5)的通道，热流体(5)在通道内吸收相变材料(2)储存的热量后对外供热；下涡旋体(1)利用其表面增强储热体(8)对太阳辐射的吸收，加热储热体(8)内的相变材料(2)使其相变储热；热流体(5)从进口(6)进入热流体通道，吸热温升后从出口(7)送出对外供热。
具体实施方式
实施例1：以熔点为150℃的三元熔盐为相变材料，水为热流体，按附图说明中所述要点设计、加工和安装组成一台双面涡旋相变储能太阳能恒温供热设备，其设计储热能力折合电量为15kWh。该设备主要由储热体(8)、上涡旋体(3)、下涡旋体(1)、相变材料(2)、盖板(4)、热流体(5)及其进口(6)和出口(7)组成。上涡旋体(3)和下涡旋体(1)分别焊接在储热体(8)的两侧，储热体(8)内部填充相变材料(2)；上涡旋体(3)由盖板(4)封闭形成热流体(5)的通道，热流体(5)在通道内吸收相变材料(2)储存的热量后对外供热；下涡旋体(1)利用其表面增强储热体(8)对太阳辐射的吸收，加热储热体(8)内的相变材料(2)使其相变储热；热流体(5)从进口(6)进入热流体通道，吸热温升后从出口(7)送出对外供热。该设备加上保温层后直径1.1m，高0.8m，在进口水温为20℃的情况下，可以3kW的供热功率连续供应90℃以上的热水约4.5小时。运行测试表明，该设备的热效率达90％以上。
实施例2：以熔点为580℃的二元铝硅合金为相变材料，导热油为热流体，按附图说明中所述要点设计、加工和安装组成一台双面涡旋相变储能太阳能恒温供热设备，其设计储热能力折合电量约为40kWh。该设备主要由储热体(8)、上涡旋体(3)、下涡旋体(1)、相变材料(2)、盖板(4)、热流体(5)及其进口(6)和出口(7)组成。上涡旋体(3)和下涡旋体(1)分别焊接在储热体(8)的两侧，储热体(8)内部填充相变材料(2)；上涡旋体(3)由盖板(4)封闭形成热流体(5)的通道，热流体(5)在通道内吸收相变材料(2)储存的热量后对外供热；下涡旋体(1)利用其表面增强储热体(8)对太阳辐射的吸收，加热储热体(8)内的相变材料(2)使其相变储热；热流体(5)从进口(6)进入热流体通道，吸热温升后从出口(7)送出对外供热。该设备加上保温层后直径1.6m，高1.0m，在进口油温为200℃的情况下，可以10kW的供热功率连续供应250℃以上的热油约5小时。运行测试表明，该设备的热效率达86％以上。

Claims (4)

1.一种太阳能选择性吸收涂层的制备方法。使用刻蚀技术，在基底上刻出宽度为500nm-600nm、深度为100nm-150nm的沟槽，沟槽呈规则矩齿状。
2.膜层采用金属/陶瓷多层渐变方式，使用磁控溅射法沉积膜层。膜层共有六层，从底层开始，通过控制靶材的溅射速率，实现金属浓度逐渐减小，陶瓷浓度逐渐增大。每层厚度约为200nm-250nm。
3.薄膜选用耐高温金属W、Mo，作为金属层的主要成分，使用Al2O3、SiO2作为陶瓷层的主要成分，使膜层在耐高温方面具有很突出的表现。采用这种膜层成分的膜层，可以在600℃下稳定工作。
4.在渐变膜层的外面，使用真空蒸发镀法，沉积一层Al2O3减反射层。膜层厚度约为1μm，该膜层可以减少渐变薄膜的发射率，同时起到保护作用，减少薄膜的氧化和老化。目前薄膜的吸收率可达到93.8％，且发射率仅为5.1％。
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