CN104654614A - 太阳能蓄热热管采集用热管及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能热管采集蓄热系统用热管，在热管的蒸发端设置有太阳能涂层，在热管的冷凝端被设计成为根据需要的形状，以便于扩大冷凝端的换热面积，减少蓄热材料换热是的温差，提高换热效率，同时扩大蓄热材料的接触面积，用于完成大规模的蓄热。本发明还提供一种太阳能热管采集蓄热系统，采用热管换热方式，由太阳能真空管或平板组等组成的采集器件、换热器件、蓄热材料及壳体组成，蓄热材料装入到壳体内，采集器件设置在壳体外部，换热器件设置在采集器件与装有蓄热材料的壳体之间进行换热，将太阳能采集的热能直接的通过换热器进行储存。本发明通过设置换热器件实现了太阳能的大规模的采集和热能的交换。

Description

太阳能蓄热热管采集用热管及系统

技术领域

本发明涉及热能利用，特别是利用热管的太阳能热采集系统的蓄热利用以及大规模跨季利用。 

背景技术

现有的太阳能发电主要有光伏和光热两种，光伏发电需要硅或其他特殊材料进行发电，光热发电有太阳能低温、槽式、塔式和蝶式。热电主要是大规模的发电，缺乏小规模、家庭化、低成本化的热发电系统，同时现有的太阳能真空集热管以及平板主要应用于太阳能热水器。 

太阳能低温热利用主要是热水及供暖等利用，也可以用于制冷，但是基本上是属于当天当季使用，也是主要以家庭及小规模的使用为主，主要原因在于其存储和采集能力有限，因而无法大规模、跨季节使用。 

如果实现跨季节使用，首先需要完善蓄热器，蓄热器是对热能进行储存的设备，现有的蓄热器为蒸汽型和液体蓄热器； 

在工业节能领域，将余热进行回收并储存，通常采用相变技术进行蓄热，在低温领域采用蓄冰技术实现蓄热；

在太阳能领域，采用熔融盐蓄热，虽然熔融盐可以实现高温的储存，但是由于其需要从固态转变为液体，因而需要热能将其加热，同时熔融盐的毒性、经济型、安全性也存在问题，因而熔融盐蓄热的使用受到限制。

在太阳能领域，也采用空气或其他气体进行蓄热，但其热熔小，无法实现大规模的热能存储。 

蓄能电站采用电能进行储存，特别是风电及光伏组成的电能，由于其无法实现储存，因而不得不大量的抛弃，造成大量的浪费。如果采用热能进行储存，需要具备大功率的存储能力的储存器。 

如何实现太阳能采集和蓄热有机的结合，并适合于大规模的跨季节的使用，这是为太阳能跨季节的使用，急需解决的问题。 

依靠现有的真空管或平板采集系统，现有技术主要是针对每天使用的热水应用，即使其储存也是采用水作为介质，无法实现大规模的跨季节使用。 

主要困难在于现有的真空管以及平板系统无法完成与蓄热材料的换热。 

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能热管采集蓄热系统用热管，在热管的蒸发端设置有太阳能涂层，在热管的冷凝端被设计成为根据需要的形状，以便于扩大冷凝端的换热面积，减少蓄热材料换热是的温差，提高换热效率，同时扩大蓄热材料的接触面积，用于完成大规模的蓄热。 

本发明的另外一个目的是提供一种太阳能热管采集蓄热系统，可以实现大规模、低成本、高效率、跨季节太阳能采集和使用；本发明采用热管换热方式，由太阳能真空管或平板组等组成的采集器件、换热器件、蓄热材料及壳体组成，蓄热材料装入到壳体内，采集器件设置在壳体外部，换热器件设置在采集器件与装有蓄热材料的壳体之间进行换热，将太阳能采集的热能直接的通过换热器进行储存。本发明通过设置换热器件实现了太阳能的大规模的采集和热能的交换，将现有的太阳能真空管或平板采集系统通过设置换热器件并增蓄热材料的部分的换热面积，这样可以增大对蓄热材料的换热以及蓄热能力，实现了太阳能的大规模采集和利用。 

太阳能采集建设成为一个墙体的结构，从而可以提供一种适合于大规模的采集以及储存系统，将太阳能低温采集部分设置在墙体的一侧，腔体内部设置有蓄热材料，从而实现热能的采集与储存以及与建筑的一体化；本发明通过墙体结构的采集与储存，可以实现大规模的采集和存储，特别是可以实现跨季节的采集和使用。 

  

具体发明内容如下：

一种太阳能蓄热热管采集系统用热管，其特征是：所述的热管选择下列一种或多种：

A、重力热管：设置有蒸发端与冷凝端，在蒸发端上设置有太阳能涂层，冷凝端的壳体形状为圆形、方形、多边形、扇形、弧形、Y、F形的一种或多种；

B、循环热管：循环热管的一分部为蒸发端，在蒸发端上设置有太阳能涂层，循环热管的冷凝段的壳体形状为圆形、方形、多边形、扇形、弧形、Y、F形的一种或多种；

C、热管排：设置有多个蒸发端的热管，其多个蒸发端设置上设置有太阳能涂层，多个蒸发端与一个蒸发端管组成一定角度的排管相连通，多个冷凝端与排管相互联通。

所述的热管壳体由金属、非金属或者其复合管道组成，在壳体上设置有翅片；热管壳体的截面形状为圆形、方形、多边形、扇形、弧形的一种。 

一种太阳能蓄热热管采集系统，包括蓄热材料，太阳能采集器件，以上所述的太阳能蓄热热管采集系统用热管，保温材料，壳体等，其特征是： 

由采集器件、换热器件、蓄热材料及壳体组成，蓄热材料装入到壳体内，采集器件设置在壳体外部，换热器件设置在采集器件与装有蓄热材料的壳体之间进行换热；

包含至少一个太阳能采集器件，采集器件可以将太阳能转换为热能；

设置有一个换热器件将采集器件采集的热能进行换热，换热器件为以上所述的太阳能蓄热热管采集系统用热管，热管的一部分设置在采集器件腔体内，另外一部分设置在采集器件外并与蓄热材料进行接触换热，热管的采集器件外部的换热面积大于采集器件内部的换热面积；

蓄热材料将热能进行储存，用于不同规模的太阳能储存或跨季节的储存。

所述的热管选择下列一种或多种： 

A、一个重力热管：热管的蒸发端设置在采集器件内部，冷凝端设置在采集器件外部并与蓄热材料进行接触；

B、一个循环热管：循环热管的一分部设置在采集器件内部，另外一部分设置在外部并与蓄热材料进行连接；

C、一个自激震荡热管：自激震荡热管的一分部设置在采集器件内部，另外一部分设置在外部并与蓄热材料进行连接；

D、热管排：设置有多个蒸发端的热管，其多个蒸发端设置在采集器件内，多个蒸发端与一个蒸发端管组成一定角度的排管相连通，多个冷凝端与排管相互联通并与蓄热材料进行接触换热。

所述的采集器件选择自下列一种或多种： 

A、真空管采集系统；

B、平板采集系统；

C、热管真空管采集系统；

D、热管平板采集系统；

E、CPC真空管采集系统；

F、CPC热管采集系统；

G、聚焦光热采集系统。

所述的蓄热材料，包括显热蓄热材料、潜热蓄热、相变蓄热材料、化学蓄热材料中的一种或多种。 

显热蓄热材料，包括水、导热油、钢渣、铁渣、尾矿（包括矿厂选矿所剩余的矿砂），固体粒块、混凝土；所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在额度沙粒、鹅卵石、小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状。 

所述的蓄热材料被设置在一个壳体或一个建筑墙体内，壳体或墙体延南北方向或东西方向建设，对于按照南北方向建设的墙体，其太阳能低温采集系统设置在墙体的东面或者西面，以及东面和西面；对于东西方向建设的墙体，其太阳能低温采集系统设置在墙体的南面。 

壳体被设置在地表以下或者建筑物的地下室内，太阳能采集器件设置在地面或者建筑物的周围或顶部。 

蓄热材料装入到壳体内，壳体外设置有保温材料；保温材料选择些列一种或多种：纳米微珠、硅微粉、真空层、聚氨酯、聚苯、珍珠岩、玻璃纤维、保温水泥的一种或多种。 

  

采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：

1、 本发明通过设置换热器件实现了太阳能采集系统与蓄热材料之间的换热，从而实现了大规模、低成本的采集和蓄热，特别是可以实现大规模跨季度的太阳能热利用；

2、本发明采用热管技术使得换热效率增加，同时可以大面积、地温差的实现与蓄热材料的换热。

3、本发明可以应用于太阳能低温热利用等多种应用。 

发明内容

图1是热管排示意图； 

图2是代五边形的热管排示意图；

图3是重力热管蓄热器示意图；

图4热管拍蓄热器示意图；

图5循环热管蓄热器示意图。

  

图中标号含义：

1：壳体，2：重力热管，3：循环热管，4：蓄热材料，5：平板集热器 6：太阳能低温采集系统，7：真空管集热器，8：太阳能涂层，9：热管蒸发端，10：热管冷凝端，11：排管，12：五边形热管冷凝端，13：土地。

发明内容

实施例1、热管排 

图1所示为一个热管排，含有6个蒸发端9，7个冷凝端10，7个冷凝端的外侧部分，冷凝端10与排管11设置30度的夹角，热管排管11，在蒸发段上设置有太阳能涂层，可以将太阳能转化为热能。

实施例2、代五边形的热管排 

图1所示为一个热管排，含有6个蒸发端9，4个冷凝端10，每个冷凝端的由三段组成，前两段为直线，后一个为五边形结构；在蒸发段上设置有太阳能涂层，可以将太阳能转化为热能。

 太阳能蓄热热管采集系统具体实施方式 

实施例3、重力热管蓄热系统

图3所示为含有2个蒸发端，设置在真空管采集系统内，在蒸发段设置有太阳能涂层，两个冷凝端设置在壳体1中的蓄热材料中，冷凝端与蓄热材料进行紧密接触并换热，蓄热材料4设置在壳体1内，在蒸发段上设置有太阳能涂层，可以将太阳能转化为热能，热能通过热管进入到壳体，其冷凝段的热管与蓄热材料进行换热，实现太阳能采集和利用。

实施例4、重力热管蓄热系统 

图4所示为含有6个蒸发端，设置在真空管采集系统内，在蒸发段设置有太阳能涂层，7个冷凝端设置在壳体1中的蓄热材料中，冷凝端与蓄热材料进行紧密接触并换热，蓄热材料4设置在壳体1内，在蒸发段上设置有太阳能涂层，可以将太阳能转化为热能，热能通过热管进入到壳体，其冷凝段的热管与蓄热材料进行换热，实现太阳能采集和利用。

实施例5、循环热管蓄热系统 

图5所示为含有一个循环热管，设置在真空管采集系统内，在蒸发段设置有太阳能涂层，冷凝端设置在壳体1中的蓄热材料中，冷凝端与蓄热材料进行紧密接触并换热，蓄热材料4设置在壳体1内，在蒸发段上设置有太阳能涂层，可以将太阳能转化为热能，热能通过热管进入到壳体，其冷凝段的热管与蓄热材料进行换热，实现太阳能采集和利用。

 根据本发明的原理及结构，可以设计其他的实施案例，只要符合本发明的原理及结构，都属于本发明的实施。 

Claims (10)

1.一种太阳能蓄热热管采集系统用热管，其特征是：所述的热管选择下列一种或多种：

A、重力热管：设置有蒸发端与冷凝端，在蒸发端上设置有太阳能涂层，冷凝端的壳体形状为圆形、方形、多边形、扇形、弧形、Y、F形的一种或多种；

B、循环热管：循环热管的一分部为蒸发端，在蒸发端上设置有太阳能涂层，循环热管的冷凝段的壳体形状为圆形、方形、多边形、扇形、弧形、Y、F形的一种或多种；

C、热管排：设置有多个蒸发端的热管，其多个蒸发端设置上设置有太阳能涂层，多个蒸发端与一个蒸发端管组成一定角度的排管相连通，多个冷凝端与排管相互联通。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热热管采集系统用热管，其特征是：所述的热管壳体由金属、非金属或者其复合管道组成，在壳体上设置有翅片；热管壳体的截面形状为圆形、方形、多边形、扇形、弧形的一种。

3.一种太阳能蓄热热管采集系统，包括蓄热材料，太阳能采集器件，权力要求1或2中所述的太阳能蓄热热管采集系统用热管，保温材料，壳体等，其特征是：

由采集器件、换热器件、蓄热材料及壳体组成，蓄热材料装入到壳体内，采集器件设置在壳体外部，换热器件设置在采集器件与装有蓄热材料的壳体之间进行换热；

包含至少一个太阳能采集器件，采集器件可以将太阳能转换为热能；

设置有一个换热器件将采集器件采集的热能进行换热，换热器件为由权利要求1或2所述的太阳能蓄热热管采集系统用热管，热管的一部分设置在采集器件腔体内，另外一部分设置在采集器件外并与蓄热材料进行接触换热，热管的采集器件外部的换热面积大于采集器件内部的换热面积；

蓄热材料将热能进行储存，用于不同规模的太阳能储存或跨季节的储存。

4.根据权利要求3所述的太阳能蓄热热管采集系统，其特征是：所述的热管采用下列一种或多种结构：

A、一个重力热管：热管的蒸发端设置在采集器件内部，冷凝端设置在采集器件外部并与蓄热材料进行接触；

B、一个循环热管：循环热管的一分部设置在采集器件内部，另外一部分设置在外部并与蓄热材料进行连接；

C、一个自激震荡热管：自激震荡热管的一分部设置在采集器件内部，另外一部分设置在外部并与蓄热材料进行连接；

D、热管排：设置有多个蒸发端的热管，其多个蒸发端设置在采集器件内，多个蒸发端与一个蒸发端管组成一定角度的排管相连通，多个冷凝端与排管相互联通并与蓄热材料进行接触换热。

5.根据权利要求3所述的太阳能蓄热热管采集系统，其特征是：所述的采集器件选择自下列一种或多种：

A、真空管采集系统；

B、平板采集系统；

C、热管真空管采集系统；

D、热管平板采集系统；

E、CPC真空管采集系统；

F、CPC热管采集系统；

G、聚焦光热采集系统。

6.根据权利要求3所述的太阳能蓄热热管采集系统，其特征是：所述的蓄热材料，包括显热蓄热材料、潜热蓄热、相变蓄热材料、化学蓄热材料中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的太阳能蓄热热管采集系统，其特征是：显热蓄热材料，包括水、导热油、钢渣、铁渣、尾矿、固体粒块、混凝土；所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在额度沙粒、鹅卵石、小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状。

8.根据权利要求3所述的太阳能蓄热热管采集系统，其特征是：所述的蓄热材料被设置在一个壳体或一个建筑墙体内，壳体或墙体延南北方向或东西方向建设，对于按照南北方向建设的墙体，其太阳能低温采集系统设置在墙体的东面或者西面，以及东面和西面；对于东西方向建设的墙体，其太阳能低温采集系统设置在墙体的南面。

9.根据权利要求3所述的太阳能蓄热热管采集系统，其特征是：壳体被设置在地表以下或者建筑物的地下室内，太阳能采集器件设置在地面或者建筑物的周围或顶部。

10.根据权利要求3所述的太阳能蓄热热管采集系统，其特征是：蓄热材料装入到壳体内，壳体外设置有保温材料；保温材料选择些列一种或多种：纳米微珠、硅微粉、真空层、聚氨酯、聚苯、珍珠岩、玻璃纤维、保温水泥的一种或多种。