CN105423577A - 级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，包括：蓄热罐体，级联式相变蓄热装置，放热盘管换热组件和太阳能集热装置；蓄热罐体的顶部布置有蓄热介质入口，底部布置有蓄热介质出口；级联式相变蓄热装置布置在蓄热罐体内的上部；蓄热罐体内自下而上设置放热盘管换热组件，放热盘管换热组件设有分别与能量利用装置的两端相连的入口和出口；太阳能集热装置布置在蓄热罐体外部，通过蓄热介质入口和蓄热介质出口与蓄热罐体连接。本发明不仅实现显热和潜热的储存，更增强了蓄热罐出口温度的稳定性；利用太阳能对蓄热介质加热，实现级联式相变蓄热装置的蓄热；不仅利用了清洁能源，还满足能量利用装置的温度需求。

Description

级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及蓄热能源利用技术领域，尤其涉及级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置及其使用方法。
背景技术
近年来，持续的冬季雾霾已严重影响到人民的生活和健康。雾霾的危害再次为我国的环境污染治理敲响了警钟，减少燃煤使用已刻不容缓。太阳能高温利用可以减少燃煤的使用量，为雾霾的治理做出贡献。蓄热装置可以将来自太阳能的热量储存，储存的热能可以被直接利用、用于建筑物供暖、也可以在用电高峰期将热能转换为电能使用。
目前较成熟的太阳能高温热利用蓄热方法为双罐显热蓄热，蓄热装置庞大，系统投资维护费用高，为了降低蓄热成本，申请人专利ZL201420140252.X公开了一种单罐蓄能装置，将太阳能以显热的形式存于单罐内，再借用浸没式换热器实现热能的释放，较双罐蓄热系统节约了成本，节省了空间。该专利利用显热蓄热，增加绝热隔板达到了较好的蓄能、释能效果，但单罐放热出口温度的稳定性差、废热得不到有效利用，热能利用效率较低。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置。
为实现上述目的，本发明提供一种级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，包括：蓄热罐体，级联式相变蓄热装置，放热盘管换热组件和太阳能集热装置；
所述蓄热罐体的顶部布置有蓄热介质入口，底部布置有蓄热介质出口；
所述级联式相变蓄热装置布置在所述蓄热罐体内的上部；
所述蓄热罐体内自下而上设置所述放热盘管换热组件，所述放热盘管换热组件设有分别与能量利用装置的两端相连的入口和出口；
所述太阳能集热装置布置在所述蓄热罐体外部，通过蓄热介质入口和蓄热介质出口与所述蓄热罐体连接。
作为本发明的进一步改进，所述放热盘管换热组件包括多个呈上下位置关系的放热盘管换热器，所述放热盘管换热器呈单螺旋结构或双螺旋结构，且分别设置在所述级联式相变蓄热装置的内部和外部，相邻两个所述放热盘管换热器之间连通，最上部的所述放热盘管换热器的出口、最下部的所述放热盘管换热器的入口分别与能量利用装置的两端相连。
作为本发明的进一步改进，所述级联式相变蓄热装置内设有多个独立、上下排布的相变蓄热单元，每一个所述相变蓄热单元内均布置有一个放热盘管换热器，每一个所述相变蓄热单元上均设有放热介质入口和放热介质出口。
作为本发明的进一步改进，每一个所述相变蓄热单元内均填充有一定熔点的相变蓄热介质；所有所述相变蓄热单元上布置有蓄热介质流通的孔洞。
作为本发明的进一步改进，所述相变蓄热单元内相变蓄热介质的熔点从下至上依次增大。
作为本发明的进一步改进，所述放热盘管换热组件管内、管外部设有翅片。
作为本发明的进一步改进，所述能量利用装置选用热电转换装置、供暖装置或供热水装置中的一种。
本发明还公开了一种级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置的使用方法，包括蓄热过程和放热过程；
蓄热过程：来自所述太阳能集热装置的热量被流过的蓄热介质吸收，蓄热介质温度升高，通过蓄热介质入口进入蓄热罐体内，蓄热介质通过相变蓄热单元上的孔洞流经相变蓄热装置，将热量向下依次传递给多个相变蓄热单元内部的相变蓄热介质；蓄热介质温度降低、降温后的蓄热介质通过蓄热介质出口返回太阳能集热装置，直至整个蓄热罐体内的蓄热介质变为相同的高温液态；
放热过程：放热介质通过放热介质入口进入所述蓄热罐体内部的放热盘管换热组件，吸热后的放热介质从蓄热罐体内依次进入上下排布的相变蓄热单元，并从最上部的放热介质出口流出，完成放热过程。
作为本发明的进一步改进，所述放热过程中，蓄热罐体内的蓄热介质温度首先降低，之后多个相变蓄热单元的蓄热温度从下至上依次降低，当所有相变蓄热单元发生相变成为固态时，整个蓄热装置放热结束。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开的一种级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，增加了级联式相变蓄热装置，不仅实现显热和潜热的储存，更增强了蓄热罐出口温度的稳定性；利用太阳能对蓄热介质加热，实现级联式相变蓄热装置的蓄热；不仅利用了清洁能源，还满足能量利用装置的温度需求；
级联式相变蓄热装置内设有多个相变蓄热单元，并填充不同熔点的相变蓄热介质；利用相变蓄热装置内相变蓄热介质的相变潜热，可以延长释热温度的稳定时间。
附图说明
图1为本发明实施例1公开的级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1公开的级联式相变蓄热装置的俯视图；
图3为本发明实施例2公开的级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置的结构示意图；
图4为本发明实施例3公开的级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置的结构示意图。
图中：1、蓄热介质入口；2、蓄热罐体；3、第四放热介质出口；4、第四放热介质入口；5、第三放热介质出口；6、第三放热介质入口；7、第二放热介质出口；8、第二放热介质入口；9、放热盘管换热组件；9-1、第一放热盘管换热器；9-2、第二放热盘管换热器；9-3、第三放热盘管换热器；9-4、第四放热盘管换热器；10、能量利用装置；11、第一放热介质出口；12第一放热介质入口；13、蓄热介质出口；14、级联式相变蓄热装置；14-1、第一相变蓄热单元；14-2、第二相变蓄热单元；14-3、第三相变蓄热单元；15、太阳能集热装置；16、孔洞。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，包括：蓄热罐体，级联式相变蓄热装置，放热盘管换热组件和太阳能集热装置；蓄热罐体的顶部布置有蓄热介质入口，底部布置有蓄热介质出口；级联式相变蓄热装置布置在蓄热罐体内的上部；蓄热罐体内自下而上设置放热盘管换热组件，放热盘管换热组件设有分别与能量利用装置的两端相连的入口和出口；太阳能集热装置布置在蓄热罐体外部，通过蓄热介质入口和蓄热介质出口与蓄热罐体连接。放热盘管换热组件包括多个呈上下位置关系的放热盘管换热器，放热盘管换热器呈单螺旋结构或双螺旋结构，且分别设置在级联式相变蓄热装置的内部和外部，相邻两个放热盘管换热器之间连通，最上部的放热盘管换热器的出口、最下部的放热盘管换热器的入口分别与能量利用装置的两端相连。级联式相变蓄热装置内设有多个独立、上下排布的相变蓄热单元，每一个相变蓄热单元内均布置有一个放热盘管换热器，每一个相变蓄热单元上均设有放热介质入口和放热介质出口。每一个相变蓄热单元内均填充有一定熔点的相变蓄热介质，相变蓄热单元内相变蓄热介质的熔点从下至上依次增大，所有相变蓄热单元上布置有蓄热介质流通的孔洞。本发明增加了级联式相变蓄热装置，不仅实现显热和潜热的储存，更增强了蓄热罐出口温度的稳定性；利用太阳能对蓄热介质加热，实现级联式相变蓄热装置的蓄热；不仅利用了清洁能源，还满足能量利用装置的温度需求；通过在级联式相变蓄热装置内设有多个相变蓄热单元，并填充不同熔点的相变蓄热介质；利用相变蓄热装置内相变蓄热介质的相变潜热，可以延长释热温度的稳定时间。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
实施例1：如图1、图2所示所示，本发明提供一种级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，包括：蓄热罐体2，级联式相变蓄热装置14，放热盘管换热组件9和太阳能集热装置15；
蓄热罐体2的顶部布置有蓄热介质入口1，底部布置有蓄热介质出口13；蓄热罐体2内填充有蓄热介质；
级联式相变蓄热装置14布置在蓄热罐体2内的上部；相变蓄热装置14内从下至上依次设有第一相变蓄热单元14-1、第二相变蓄热单元14-2和第三相变蓄热单元14-3，第一相变蓄热单元14-1、第二相变蓄热单元14-2和第三相变蓄热单元14-3内均填充有相变蓄能介质；第一相变蓄热单元14-1内相变蓄能介质的熔点小于第二相变蓄热单元14-2内相变蓄能介质的熔点，第二相变蓄热单元14-2内相变蓄能介质的熔点小于第三相变蓄热单元14-3内相变蓄能介质的熔点；第一相变蓄热单元14-1、第二相变蓄热单元14-2和第三相变蓄热单元14-3上设有供蓄热介质流通的孔洞16。其中，第一相变蓄热单元14-1上设有第二放热介质入口8和第二放热介质出口7，第二相变蓄热单元14-2上设有第三放热介质入口6和第三放热介质出口5，第三相变蓄热单元14-3上设有第四放热介质入口4和第四放热介质出口3。
蓄热罐体2上设有第一放热介质入口12和第一放热介质出口11，放热盘管换热组件9包括第一放热盘管换热器9-1、第二放热盘管换热器9-2、第三放热盘管换热器9-3和第四放热盘管换热器9-4；所有放热盘管换热器呈单螺旋结构或双螺旋结构，其中第一放热盘管换热器9-1布置在蓄热罐体2内的中部(级联式相变蓄热装置14的外部)且两端分别与第一放热介质入口12、第一放热介质出口11相连；第二放热盘管换热器9-2布置在第一相变蓄热单元14-1内且两端分别与第二放热介质入口8、第二放热介质出口7相连；第三放热盘管换热器9-3布置在第二相变蓄热单元14-2内且两端分别与第三放热介质入口6、第三放热介质出口5相连；第四放热盘管换热器9-4布置在第三相变蓄热单元14-3内且两端分别与第四放热介质入口4、第四放热介质出口3相连。第一放热盘管换热器9-1、第二放热盘管换热器9-2、第三放热盘管换热器9-3和第四放热盘管换热器9-4之间相互连接；即：第一放热介质出口11与第二放热介质入口8相连，第二放热介质出口7与第三放热介质入口6相连，第三放热介质出口5与第四放热介质入口4相连；第四放热介质出口3和第一放热介质入口12分别连接能量利用装置10的连接。
太阳能集热装置15布置在蓄热罐体2外部，通过蓄热介质入口1和蓄热介质出口13与蓄热罐体2连接；太阳能集热装置15通过接收太阳能，将太阳能转化成蓄热介质的热能，然后升温后的蓄热介质从蓄热介质入口进入蓄热罐体内。
进一步，放热盘管换热组件9管内、管外部设有用于强化换热的翅片。
进一步，能量利用装置10选用热电转换装置、供暖装置或供热水装置中的一种。
实施例2：如图3所示，本发明提供一种级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，该结构与实施例1的结构基本相同，区别在于：交换蓄热罐体2上的第一放热介质入口12和第一放热介质出口11，使放热介质从第一放热介质出口11进入，从第一放热介质入口12流出；然后再进入相变蓄热单元。
实施例3：如图4所示，本发明提供一种级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，该结构与实施例2的结构基本相同，区别在于：蓄热罐体2中部的双螺旋结构放热盘管换热器9-1改为单螺旋结构，将第一放热介质出口11的位置向上移。
实施例4：本发明公开了一种如图1所示的级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置的使用方法，包括蓄热过程和放热过程；
蓄热过程：来自太阳能集热装置15的热量被流过的蓄热介质吸收，蓄热介质温度升高，通过蓄热介质入口1进入蓄热罐体2内，蓄热介质通过相变蓄热单元上的孔洞16流经相变蓄热装置14，将热量向下依次传递给多个相变蓄热单元内部的相变蓄热介质；蓄热介质温度降低、降温后的蓄热介质通过蓄热介质出口13返回太阳能集热装置15，直至整个蓄热罐体2内的蓄热介质变为相同的高温液态；
放热过程：放热介质通过第一放热介质入口12进入蓄热罐体2内部的放热盘管换热组件9，吸热后的放热介质从蓄热罐体2内依次进入上下排布的相变蓄热单元，并从最上部的第四放热介质出口3流出，完成放热过程；
放热过程中，蓄热罐体2内的蓄热介质温度首先降低，之后多个相变蓄热单元的蓄热温度从下至上依次降低，当所有相变蓄热单元发生相变成为固态时，整个蓄热装置放热结束。
本发明公开的一种级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，增加了级联式相变蓄热装置，不仅实现显热和潜热的储存，更增强了蓄热罐出口温度的稳定性；利用太阳能对蓄热介质加热，实现级联式相变蓄热装置的蓄热；不仅利用了清洁能源，还满足能量利用装置的温度需求；级联式相变蓄热装置内设有多个相变蓄热单元，并填充不同熔点的相变蓄热介质；利用相变蓄热装置内相变蓄热介质的相变潜热，可以延长释热温度的稳定时间。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，其特征在于，包括：蓄热罐体(2)，级联式相变蓄热装置(14)，放热盘管换热组件(9)和太阳能集热装置(15)；
所述蓄热罐体(2)的顶部布置有蓄热介质入口(1)，底部布置有蓄热介质出口(13)；
所述级联式相变蓄热装置(14)布置在所述蓄热罐体(2)内的上部；
所述蓄热罐体(2)内自下而上设置所述放热盘管换热组件(9)，所述放热盘管换热组件(9)设有分别与能量利用装置(10)的两端相连的入口和出口；
所述太阳能集热装置(15)布置在所述蓄热罐体(2)外部，通过蓄热介质入口(1)和蓄热介质出口(13)与所述蓄热罐体(2)连接。
2.根据权利要求1所述的级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，其特征在于，所述放热盘管换热组件(9)包括多个呈上下位置关系的放热盘管换热器，所述放热盘管换热器呈单螺旋结构或双螺旋结构，且分别设置在所述级联式相变蓄热装置(14)的内部和外部，相邻两个所述放热盘管换热器之间连通，最上部的所述放热盘管换热器的出口、最下部的所述放热盘管换热器的入口分别与能量利用装置(10)的两端相连。
3.根据权利要求2所述的级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，其特征在于，所述级联式相变蓄热装置(14)内设有多个独立、上下排布的相变蓄热单元，每一个所述相变蓄热单元内均布置有一个放热盘管换热器，每一个所述相变蓄热单元上均设有放热介质入口和放热介质出口。
4.根据权利要求3所述的级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，其特征在于，每一个所述相变蓄热单元内均填充有一定熔点的相变蓄热介质；所有所述相变蓄热单元上布置有蓄热介质流通的孔洞(16)。
5.根据权利要求4所述的级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，其特征在于，所述相变蓄热单元内相变蓄热介质的熔点从下至上依次增大。
6.根据权利要求1所述的级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，其特征在于，所述放热盘管换热组件(9)管内、管外部设有散热翅片。
7.根据权利要求1所述的级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置，其特征在于，所述能量利用装置(10)选用热电转换装置、供暖装置或供热水装置中的一种。
8.一种根据权利要求1-7中任意一项所述的级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置的使用方法，其特征在于，包括蓄热过程和放热过程；
蓄热过程：来自所述太阳能集热装置(15)的热量被流过的蓄热介质吸收，蓄热介质温度升高，通过蓄热介质入口(1)进入蓄热罐体(2)内，蓄热介质通过相变蓄热单元上的孔洞(16)流经相变蓄热装置(14)，将热量向下依次传递给多个相变蓄热单元内部的相变蓄热介质；蓄热介质温度降低、降温后的蓄热介质通过蓄热介质出口(13)返回太阳能集热装置(15)，直至整个蓄热罐体(2)内的蓄热介质变为相同的高温液态；
放热过程：放热介质通过放热介质入口进入所述蓄热罐体(2)内部的放热盘管换热组件(9)，吸热后的放热介质从蓄热罐体(2)内依次进入上下排布的相变蓄热单元，并从最上部的放热介质出口流出，完成放热过程。
9.根据权利要求8所述的一种级联式太阳能集热单罐相变蓄、放热装置的使用方法，其特征在于，所述放热过程中，蓄热罐体(2)内的蓄热介质温度首先降低，之后多个相变蓄热单元的蓄热温度从下至上依次降低，当所有相变蓄热单元发生相变成为固态时，整个蓄热装置放热结束。
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