CN105588345A - 一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池技术 - Google Patents

Abstract

本发明提出在盐梯度太阳池储热层底部增加潜热蓄热层的方法，提供了一种在有效换热温度范围内持续提供大量供热量的盐梯度太阳池，达到既能够保证梯度层稳定性又使储热层蓄热量大幅度提高的目的。该盐梯度太阳池自上而下由三层组成：其最上层为上对流层，由淡水构成；中间层为盐梯度层，该层盐度自上而下逐渐增大；最下层为储热层，主要由浓盐水组成，储热层下半部分为潜热蓄热层，潜热蓄热层是一层具有相变材料的蓄热层，潜热蓄热层位于储热层中，并且水平铺设于储热层底部，潜热蓄热层中的相变材料在使用中发生固液相变。

Description

一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池技术

技术领域

本发明涉及一种盐梯度太阳池技术，属于可再生能源与节能领域。特别是一种具有相变材料层的利用潜热蓄热的盐梯度太阳池技术。

背景技术

盐梯度太阳池是一种具有不同浓度结构组成的盐水池,它同时具有收集和储存太阳能的功能。盐梯度太阳池主要由三层构成，最下层为储热层，由浓盐水构成，中间层为盐梯度层，盐浓度从下而上依次降低，最上层为淡水层。太阳池中储热层中高浓度的盐溶液及盐梯度层中自下而上逐渐减小的盐梯度，在重力的作用下，阻止了整个池子的自然对流过程，所以热量不能够以对流的方式散失到表面大气中，只能以热传导的方式通过较厚的盐梯度层传递到水表面，而导热过程是相对缓慢的。这样，到达储热层的太阳辐射被以热的形式储存下来。

盐梯度太阳池的稳定性有赖于盐梯度层的盐梯度对温度梯度的抑制作用，从热利用的角度，我们想要在储热层持续得到大量的高品质热量，但储热层温度太高不利于盐梯度层的稳定性不利，如何既保证梯度层稳定性又使储热层具有提供大量较高温度热量的能力是国内外该领域研究者所面临的共同问题。

现有技术对盐梯度太阳池储热层均采用显热蓄热的方式，所以蓄热量有限，在阴雨天或夜晚的换热过程中温度降低也很快。

发明内容

本发明专利针对以上问题，提出在储热层底部增加一层潜热蓄热层的方法，有效解决了上述矛盾，提供了一种在有效换热温度范围内持续提供大量热量的盐梯度太阳池，从而达到既不影响梯度层稳定性又使储热层蓄热量大幅度增加的目的。

结合图1说明一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池技术具体方法：该盐梯度太阳池储热层5底部水平铺设潜热蓄热层4，该潜热蓄热层4具有深色多孔介质骨架、骨架内部充满相变储热材料的复合结构层。要求该深色多孔骨架材料的密度大于上层的浓盐水密度，以保证该层能够稳定位于整个盐梯度太阳池的底部，不至于悬浮起来。多孔骨架材料的颜色较深以增加透射到潜热蓄热层的太阳辐射得到充分吸收。潜热蓄热层4上部充满浓盐水3，该浓盐水3层与其下的潜热蓄热层4共同构成储热层5。储热层5上面为盐度自下而上逐渐升高的盐梯度层2，盐梯度层2上方为上对流层1，由淡水灌注而成。其中，盐梯度层2的盐度由上对流层1的淡水线性增加到储热层5的浓盐水所各自对应的盐度。

进一步，潜热蓄热层4中的相变材料充满于多孔骨架层中，并且该相变材料在使用中发生的是固液相变。

进一步，潜热蓄热层4中的相变材料应是与盐水不相溶的有机物或复合有机物。

进一步，潜热蓄热层4中的相变材料的相变温度范围应在t ₁~t ₂,其中t ₁为供热的最低温度，t ₂为保持盐梯度层2稳定性储热层5所允许的最高温度。

本发明所述的一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池的原理在于：投射到盐梯度太阳池上表面的太阳辐射，一小部分反射到大气中，其余部分依次透过上对流层1、盐梯度层2和储热层5上部的浓盐水3，经过沿途盐水的吸收，盐水吸收量的大小取决于水的澄清程度，剩余部分到达潜热蓄热层4顶部，潜热蓄热层4为具有较深颜色复合结构组成，该复合结构为密度大于浓盐水的多孔骨架材料内充满相变材料组成。由于该层颜色较深，所以投射到其上表面的太阳辐射几乎全部被该层吸收，多孔骨架材料具有较好的导热性能，很快将热量均匀传遍整个骨架结构，加热了其中的相变材料，相变材料初始处于固态，当被加热到相变温度后，开始发生相变，在相变过程中，其温度保持不变，但是吸收大量的潜热热量，最终潜热蓄热层4中的大部分相变材料液化为液体，但由于多孔骨架的支撑作用，所以该潜热蓄热层4的整体结构并不会发生变化。当从储热层5中进行热量提取时，潜热蓄热层4中的相变材料首先放出显热，当温度降低到低于相变温度时，开始发生相变，该过程相变材料放出大量潜热，而温度在整个相变过程中并不发生较大变化，从而实现了高品质大量供热量的盐梯度太阳池技术。

本发明的有益效果是：

1）本发明所述的一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池技术能够以潜热的形式储存大量热，比传统太阳池的储热能力更大。采用相变材料作为主要的蓄热介质，并且在吸收太阳能时，发生液化相变，由固态转变为液态，吸收大量热，但并不大幅度增加储热层5的温度；当从储热层5提取热量时，在相变温度附近，发生凝固相变，相变材料由液态凝固为固态，放出大量潜热，此过程中潜热蓄热层4的温度同样几乎不发生变化。

2）本发明所述的一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池技术能够在储存和提供大量热量的同时保持储热层5温度发生较小的变化幅度。从而既保证了供热品质又保证盐梯度层2的稳定性。

附图说明

图1为本发明的一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池技术方案，结合附图和实施例详细说明如下：

一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池技术方案包括：

如图1所示，该技术方案中，盐梯度太阳池自上而下主要由三层组成：其最上层为上对流层1，由淡水构成，厚度一般在20~50cm；中间层为盐梯度层2，该层盐度自上而下逐渐增大，初始灌注时，可以通过水平扩散器逐层缓慢灌注，其各深度处的盐度遵循以下关系：

其中，S(z)表示盐梯度层2中深度为z处的盐度，z为距盐梯度层2上表面的距离；S ₀为上对流层的盐度；S _L为储热层5的盐度；d _NCZ为盐梯度层2的厚度。

最下层为储热层5，主要由浓盐水3组成。储热层5下半部分为潜热蓄热层4，潜热蓄热层4是一层具有相变材料的蓄热层，潜热蓄热层4位于储热层5中，并且水平铺设于储热层5底部，潜热蓄热层4中的相变材料在使用中发生固液相变。该潜热蓄热层4为多孔骨架材料内充满相变材料的复合结构。

潜热蓄热层4中的相变材料的相变温度范围应在t ₁~t ₂,其中t ₁为供热的最低温度，t ₂为保持盐梯度层2稳定性所允许的储热层5最高温度，一般情况下，t ₁不应低于50^oC，t ₂不应高于90^oC。

为保持潜热蓄热层4始终处于盐梯度太阳池的最底部，以有效吸收透射到太阳池底部的太阳辐射，潜热蓄热层4中的多孔骨架材料密度应大于储热层5中的浓盐水密度，并且其导热性能高于浓盐水，进一步，潜热蓄热层4多孔骨架材料的颜色应为深色。

潜热蓄热层4的多孔骨架材料可以选用泡沫金属、经过筛选的炉渣、烧结金属等材料。

潜热蓄热层4中的相变物质，在目前的技术中，优选与盐水不相容的有机材料或有机复合材料，如某些石蜡为主的物质。

潜热蓄热层4的制作方法：首先将多孔骨架材料放置好，然后将事先融化为液态的相变材料缓慢灌注于多孔骨架材料中，使其充满多孔骨架的孔隙空间中。然后静止，自然冷却，直至相变材料凝固为固态，多孔骨架和相变材料融为一体，即制作结束。

本发明所述的一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池技术中，盐梯度太阳池的建造和灌注过程，应按照从下层到上层的顺序。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (4)

1.一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池技术，其特点在于：

该盐梯度太阳池自上而下由三层组成：其最上层为上对流层，由淡水构成；中间层为盐梯度层，该层盐度自上而下逐渐增大；最下层为下对流层或称为储热层，主要由浓盐水组成，下对流层下半部分为潜热蓄热层，潜热蓄热层是一层具有相变材料潜热蓄热层，潜热蓄热层位于储热层当中，并且水平铺设于储热层底部，潜热蓄热层中的相变材料在使用中发生固液相变。

2.根据权利要求1所述的一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池技术，其潜热蓄热层为多孔骨架材料的孔隙空间内充满相变材料的复合结构。

3.根据权利要求1所述的一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池技术，潜热蓄热层中的相变材料的相变温度范围在t ₁～t ₂,其中t ₁为盐梯度太阳池供热的最低温度，t ₂为保持盐梯度层稳定性所允许的最高储热层温度。

4.根据权利要求1～3所述的一种利用潜热蓄热的盐梯度太阳池技术，其潜热蓄热层中的多孔骨架材料密度大于储热层中的浓盐水密度，并且其导热性能高于浓盐水。