CN105805819A - 基于相变材料的新型太阳能地暖 - Google Patents

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Abstract

本发明提出基于相变材料的新型太阳能地暖，包括太阳能发电板、控制器、蓄电池组、逆变器、贮热单元和供热组件，蓄电池组经逆变器向贮热单元供电；贮热单元包括介质箱和为介质箱加热的电加热器，介质箱包括容置腔、循环接口和液态的贮热体，贮热体以液态相变材料成型，容置腔壁处开有循环接口；所述供热组件包括地暖管道和循环泵，所述地暖管道与循环泵、贮热单元的循环接口相连并形成密闭的热交换回路，容置腔内设有温度传感器，当容置腔内液态的贮热体温度上升至阈值时，循环泵驱动贮热体在热交换回路中循环流动；本发明采用液态相变材料作为热交换介质，同时在地暖结构中针对相变材料作出优化，使液态相变材料能更好地用于太阳能供暖。

Description

基于相变材料的新型太阳能地暖
技术领域
本发明涉及供暖设施领域，尤其是基于相变材料的新型太阳能地暖。
背景技术
目前太阳能在供暖设施领域得以广泛应用，采用太阳能发电并通过电加热器直热供暖是较直接的供暖方式，但这种方式需要大功率电加热器，必须要有足够大的面积放置太阳能发电板，才可以提供足够的电能。但是现实生活中，对于越来越多的多层及高层建筑，并没有如此大的面积来放置太阳能发电板，使太阳能采集量受到限制，提供的热量受到限制。
太阳能供暖常见的另一方案是通过水介质蓄热传热，此类系统中提供热水的装置有太阳能集热器、蓄水箱，水管等，目前的水地暖，以温度不高于60℃的热水为热媒，在埋置于地面以下填充层中的加热管内循环流动，加热整个地板，通过地面以辐射和对流的热传递方式向室内供热的一种供暖方式，加热的介质是水，由于水自身的比热容以及发生相变的温度的限制，地暖加热的水，热量会很快散失，导致能效不高，用户体验不佳。需要对加热装置提供大量的热能及对保温条件有较高要求。导致设备体积庞大，不容易在小空间场所或是家居环境中实施。
目前蓄热材料中效果较好的是相变材料，但由于其工作基于相变原理，材料特性在相变过程中会发生变化，使得其在热交换结构有一定的要求，普通的水介质太阳能供暖结构不一定能兼容，如何以相变材料为介质设计太阳能供暖设备，是一个研究方向。
申请号2015208572210的专利中提出光伏地暖装置，但该装置仍以水为介质，其设计并未针对液态相变材料作出优化，如简单地在其结构内采用液态相变材料，有可能因介质相变产生堵塞现象。
发明内容
本发明提出基于相变材料的新型太阳能地暖，采用液态相变材料作为热交换介质，同时在地暖结构中针对相变材料作出优化，使液态相变材料能更好地用于太阳能供暖。
本发明采用以下技术方案。
基于相变材料的新型太阳能地暖，所述太阳能地暖包括太阳能发电板、控制器、蓄电池组、逆变器、贮热单元和供热组件，所述控制器与太阳能发电板、逆变器、贮热单元和供热组件相连；所述太阳能发电板经控制器与蓄电池组相连；所述蓄电池组与逆变器相连，蓄电池组经逆变器向贮热单元输出电力；所述贮热单元包括介质箱和为介质箱加热的电加热器，所述介质箱包括容置腔、循环接口和液态的贮热体，所述贮热体以含有聚乙二醇、膨胀石墨和水的液态相变材料成型，所述贮热体贮于容置腔内，所述容置腔壁处开有循环接口；所述供热组件包括地暖管道和循环泵，所述地暖管道与循环泵、贮热单元的循环接口相连并形成密闭的热交换回路，所述容置腔内设有与控制器相连的温度传感器，当温度传感器检测到容置腔内液态的贮热体温度上升至阈值时，控制器启动循环泵以驱动贮热体在热交换回路中循环流动。
所述贮热体以含有13%聚乙二醇、9%膨胀石墨和78%水的液态相变材料成型。
所述循环泵设于容置腔的循环接口处。
所述太阳能地暖设有对外供电接口，所述对外供电接口与逆变器相连，所述蓄电池组还经逆变器向对外供电接口输出电力。
本发明中，所述地暖管道与循环泵、贮热单元的循环接口相连并形成密闭的热交换回路；该设计使得相变材料不易泄露至外部，能有效保证热交换效果，也有益于安装环境的清洁。
本发明中，所述贮热体以含有聚乙二醇、膨胀石墨和水的液态相变材料成型；该设计由于使用了比热容很大的相变材料，从而大大减小了贮热体的体积，让本太阳能地暖无须采用较大的存贮结构容置贮热介质，从而使得本发明所述的太阳能地暖体积较小，便于安装和实施，在地暖设备运行中，该大比热容的相变材料可延长保温时间，减少介质循环频率，节省电能，延长设备使用寿命。
本发明中，所述贮热体以含有13%聚乙二醇、9%膨胀石墨和78%水的液态相变材料成型，该设计通过合理设计液态相变材料的成分配比，使得具备相变特性的聚乙二醇在膨胀石墨中的复合结构适用于供暖领域，材料具备热交换应用所需的液态流动性，也有较大的比热容可以蓄积较多的热能。
本发明中，所述容置腔内设有与控制器相连的温度传感器，当温度传感器检测到容置腔内液态的贮热体温度上升至阈值时，控制器启动循环泵以驱动贮热体在热交换回路中循环流动；由于本发明采用的介质为相变材料，当温度上升至阈值时，材料将相变至具备良好流动性的状态，在该状态下启动循环泵，把容置腔内的高温度液态相变材料泵入热交换回路，能保证热交换回路的畅通，使得热交换回路不易堵塞，循环泵不易故障。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的示意图；
图中：1-太阳能发电板；2-控制器；3-蓄电池组；4-逆变器；5-电加热器；6-地暖管道；7-循环泵；11-介质箱；12-温度传感器；13-循环接口。
具体实施方式
如图1所示，基于相变材料的新型太阳能地暖，所述太阳能地暖包括太阳能发电板1、控制器2、蓄电池组3、逆变器4、贮热单元和供热组件，所述控制器2与太阳能发电板1、逆变器4、贮热单元和供热组件相连；所述太阳能发电板1经控制器2与蓄电池组3相连；所述蓄电池组3与逆变器4相连，蓄电池组3经逆变器4向贮热单元输出电力；所述贮热单元包括介质箱和为介质箱加热的电加热器5，所述介质箱包括容置腔、循环接口和液态的贮热体，所述贮热体以含有聚乙二醇、膨胀石墨和水的液态相变材料成型，所述贮热体贮于容置腔内，所述容置腔壁处开有循环接口；所述供热组件包括地暖管道和循环泵，所述地暖管道与循环泵、贮热单元的循环接口相连并形成密闭的热交换回路，所述容置腔内设有与控制器相连的温度传感器，当温度传感器检测到容置腔内液态的贮热体温度上升至阈值时，控制器启动循环泵以驱动贮热体在热交换回路中循环流动。
所述贮热体以含有13%聚乙二醇、9%膨胀石墨和78%水的液态相变材料成型。
所述循环泵设于容置腔的循环接口处。
所述太阳能地暖设有对外供电接口，所述对外供电接口与逆变器相连，所述蓄电池组还经逆变器向对外供电接口输出电力。
实施例：
太阳能发电板1将太阳的辐射能转换为电能，送往蓄电池组3中存储起来，或推动负载工作，控制器2能控制整个系统的工作状态，对蓄电池组3起到过充电保护、过放电保护的作用，并且能控制循环泵7和电加热器5，使得地暖管道6内相变材料介质能及时得到加热，蓄电池组3储存电能，使地暖在没有太阳的时候也能继续工作，逆变器4将直流电转换成交流电，一方面为电加热器5供电，另一方向也通过对外供电接口输出，使通过太阳能产生的电能供其他家用电器使用，最大化利用资源。
电加热器5将介质箱11中的相变材料介质加热至设定的温度后，此时相变材料介质具备良好的流动性，温度传感器12发出信号给控制器2，控制器2接收到信号后，启动循环泵7，将已经加热的相变材料介质送至地暖管道6，并循环加热，使整个热交换回路内的液态相变材料贮热体均升温，在提升热交换回路内液态贮热体流动性的同时，达到供暖的效果。由于本产品采用的液态贮热体是聚乙二醇、膨胀石墨和水三种物质的混合溶液，可延长保温时间，减少介质循环频率，节省电能，且延长设备使用寿命。

Claims (4)

1.基于相变材料的新型太阳能地暖，其特征在于：所述太阳能地暖包括太阳能发电板、控制器、蓄电池组、逆变器、贮热单元和供热组件，所述控制器与太阳能发电板、逆变器、贮热单元和供热组件相连；所述太阳能发电板经控制器与蓄电池组相连；所述蓄电池组与逆变器相连，蓄电池组经逆变器向贮热单元输出电力；所述贮热单元包括介质箱和为介质箱加热的电加热器，所述介质箱包括容置腔、循环接口和液态的贮热体，所述贮热体以含有聚乙二醇、膨胀石墨和水的液态相变材料成型，所述贮热体贮于容置腔内，所述容置腔壁处开有循环接口；所述供热组件包括地暖管道和循环泵，所述地暖管道与循环泵、贮热单元的循环接口相连并形成密闭的热交换回路，所述容置腔内设有与控制器相连的温度传感器，当温度传感器检测到容置腔内液态的贮热体温度上升至阈值时，控制器启动循环泵以驱动贮热体在热交换回路中循环流动。
2.根据权利要求1所述的基于相变材料的新型太阳能地暖，其特征在于：所述贮热体以含有13%聚乙二醇、9%膨胀石墨和78%水的液态相变材料成型。
3.根据权利要求1所述的基于相变材料的新型太阳能地暖，其特征在于：所述循环泵设于容置腔的循环接口处。
4.根据权利要求1所述的基于相变材料的新型太阳能地暖，其特征在于：所述太阳能地暖设有对外供电接口，所述对外供电接口与逆变器相连，所述蓄电池组还经逆变器向对外供电接口输出电力。
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