CN109442536A - 一种用于太阳能的蓄热舱及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于太阳能的蓄热舱及使用方法，数个太阳能集热器串联，首个太阳能集热器出油管道通过集热循环泵与太阳能蓄热舱进油口连接，尾端的太阳能集热器进油管道与太阳能蓄热舱出油口连接，数个散热器串联，太阳能蓄热舱热水出口管道通过采暖循环泵与首个散热器的进口连接，尾端的散热器出口管道与太阳能蓄热舱热热水进口连接。本发明充分利用太阳能资源，替代以煤、石油、天然气、电力等作为能源的锅炉，可以将正常天气时太阳能提供供暖的同时，将多余的热量储存起来，当天气不好或夜间太阳能不能正常提供热源时，将事先相变材料储存的热量继续提供热源供暖，保证了用户正常取暖的要求，节能减排、环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能的蓄热舱及使用方法，属于太阳能储热技术领域，用于室内取暖。
背景技术
研究开发和利用新能源，已经成为世界各国能源研究与开发的共同战略目标。20世纪70年代能源危机以来，太阳能作为可利用的新能源，逐步成为国内外研究的重点。太阳能以其取之不尽、安全、无需运输、清洁无污染等特点受到人们的重视。
如何利用太阳能供暖，一直是各企业研发的课题，由于太阳能受季节和天气影响较大、热流密度低，导致各种形式的太阳能直接热利用在家庭取暖的应用上都受到一定的限制。
太阳能热利用，白天太阳热辐射量高，太阳能依靠阳光获得热源，但阳光只是在白天有，而建筑取暖晚间是最需要热源的时段。传统的太阳能蓄热方式是用热水储热，水的热容相对较小（4.2MJ/m3），储热温度受限（<90℃）、单位体积的储热量较小，太阳能供热系统如用热水储热，其储热系统体积大、重量大、占地面积大，保温困难，效率较低，易冻结，所以高效储热技术成为太阳能光热应用的瓶颈。
申请号201810225585.5的“谷电蓄热取暖器及其制作方法”专利申请，电加热管将导油管加热并使其内的油循环，导油管将复合相变材料加热，复合相变材料将散热管加热，散热管将空气加热，空气对流将室内加热。该申请在实现对室内加热供暖的过程中，可以将一部分热能储存，实现了关闭电源后利用蓄热实现继续供暖的功能，晚上低谷电取暖，相变材料进行储热，解决了热能储存的问题，但是，该专利申请还存在一些不足之处：
1、导油管设置在内胆内，油的循环是通过电加热管将导油管加热并使其内的油循环，这种油的自然循环方式很慢，会造成传热效率低。
2、相变材料大多具有腐蚀性物质，内胆不做防腐处理，会影响内胆的使用寿命。
3、散热管为直通式散热管，直通式散热管吸热散热面积有限，吸热散热效果差。
4、该设备还是以电作为供热能源。
发明内容
鉴于现有技术存的状况及存在的不足，本发明提供了一种用于太阳能的蓄热舱及使用方法，本发明与太阳能相结合，用中温太阳能集热器提供热源，用蓄热舱进行热源存储，可以将正常天气时太阳能多余的热量储存起来，当由于天气原因，太阳能不能正常提供热源时，将事先相变材料储存的热量提供热源供热，或通过电加热管供热，可保证用户正常取暖的要求。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种用于太阳能的蓄热舱，包括外壳、油箱、相变罐、相变材料、换热盘管、电加热管、保温材料、太阳能集热器、集热循环泵、采暖循环泵、散热器，其特征在于：还包括相变罐支架、相变罐；
所述外壳、相变罐支架和油箱均为矩形；
在相变罐支架的底面上设有数个圆孔，数个圆孔之间设有数个导热油流动孔，相变罐支架底面的下端设有数个支撑，相变罐支架的底面上端为框架结构；
所述相变罐为圆形筒状，相变罐内设有一层陶瓷，在相变罐内填装有相变材料，相变罐盖螺接在相变罐上；
所述油箱一侧体的下方设有出油口，在油箱一侧体的上方设有进油管，进油管的进油口设置油箱体外的下方，在进油管上设有阀门；
所述油箱设置在外壳内，在油箱和外壳之间设有一层保温材料；油箱的出油口和进油口分别通过保温材料伸出外壳外；
所述相变罐支架设置在油箱内底部，在相变罐支架面的数个圆孔上分别设置一个相变罐，数个相变罐之间的缝隙中盘装换热盘管，换热盘管的热水进口和热水出口分别依次通过油箱和保温材料伸出外壳外，热水进口和热水出口与油箱体密封连接；
在相变罐支架下方数个支撑之间设有数个电加热管，数个电加热管的接线端依次通过油箱和保温材料伸出外壳外，数个电加热管的接线端与油箱体密封连接，在油箱内装有导热油，油箱盖固定在油箱上，在油箱盖上设有放气阀，外壳盖固定在外壳上；
数个太阳能集热器串联，首个太阳能集热器出油管道通过集热循环泵与太阳能蓄热舱进油口连接，尾端的太阳能集热器进油管道与太阳能蓄热舱出油口连接，数个散热器串联，太阳能蓄热舱热水出口管道通过采暖循环泵与首个散热器的进口连接，尾端的散热器出口管道与太阳能蓄热舱热热水进口连接。
一种用于太阳能的蓄热舱及使用方法，其特征在于：步骤如下：
1）、太阳能与蓄热舱的热量交换控制方法：
太阳能集热器接受阳光照射，当太阳能集热器的真空管内曲面流道的导热油温度减去油箱导热油温度≥7℃时， 7℃温度用户可自行设定，集热循环泵启动，将油箱内温度低的导热油泵入太阳能集热器，同时将太阳能集热器内温度高的导热油顶入油箱内，当太阳能集热器的真空管内曲面流道的导热油温度减去油箱导热油温度≤3℃时，3℃温度用户可自行设定，集热循环泵自动停止，完成一次换热过程，如此周而复始，将太阳能的热量交换给油箱内，在导热油循环加热过程中，数个相变罐内的相变材料同时被加热并储存热量；
2）、蓄热舱的热量供用户取暖的方法：
当白天太阳光照好时，太阳能与蓄热舱的热量交换过程，使油箱内的高温度导热油加热换热盘管，即换热盘管内的水被加热，当换热盘管内水温度达到50℃时， 50℃温度可设定，采暖循环泵启动，将换热盘管内的热水泵入采暖供热管道，进入每户户内的散热器即暖气片，使室内温度提升；
当太阳光照不好或夜间没有太阳时，利用相变材料的热量通过相变罐传递给油箱内的导热油，油箱内的导热油再加热换热盘管，当换热盘管内水温度达到50℃时， 50℃温度可设定，采暖循环泵启动，将换热盘管内的热水泵入采暖供热管道，进入每户户内的散热器即暖气片，使室内温度提升，当换热盘管内的热水温度低于30度时， 30℃温度可设定，采暖循环泵停止，此时进入太阳能或电加热启动与蓄热舱的热量交换过程；
3）、电加热启动供户内散热器取暖的方法：
由于天气原因或夜间没有太阳时，油箱内温度仍低于40℃温度时，40℃温度可设定，数个电加热管启动开始加热，数个电加热管的电加热使油箱内温度达到50度时，将换热盘管内的热水通过采暖循环泵泵入采暖供热管道，进入每户户内的散热器即暖气片，使室内温度提升，当散热器温度达到60℃以上时，60℃温度可设定，温度控制器控制数个电加热管自动停止加热。
本发明的有益效果是：本发明可以将正常天气时太阳能提供供暖的同时，将多余的热量储存起来，当天气不好或夜间太阳能不能正常提供热源时，将事先相变材料储存的热量继续提供热源供暖，保证了用户正常取暖的要求。
电加热作为辅助电能，当天气不好太阳能不能正常提供热源时，或利用夜间23时至次日7时电网低谷时段的低价（北京每度电仅3角钱）电能，在6-8小时内完成电、热能量转换并贮存，在电网高峰时段，以辐射、对流的方式将贮存的热量释放出来，实现了全天24小时室内供暖。
电加热管加热在保证用户正常取暖的要求的同时，还可将相变罐相变材料加热并储存热量，提供热源。
相变罐内设有一层陶瓷，可以防止相变材料对相变罐的腐蚀，提高了相变罐的使用寿命，节约了维护成本。
换热盘管为盘装结构，从数个相变罐底部一直盘装到上部，吸热散热面积有大，吸热散热效果高。
相变罐支架的结构，可以保证数个相变罐的定位及相互间的间隙距离一致，便于换热盘管的安装。
阀门的设计，当集热器循环管路需要维修时，打开外壳侧壁，可关闭阀门，方便维修。
放气阀的设计，当管路连接完成后，注油后为避免油箱内有空气，通过放气阀排气。
集热循环泵和采暖循环泵的设计，提高了传热效率。
本发明充分利用太阳能资源，替代以煤、石油、天然气、电力等作为能源的锅炉，节能减排、环保，是响应国家发展低碳经济号召的方向，适用于家庭、企业、事业单位、工厂、院校、宾馆酒店、医院、社区、等阳光资源良好且需供暖的区域。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明蓄热舱的结构示意图；
图3为图2结构的A-A剖视图；
图4为图2结构的B-B剖视图；
图5为本发明相变罐的结构示意图；
图6为本发明相变罐支架的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1至图6所示，一种用于太阳能的蓄热舱，包括电加热管7、保温材料8，还包括外壳1、相变罐支架2、油箱3、相变罐4、相变材料5、换热盘管6。
外壳1、相变罐支架2和油箱3均为矩形。
在相变罐支架2的底面上开有数个圆孔2-1，数个圆孔2-1之间开有数个导热油流动孔2-2，在相变罐支架2底面的下端焊接数个支撑2-3，在相变罐支架2的底面上端焊接框架结构。
相变罐4为圆形筒状，相变罐4内设有一层陶瓷，在相变罐4内填装有相变材料5，相变罐盖螺接在相变罐4上。
在油箱3一侧体的下方焊接出油口3-1，在油箱3一侧体的上方焊接进油管3-2，进油管3-2的进油口3-3设置油箱3体外的下方，在进油管3-2上连接有阀门3-4。
油箱3设置在外壳1内，在油箱3和外壳1之间填充一层保温材料8，油箱3的出油口3-1和进油口3-3分别通过保温材料8伸出外壳1外。
将相变罐支架2安放在油箱3内底部，在相变罐支架2面的数个圆孔2-1上分别放置一个相变罐4，数个相变罐4之间的缝隙中盘装换热盘管6，换热盘管6的热水进口6-1和热水出口6-2分别依次通过油箱3和保温材料8伸出外壳1外，热水进口6-1和热水出口6-2与油箱3体通过焊接实现密封连接，在相变罐支架2下方数个支撑2-3之间设有数个电加热管7，数个电加热管7的接线端依次通过油箱3和保温材料8伸出外壳1外，数个电加热管7的接线端与油箱3体密封连接，在油箱3内装有导热油，油箱盖焊接在油箱3上，在油箱盖上设有放气阀3-5，进行打压密封测试，密封测试合格后，将外壳盖螺装在外壳1上。
将数个太阳能集热器9串联，将首个太阳能集热器9出油管道通过集热循环泵10与太阳能蓄热舱进油口3-3连接，将尾端的太阳能集热器9进油管道与太阳能蓄热舱出油口3-1连接，数个散热器12串联，将太阳能蓄热舱热水出口6-2管道通过采暖循环泵11与首个散热器12的进口连接，将尾端的散热器12出口管道与太阳能蓄热舱热热水进口6-1连接。
一种用于太阳能的蓄热舱及使用方法，步骤如下：
1）、太阳能与蓄热舱的热量交换控制方法：
太阳能集热器9接受阳光照射，当太阳能集热器9的真空管内曲面流道的导热油温度减去油箱（3）导热油温度≥7℃时， 7℃温度可设定，集热循环泵10启动，将油箱3内温度低的导热油泵入太阳能集热器9，同时将太阳能集热器9内温度高的导热油顶入油箱3内，当太阳能集热器9的真空管内曲面流道的导热油温度减去油箱3导热油温度≤3℃时， 3℃温度可设定，集热循环泵10自动停止，完成一次换热过程，如此周而复始，将太阳能的热量交换给油箱3内，在导热油循环加热过程中，数个相变罐4内的相变材料5同时被加热并储存热量。
2）、蓄热舱的热量供用户取暖的方法：
当白天太阳光照好时，太阳能与蓄热舱的热量交换过程，使油箱3内的高温度导热油加热换热盘管6，即换热盘管6内的水被加热，当换热盘管6内水温度达到50℃时， 50℃温度可设定，采暖循环泵11启动，将换热盘管6内的热水泵入采暖供热管道，进入每户户内的散热器12即暖气片，使室内温度提升；
当太阳光照不好或夜间没有太阳时，利用相变材料5的热量通过相变罐4传递给油箱3内的导热油，油箱3内的导热油再加热换热盘管6，当换热盘管6内水温度达到50℃时， 50℃温度可设定，采暖循环泵11启动，将换热盘管6内的热水泵入采暖供热管道，进入每户户内的散热器12即暖气片，使室内温度提升；
当换热盘管6内的热水温度低于30度时， 30℃温度可设定，采暖循环泵11停止，此时进入太阳能或电加热启动与蓄热舱的热量交换过程；
3）、电加热启动供户内散热器取暖的方法：
由于天气原因或夜间没有太阳时，油箱3内温度仍低于40℃温度时，40℃温度可设定，数个电加热管7启动开始加热，数个电加热管7的电加热使油箱3内温度达到50度时，将换热盘管6内的热水通过采暖循环泵11泵入采暖供热管道，进入每户户内的散热器12即暖气片，使室内温度提升，当散热器12温度达到60℃以上时，60℃温度可设定，温度控制器控制数个电加热管7自动停止加热。
Claims (3)
1.一种用于太阳能的蓄热舱，包括外壳（1）、油箱（3）、相变罐（4）、相变材料（5）、换热盘管（6）、电加热管（7）、保温材料（8）、太阳能集热器（9）、集热循环泵（10）、采暖循环泵（11）、散热器（12），其特征在于：还包括相变罐支架（2）、相变罐（4）；
所述外壳（1）、相变罐支架（2）和油箱（3）均为矩形；
在相变罐支架（2）的底面上设有数个圆孔（2-1），数个圆孔（2-1）之间设有数个导热油流动孔（2-2），相变罐支架（2）底面的下端设有数个支撑（2-3），相变罐支架（2）的底面上端为框架结构；
所述相变罐（4）为圆形筒状，相变罐（4）内设有一层陶瓷，在相变罐（4）内填装有相变材料（5），相变罐盖螺接在相变罐（4）上；
所述油箱（3）一侧体的下方设有出油口（3-1），在油箱（3）一侧体的上方设有进油管（3-2），进油管（3-2）的进油口（3-3）设置油箱（3）体外的下方，在进油管（3-2）上设有阀门（3-4）；
所述油箱（3）设置在外壳（1）内，在油箱（3）和外壳（1）之间设有一层保温材料（8）；油箱（3）的出油口（3-1）和进油口（3-3）分别通过保温材料（8）伸出外壳（1）外；
所述相变罐支架（2）设置在油箱（3）内底部，在相变罐支架（2）面的数个圆孔（2-1）上分别设置一个相变罐（4），数个相变罐（4）之间的缝隙中盘装换热盘管（6），换热盘管（6）的热水进口（6-1）和热水出口（6-2）分别依次通过油箱（3）和保温材料（8）伸出外壳（1）外，热水进口（6-1）和热水出口（6-2）与油箱（3）体密封连接；
在相变罐支架（2）下方数个支撑（2-3）之间设有数个电加热管（7），数个电加热管（7）的接线端依次通过油箱（3）和保温材料（8）伸出外壳（1）外，数个电加热管（7）的接线端与油箱（3）体密封连接，在油箱（3）内装有导热油，油箱盖固定在油箱（3）上，在油箱盖上设有放气阀（3-5），外壳盖固定在外壳（1）上；
数个太阳能集热器（9）串联，首个太阳能集热器（9）出油管道通过集热循环泵（10）与太阳能蓄热舱进油口（3-3）连接，尾端的太阳能集热器（9）进油管道与太阳能蓄热舱出油口（3-1）连接，数个散热器（12）串联，太阳能蓄热舱热水出口（6-2）管道通过采暖循环泵（11）与首个散热器（12）的进口连接，尾端的散热器（12）出口管道与太阳能蓄热舱热热水进口（6-1）连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能的蓄热舱，其特征在于：所述相变材料（5）为水、氯化钙和无机盐复合相变材料。
3.一种采用权利要求1所述的用于太阳能的蓄热舱及使用方法，其特征在于：步骤如下：
1）、太阳能与蓄热舱的热量交换控制方法：
太阳能集热器（9）接受阳光照射，当太阳能集热器（9）的真空管内曲面流道的导热油温度减去油箱（3）导热油温度≥7℃时，7℃温度用户可自行设定，集热循环泵（10）启动，将油箱（3）内温度低的导热油泵入太阳能集热器（9），同时将太阳能集热器（9）内温度高的导热油顶入油箱（3）内，当太阳能集热器（9）的真空管内曲面流道的导热油温度减去油箱（3）导热油温度≤3℃时，3℃温度用户可自行设定，集热循环泵（10）自动停止，完成一次换热过程，如此周而复始，将太阳能的热量交换给油箱（3）内，在导热油循环加热过程中，数个相变罐（4）内的相变材料（5）同时被加热并储存热量；
2）、蓄热舱的热量供用户取暖的方法：
当白天太阳光照好时，太阳能与蓄热舱的热量交换过程，使油箱（3）内的高温度导热油加热换热盘管（6），即换热盘管（6）内的水被加热，当换热盘管（6）内水温度达到50℃时，50℃温度可设定，采暖循环泵（11）启动，将换热盘管（6）内的热水泵入采暖供热管道，进入每户户内的散热器（12）即暖气片，使室内温度提升；
当太阳光照不好或夜间没有太阳时，利用相变材料（5）的热量通过相变罐（4）传递给油箱（3）内的导热油，油箱（3）内的导热油再加热换热盘管（6），当换热盘管（6）内水温度达到50℃时，50℃温度可设定，采暖循环泵（11）启动，将换热盘管（6）内的热水泵入采暖供热管道，进入每户户内的散热器（12）即暖气片，使室内温度提升，当换热盘管（6）内的热水温度低于30度时，30℃温度可设定，采暖循环泵（11）停止，此时进入太阳能或电加热启动与蓄热舱的热量交换过程；
3）、电加热启动供户内散热器取暖的方法：
由于天气原因或夜间没有太阳时，油箱（3）内温度仍低于40℃温度时，40℃温度可设定，数个电加热管（7）启动开始加热，数个电加热管（7）的电加热使油箱（3）内温度达到50度时，将换热盘管（6）内的热水通过采暖循环泵（11）泵入采暖供热管道，进入每户户内的散热器（12）即暖气片，使室内温度提升，当散热器（12）温度达到60℃以上时，60℃温度可设定，温度控制器控制数个电加热管（7）自动停止加热。
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