CN113865123A - 太阳能储能装置与加热设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了太阳能储能装置与加热设备，太阳能储能装置包括壳体组件、储热工质与传热管道，壳体组件包括壳体与导热壳，导热壳与壳体相连接，壳体与导热壳之间限定有储热腔，导热壳远离储热腔的一侧具有用于接收光线的光线面；储热工质置于储热腔，储热工质为相变材料；传热管道用于传热工质的输送，传热管道包括工质传热段、工质进口段与工质出口段，工质传热段置于储热腔，工质进口段连接于工质传热段的一端，延伸至壳体组件的外部，工质出口段连接于工质传热段的另一端，并延伸至壳体组件的外部。本申请方案采用储热工质直接将热量储存起来，避免了热量在传递过程中存在较多的损耗。

Description

太阳能储能装置与加热设备

技术领域

本发明涉及太阳能的技术领域，尤其涉及一种太阳能储能装置与加热设备。

背景技术

相关技术中，太阳能高温集热系统包括吸热装置、储热装置以及传热管道，传热管道连接于吸热装置与储热装置之间，用于传热工质的输送。其中，吸热装置将光线产生的热量传递至传热工质，传热管道将传热工质输送至储热装置，储热装置将传热工质中的热量进行储存。然而，传热管道输送传热工质的过程中，太阳能高温集热系统的能耗较大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种太阳能储能装置，能够降低热量的损耗。

本发明还提出一种具有上述太阳能储能装置的加热设备。

根据本发明实施例的太阳能储能装置，包括：

壳体组件，所述壳体组件包括壳体与导热壳，所述导热壳与所述壳体相连接，所述壳体与所述导热壳之间限定有储热腔，所述导热壳具有用于接收光线的光线面；

储热工质，置于所述储热腔，所述储热工质为相变材料；

传热管道，用于传热工质的输送，所述传热管道包括工质传热段、工质进口段与工质出口段，所述工质传热段置于所述储热腔，所述工质进口段连接于所述工质传热段的一端，延伸至所述壳体组件的外部，所述工质出口段连接于所述工质传热段的另一端，并延伸至所述壳体组件的外部。

根据本发明实施例的太阳能储能装置，至少具有如下有益效果：太阳能储能装置具有储能阶段与耗能阶段，其中，在储能阶段时，光线照射至导热壳的光线面，从而对导热壳进行加热，导热壳同样对储热工质进行加热，此时，储热工质存储热量，直至储能工质发生相变，储能工质自一种状态转换为另一种状态同时，光线照射至壳体上，从而提高壳体的温度，进而使壳体同样也对储热工质进行加热。在耗能阶段时，传热工质自工质进口段进入工质传热段，传热工质沿工质传热段输送过程中，储能工质将热量传递至工质传热段，传热工质可为水或导热油等，工质传热段对传热工质进行加热，传热工质自工质出口段排出，从而实现热量向外界的输送。需要说明的是，在耗能阶段中，储能工质自一种状态转换为另一种状态，储能工质停止向工质传热段加热。相比现有技术中需要连续地将热量输送出去，本申请方案中采用储能工质进行热量的储存，当需要向外界输送热量时，传热工质经过工质传热段，储热工质通过工质传热段对传热工质进行加热，传热工质将热量输送出去。由上可见，本申请方案采用储热工质直接将热量储存起来，避免了热量在传递过程中存在较多的损耗；而且，在本申请方案中，太阳能储热装置将集热、储热以及放热集成至一体，从而降低了热量的损耗，并且设备的占用体积较小，使用、搬运较方便。

根据本发明的一些实施例，所述导热壳置于所述壳体的内部，所述导热壳限定有内腔体，所述导热壳具有与所述壳体组件的外部相连通的光线口，其中，所述光线面为所述内腔体的内壁。

根据本发明的一些实施例，所述壳体组件还包括透光板，所述透光板与所述光线口密封连接，以使所述内腔体为真空腔。

根据本发明的一些实施例，自所述光线口到所述内腔体的底部，所述内腔体的横截面逐渐缩小。

根据本发明的一些实施例，所述壳体自靠近所述光线口的一端到另一端，所述壳体的横截面逐渐缩小。

根据本发明的一些实施例，所述壳体组件还包括导热件，所述导热件置于所述储热腔，所述导热件的一端固定连接所述导热壳的外壁，所述导热件的另一端向所述壳体的内壁延伸，所述导热件由耐高温材料制成。

根据本发明的一些实施例，所述导热壳的内部限定有导热腔，所述导热件的内部限定有导热通道，所述导热通道与所述导热腔相连通；所述壳体组件还包括导热工质与毛细结构层，所述毛细结构层固定于所述导热腔的内壁及所述导热通道的内壁，至少部分所述导热工质位于所述毛细结构层的孔结构中，所述导热工质能够在液态与气态之间转换。

根据本发明的一些实施例，所述太阳能储能装置还包括多组加热件，多组加热件沿导热壳的周向方向间隔设置，相邻两组第一加热管之间形成供所述工质传热段通过的预留通道，其中，每组加热件包括多个沿所述导热壳的长度方向依次间隔设置的所述加热件。

根据本发明的一些实施例，所述壳体、所述导热壳及所述导热件及所述传热管道均为陶瓷。

根据本发明实施例的加热设备，包括：

上述的太阳能储热装置；

管道组件，包括第一输送管道、第二输送管道与加热管道，所述第一输送管道与所述传热管道的工质出口段相连通，所述第二输送管道与所述传热管道的工质进口段相连通，所述加热管道连接于所述第一输送管道与所述第二输送管道之间；

中转箱，设置与所述第二输送管道，用于临时储存传热工质；

泵，连接于所述第一输送管道或所述第二输送管道，用于使所述传热工质在所述传热管道、所述第一输送管道、所述第二输送管道与所述加热管道内运动。

根据本发明实施例的加热设备，至少具有如下有益效果：当太阳能储能装置需要向外界输送热量时，中转箱中的传热工质在泵的作用下，传热工质沿第二输送管道输送至传热管道，储能工质对传热管道进行加热，从而将热量传递至传热工质内，传热工质沿第二输送管道输送至加热管道，加热管道对外部特征进行加热，从而将热量传递出去，冷却后传热工质返回至中转箱内。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例的太阳能储能装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的太阳能储能装置的竖向剖视图；

图3为图2中A部区域的放大示意图；

图4为本发明实施例的太阳能储能装置的导热壳的结构示意图；

图5为本发明实施例的太阳能储能装置的传热管道的结构示意图；

图6为本发明实施例的加热设备的结构示意图。

附图标记：

壳体组件100、壳体110、储热腔111、开口112、导热壳120、内腔体121、光线口122、导热腔123、透光板130、导热件140、第一加热管141、第二加热管142、导热通道143、预留通道144；

传热管道200、工质进口段210、工质出口段220、工质传热段230、子部传热段231、第一弯折部232、第二弯折部233；

管道组件300、第一输送管道310、第二输送管道320；

加热管道400；

中转箱500；

泵600。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

根据本发明公开了一种太阳能储能装置，参照图1与图2，包括壳体组件100、储热工质与传热管道200，壳体组件100包括壳体110与导热壳120，导热壳120与壳体110相连接，壳体110与导热壳120之间限定有储热腔111，导热壳120具有用于接收光线的光线面；储热工质置于储热腔111，储热工质为相变材料；传热管道200用于传热工质的输送，传热管道200包括工质传热段230、工质进口210段与工质出口段220，工质传热段230置于储热腔111，工质进口段210连接于工质传热段230的一端，延伸至壳体组件100的外部，工质出口段220连接于工质传热段230的另一端，并延伸至壳体组件100的外部。

具体的，太阳能储能装置具有储能阶段与耗能阶段，其中，在储能阶段时，光线照射至导热壳120的光线面，从而对导热壳120进行加热，导热壳120同样对储热工质进行加热，此时，储热工质存储热量，直至储能工质发生相变，储能工质自一种状态转换为另一种状态同时，光线照射至壳体110上，从而提高壳体110的温度，进而使壳体110同样也对储热工质进行加热。在耗能阶段时，传热工质自工质进口段210进入工质传热段230，传热工质沿工质传热段230输送过程中，储能工质将热量传递至工质传热段230，传热工质可为水或导热油等，工质传热段230对传热工质进行加热，传热工质自工质出口段220排出，从而实现热量向外界的输送。需要说明的是，在耗能阶段中，储能工质自一种状态转换为另一种状态，储能工质停止向工质传热段230加热。

相比现有技术中需要连续地将热量输送出去，本申请方案中采用储能工质进行热量的储存，当需要向外界输送热量时，传热工质经过工质传热段230，储热工质通过工质传热段230对传热工质进行加热，传热工质将热量输送出去。由上可见，本申请方案采用储热工质直接将热量储存起来，避免了热量在传递过程中存在较多的损耗；而且，在本申请方案中，太阳能储热装置将集热、储热以及放热集成至一体，从而降低了热量的损耗，并且设备的占用体积较小，使用、搬运较方便。

需要说明的是，壳体110、导热壳120与工质传热段230均由耐高温材料制成，例如陶瓷材料。由于壳体110、导热壳120与工质传热段230具有耐高温的特性，从而保证壳体110、导热壳120及工质传热段230在高温环境下不会被损坏，进而使得本申请方案中采用储热材料进行储存热量得以被实施。

在一些实施例中，导热壳120置于壳体110的内部，导热壳120限定有内腔体121，导热壳120具有与壳体组件100的外部相连通的光线口122，其中，光线面为内腔体121的内壁。具体的，壳体110的顶部的中心处开设有开口112，导热壳120竖向置于壳体110的内部，光线口122位于导热壳120的顶部，导热壳120的顶部的周面与开口112的内壁密封连接，如此，光线口122与壳体组件100的外部相连通，并且上述的储热腔119位于壳体110的内壁与导热壳120的外壁之间。

由上可见,壳体组件100采用上述结构,其一,导热壳120置于壳体110的内部,储热腔111位于壳体110的内壁与导热壳120的外壁之间,如此,导热壳120与储能工质的接触面积较大,从而能够更好地向储能工质传递热量；其二,导热壳采用上述设计，外部的聚光装置将光线聚集后,此时，导热壳120能够较好的接收聚集的光线,从而保证导热壳120能够快速接收光线的热量,进而快速传递至储热工质。

此外，导热壳120与壳体110能够同时对储热材料进行加热，从而提高本装置的储热效率，并且此种加热方式，能够保证储热工质各个区域的温度较一致，从而避免导热壳120、壳体110与导热管道200产生热应力，影响壳体组件100与导热管道200的使用寿命。

在一些实施例中，太阳能储能装置还包括透光板130，透光板130密封连接于光线口122，以使内腔体121为真空状态。具体的，壳体110的顶部的中心部开设有上述的开口112，导热壳120通过开口112置于壳体110内，导热壳120的顶部的外壁与开口112密封连接。导热壳120的外周面与壳体110的内周面间隔设置，导热壳120的底部与壳体110的底部间隔设置，因此，导热壳120与壳体110之间形成上述的储热腔111。光线口122设置于导热壳120的顶部，透光板130的边沿面与光线口122的内壁密封连接，透光板130密封内腔体121，此时，内腔体121保持真空状态。外部的光线自透光板130照射至真空腔，并自真空腔照射至导热壳120的内壁，由于内腔体121为真空环境，所以内腔体121能够减少热阻并减少热辐射，从而使光线能够较佳地向导热壳120传递热量，进而较佳地对储热工质传递热量。

进一步地，壳体组件100还包括吸热层(图中未示出)，吸热层涂覆于导热壳120的内壁，如此，吸热层快速吸收光线传递的热量，并传递至导热壳120，导热壳120将热量快速传递至储能工质。

在一些实施例中，为了使光线能够自光线口122较佳地照射至导热壳120的内壁，内腔体121自靠近光线口122的一端到另一端，即自内腔体121的上顶部到内腔体121的下底部，内腔体121的横截面逐渐缩小，如此，光线自光线口122照射至内腔体121，光线能够充分照射至导热壳120的内壁，从而保证光线能够对导热壳120的各个区域传递热量。

进一步地，壳体110与导热壳120的形状一致，壳体110的中心轴与导热壳120的中心轴重合。具体的，自壳体110的顶部到壳体110的底部，壳体110的横截面逐渐缩小，如此，壳体110的内周面与导热壳120的外周面之间的间距具有一致性，从而使储热腔111内的储能工质得到均匀的加热，进而避免储热工质的局部温度较大，使传热管道200产生热应力，影响传热管道200的使用寿命。

在一些实施例中，储热工质为石蜡、水与水合盐中的一种，如此，储热工质自一种状态转换为另一种状态，储热工质能够存储较多的热量。

在一些实施例中，参照图2与图3，壳体组件100还包括导热件140，导热件140分为第一加热管141与第二加热管142，第一加热管141的一端固定连接于导热壳120的外周面，第一加热管141的另一端朝向壳体110的内周面延伸。第二加热管142的一端固定连接于导热壳120的底部，第二加热管142的另一端向壳体110的底部延伸。其中，导热件140由耐高温材料制成，例如陶瓷材料。由上可见，通过导热件140的设置，导热件140均匀分布于储热腔111内，如此，热量自导热壳120传递至导热件140，导热件140对储热腔111内的储热工质进行加热，从而使热量传递至储热工质的各个区域，进而实现热量的快速储存。

更进一步地，导热壳120的内部限定由导热腔123，导热腔123位于导热壳120的侧部内及底部内，每个导热件140的内部沿导热件140的长度方向限定有导热通道143，导热通道143与导热腔123相连通。同时，壳体组件100还包括毛细结构层与导热工质(图中未示出)，毛细结构层固定于导热腔123的内壁及导热通道143的内壁，毛细结构层具有孔结构，至少部分导热工质位于毛细结构层的孔结构中，导热工质能够在液态与气态之间转换，例如，导热工质可采用液态水。

具体的，光线向导热壳120传递热量，壳体120加热毛细结构层(图中未示出)，毛细结构层加热其孔结构中液态的导热工质，导热工质自液态转换为气态，并脱离毛细结构层。又由于导热通道143内部的温度小于导热腔123内部的温度，所以导热通道143内的压力小于导热腔123内部的压力，因此转换为气态的导热工质自导热腔123进入导热通道143，从而对导热件140进行加热，进而将热量快速传递至储能工质中。其中，气态的导热工质运动至导热通道143后，导热工质被冷却，从而自气态转换为液态，液态的导热工质进入毛细结构层中。又由于导热腔123中的导热工质不断地向导热通道143内运动，所以导热通道143中的毛细结构层中液态水在毛线结构层150的作用下再次流向导热腔123，从而实现导热工质在导热腔123与导热通道143之间的循环，以及在液态与气态之间循环转换。

在一些实施例中，毛细结构层可采用多种材料制得，例如，陶瓷粉与碳粉混合后烧结，从而能够获得具有孔结构的毛细结构层；金属(铜)烧结后，也能获得具有孔结构的毛细结构层。

在一些实施例中，参照图4与图5，为了储能工质充分对工质传热段230中的传热工质进行加热，工质传热段230布设于导热壳120的外周面的四周，工质传热段230的走向与导热壳120的长度方向一致，并呈蛇形布设。

进一步地，为了避免工质传热段230不会与第一加热管141之间发射干涉，多个第一加热管141分为若干组第一加热管141，若干组第一加热管141沿导热壳120的周向方向依次间隔设置，相邻两组第一加热管141之间形成供工质传热段230通过的预留通道144，每组第一加热管141的第一加热管141沿导热壳120的长度方向依次设置。由上可见，通过预留通道144的设置，工质传热段230可布设于预留通道144内，从而避免加热件140与工质传热段230之间发生干涉。

更进一步地，工质传热段230沿长度方向分为多个子部传热段231、多个第一弯折部232与多个第二弯折部233，子部传热段231的长度方向与壳体110的长度方向一致，第一弯折部232连接于相邻两个子部传热段231之间，第二弯折部233也连接于相邻两个子部传热段231之间，第一弯折部232与第二弯折部233沿工质传热段230的长度方向依次交错设置，如此，第一弯折部232与第二弯折部233使工质传热段230成蛇形布设。其中，第一弯折部232靠近导热壳120的底部，与第一弯折部232相连接的两根子部传热段231位于同一个预留通道144内，第二弯折部233靠近壳体的顶部，与第二弯折部233相连接的两根子部传热段231位于相邻的两个预留通道144内。由上可见，工质传热段230通过采用上述结构，工质传热段230能够自导热壳120的一端沿导热壳120的轴向方向滑至导热壳120的外部，从而实现工质传热段230的安装。

根据本发明第二方面公开了加热设备，参照图2与图6，包括管道组件300、中转箱500泵600以及上述的太阳能储能装置，管道组件300包括第一输送管道310、第二输送管道320与加热管道400，第一输送管道310与工质进口段210相连通，第二输送管道320与工质出口段220相连通，加热管道400连接于第一输送管道310与第二输送管道320之间；中转箱500设置于第二输送管道320，用于临时储存传热工质；泵600连接于第二输送管道320，用于使传热工质在传热管道200、第一输送管道310、第二输送管道320与加热管道400内运动

具体的，当太阳能储能装置需要向外界输送热量时，中转箱500中的传热工质在泵600的作用下，传热工质沿第二输送管道320输送至传热管道200，储能工质对传热管道200进行加热，从而将热量传递至传热工质内，传热工质沿第二输送管道320输送至加热管道400，加热管道400对外部特征进行加热，从而将热量传递出去，冷却后传热工质返回至中转箱500内。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.太阳能储能装置，其特征在于，包括：

壳体组件，所述壳体组件包括壳体与导热壳，所述导热壳与所述壳体相连接，所述壳体与所述导热壳之间限定有储热腔，所述导热壳具有用于接收光线的光线面；

储热工质，置于所述储热腔，所述储热工质为相变材料；

传热管道，用于传热工质的输送，所述传热管道包括工质传热段、工质进口段与工质出口段，所述工质传热段置于所述储热腔，所述工质进口段连接于所述工质传热段的一端，延伸至所述壳体组件的外部，所述工质出口段连接于所述工质传热段的另一端，延伸至所述壳体组件的外部。

2.根据权利要求1所述的太阳能储能装置，其特征在于，所述导热壳置于所述壳体的内部，所述导热壳限定有内腔体，所述导热壳具有与所述壳体组件的外部相连通的光线口，其中，所述光线面为所述内腔体的内壁。

3.根据权利要求2所述的太阳能储能装置，其特征在于，所述壳体组件还包括透光板，所述透光板与所述光线口密封连接，以使所述内腔体为真空腔。

4.根据权利要求2所述的太阳能储能装置，其特征在于，自所述光线口到所述内腔体的底部，所述内腔体的横截面逐渐缩小。

5.根据权利要求4所述的太阳能储能装置，其特征在于，所述壳体自靠近所述光线口的一端到另一端，所述壳体的横截面逐渐缩小。

6.根据权利要求2所述的太阳能储能装置，其特征在于，所述壳体组件还包括导热件，所述导热件置于所述储热腔，所述导热件的一端固定连接所述导热壳的外壁，所述导热件的另一端向所述壳体的内壁延伸，所述导热件由耐高温材料制成。

7.根据权利要求6所述的太阳能储能装置，其特征在于，所述导热壳的内部限定有导热腔，所述导热件的内部限定有导热通道，所述导热通道与所述导热腔相连通；

所述壳体组件还包括导热工质与毛细结构层，所述毛细结构层固定于所述导热腔的内壁及所述导热通道的内壁，至少部分所述导热工质位于所述毛细结构层的孔结构中，所述导热工质能够在液态与气态之间转换。

8.根据权利要求6所述的太阳能储能装置，其特征在于，所述太阳能储能装置还包括多组加热件，多组加热件沿导热壳的周向方向间隔设置，相邻两组第一加热管之间形成供所述工质传热段通过的预留通道，其中，每组加热件包括多个沿所述导热壳的长度方向依次间隔设置的所述加热件。

9.根据权利要求6所述的太阳能储能装置，其特征在于，所述壳体、所述导热壳及所述导热件及所述传热管道均为陶瓷。

10.加热设备，其特征在于，包括：

权利要求1至9中任意一项所述的太阳能储热装置；

管道组件，包括第一输送管道、第二输送管道与加热管道，所述第一输送管道与所述工质进口段相连通，所述第二输送管道与所述工质出口段相连通，所述加热管道连接于所述第一输送管道与所述第二输送管道之间；

中转箱，设置于所述第二输送管道，用于临时储存传热工质；

泵，连接于所述第二输送管道，用于使所述传热工质在所述传热管道、所述第一输送管道、所述第二输送管道与所述加热管道内运动。

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