CN208936574U - 一种低成本太阳能蓄热全天候热水系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种低成本太阳能蓄热全天候热水系统，其包括太阳能集热循环系统以及蓄能释能相变储能系统；所述太阳能集热循环系统包括保温水箱以及进水口与所述保温水箱的下出水口通过太阳能集热循环泵连通的太阳能集热器，所述太阳能集热器的出水口与保温水箱的上进水口连通，所述保温水箱内部设置有低温相变蓄能单元；所述蓄能释能相变储能系统包括保温水箱、第一过水口与所述保温水箱上侧通过双向蓄能水泵双向连通的高温相变蓄能单元，所述高温相变蓄能单元的第二过水口与保温水箱的下侧连通，本实用新型具有投资少，成本低廉、使用方便的特点。
Description
技术领域
本实用新型具体涉及一种低成本全天候太阳能蓄热热水系统，属于太阳能热利用领域。
背景技术
由于太阳能光热这种可再生能源如生俱来的存在间歇性、不稳定性和低密度性等缺点，人们在使用过程中，在阴雨天或光照不好的天气里，往往需要配合其它的辅助能源配合才能实现全天候使用。太阳能资源受到纬度以及昼夜交替、季节、阴雨天气等状况的影响，达到某一地区的照射量极不稳定且具有间断性，使其利用率受到了限制。相变储热材料为解决这一问题提供了新的思路和方法，即在太阳能照射时将能量储存起来，当太阳能照射减弱或在夜间时将储存的能量释放，从而满足生产生活的需求。太阳能光热资源只有在晴好天气里能提供热水，这是太阳能光热资源在使用过程中的不能实现全天候应用——在在阴雨天或光照不好的天气里不能连续全天候使用可再生的太阳能光热资源用于生产热水等。还有一种情况是，也是采用蓄能措施，将太阳能光热资源储存起来，在太阳能辐照条件不好的气象时间段释放，实现太阳能光热资源的全天候使用。但是目前行业普遍使用的高温导热油或者像太阳能光热发电那样使用融盐，虽然是这种蓄热方式是实现了太阳能光热的能量蓄能和能量使用的时空转移，实现了全天候使用太阳能光热资源，但是其最大的不足之处在于经济技术性劣势——技术手段复杂，成本高昂，需要专门的高温集热器、专门的高温换热介质储存，性价比差，高成本，高温蓄热和集热蓄能技术措施复杂，不适合在低温的生活热水的领域大规模普及推广使用，以上全天候太阳能蓄热技术一般大多用于太阳能光热发电和其它工业生产领域较多。而在生活热水或者温水养殖业等低温热水的应用领域，水温在80℃以内即可满足使用，为此需要研发一种低成本太阳能蓄热全天候热水系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种投资少，成本低廉、使用方便的低成本全天候太阳能蓄热热水系统。
为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
一种低成本太阳能蓄热全天候热水系统，其包括太阳能集热循环系统以及蓄能释能相变储能系统；所述太阳能集热循环系统包括保温水箱以及进水口与所述保温水箱的下出水口通过太阳能集热循环泵连通的太阳能集热器，所述太阳能集热器的出水口与保温水箱的上进水口连通，所述保温水箱内部设置有低温相变蓄能单元；所述蓄能释能相变储能系统包括保温水箱、第一过水口与所述保温水箱上侧通过双向蓄能水泵双向连通的高温相变蓄能单元，所述高温相变蓄能单元的第二过水口与保温水箱的下侧连通。
进一步的，所述高温相变蓄能单元内部设置有电加热装置。
进一步的，所述保温水箱内部设置第一温度传感器。
进一步的，所述太阳能集热器内部设置第二温度传感器。
进一步的，所述高温相变蓄能单元内部设置第三温度传感器。
进一步的，所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、太阳能集热循环泵、双向蓄能水泵与PLC控制器连接。
进一步的，所述保温水箱的下进水口与补水箱连通。
与现有技术相比，本实用新型所取得的有益效果如下：
本实用新型采用常规的低温高效低成本太阳能集热器，比如平板太阳能、真空管太阳能集热器，利用水为换热介质，通过低温二级相变储能，低成本集热蓄热简单技术措施实现太阳能光热能量蓄能，达到全天候使用太阳能光热资源的目的。
本实用新型通过设置多个温度传感器采集太阳能集热器、高温相变蓄能单元、保温水箱内的水温，以温度值和温度差为依据通过PLC控制器控制太阳能集热循环泵和双向蓄能水泵的开闭，实现自动控制蓄能释能过程，自动化程度高，使用方便，实现全天候热水。
本实用新型通过在高温相变蓄能单元内设置电加热装置，在连续阴雨天气过长，太阳能蓄能的能量不足以支持使用时，可辅助加热补偿太阳能蓄能能量的不足。
本实用新型的所述保温水箱的下进水口与补水箱连通，实现连续供水，可持续加热提供热水。
附图说明
附图1为本实用新型结构示意图；
其中，1、太阳能集热器，2-1、太阳能集热循环泵，2-2、双向蓄能水泵，3、补水箱，4、保温水箱，5、高温相变蓄能单元，6、电加热装置，7、第一温度传感器，8、第二温度传感器，9、第三温度传感器，10、低温相变蓄能单元。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行进一步详细的叙述。
如附图1所示，本实用新型提供一种低成本太阳能蓄热全天候热水系统，其包括太阳能集热循环系统以及蓄能释能相变储能系统；所述太阳能集热循环系统包括保温水箱4以及进水口与所述保温水箱4的下出水口通过太阳能集热循环泵2-1连通的太阳能集热器1，所述太阳能集热器1的出水口与保温水箱4的上进水口连通，所述保温水箱4内部设置有低温相变蓄能单元10；所述蓄能释能相变储能系统包括保温水箱4、第一过水口与所述保温水箱4上侧通过双向蓄能水泵2-2双向连通的高温相变蓄能单元5，所述高温相变蓄能单元5的第二过水口与保温水箱4的下侧连通，低温相变蓄能单元10为内装有低温相变材料的装置，低温相变材料为45°左右温度段的相变材料，高温相变蓄能单元为内装有高温相变材料的装置，高温相变材料为65°左右温度段的相变材料，本实用新型采用常规的低温高效低成本太阳能集热器，比如平板太阳能、真空管太阳能集热器，利用水为换热介质，通过低温二级相变储能，低成本集热蓄热简单技术措施实现太阳能光热能量蓄能，达到全天候使用太阳能光热资源的目的。
所述高温相变蓄能单元5内部设置有电加热装置6，通过在高温相变蓄能单元内设置电加热装置6，在连续阴雨天气过长，太阳能蓄能的能量不足以支持使用时，可辅助加热补偿太阳能蓄能能量的不足。
所述保温水箱4内部设置第一温度传感器7，所述太阳能集热器1内部设置第二温度传感器8，所述高温相变蓄能单元5内部设置第三温度传感器9，所述第一温度传感器7、第二温度传感器8、第三温度传感器9、太阳能集热循环泵2-1、双向蓄能水泵2-2与PLC控制器连接，通过设置多个温度传感器采集太阳能集热器1、高温相变蓄能单元5、保温水箱4内的水温，以温度值和温度差为依据通过PLC控制器控制太阳能集热循环泵2-1和双向蓄能水泵2-2的开闭，实现自动控制蓄能释能过程，自动化程度高，使用方便，实现全天候热水。
所述保温水箱4的下进水口与补水箱3连通，补水箱3为和保温水箱4最高水位等水平面的带自动浮球的补水水箱，可实现连续供水，可持续加热提供热水。
工作过程如下：
一级太阳能集热循环：当太阳能集热器1的水温在45℃以上且高于保温水箱4的温度10℃时，表明太阳能光照条件良好，此时太阳能集热循环泵2-1启动温差循环，将太阳能集热器1中的高温水循环到保温水箱4中储存，但二者温差小于2℃时，太阳能集热循环泵2-1停止运行，完成太阳能集热循环过程。但太阳光资源不断辐照，温差循环周而复始实现上述集热过程。这样保温水箱4中热水不断升温。由于在保温水箱4内部设置有45℃左右的低温相变蓄能单元10，在太阳能集热循环的开始阶段，水箱底部的温度稳定在45℃，浸泡在保温水箱4底部的低温相变蓄能单元10处于固-----液相变蓄能过程中，此时温度虽然变化小，但能储存大量的太阳能热量。由于系统的太阳能集热器1的面积大，所以能吸收大量的太阳能能量，这样由于在保温水箱4的内部设置有低温相变蓄能单元10，水箱4的容积虽然小，但是能储存大量的太阳能热量。
二级高温相变蓄能过程：
由于系统考虑到全天候利用太阳能光热资源，因此太阳能集热器1吸热面积很大，多余太阳能能量被高温相变蓄能单元5蓄热储存，在连续阴雨天气里释放实现太阳能资源的全天候使用。储能工艺流程：当保温水箱4不断吸收太阳能能量，保温水箱4的水温达到75℃时，启动双向蓄能水泵2-2将高温热水抽取到高温相变蓄能单元5中蓄热储能。由于温差的存在，高温相变蓄能单元5里面的蓄能材料发生由固——液变化吸收储存大量热量，被吸收热量的低温水回到保温水箱4内，完成相变蓄能过程。由于太阳能不断吸热，只要保温水箱中上部水温达到75℃及以上温度，均启动蓄能循环储能。
太阳能资源释能全天候使用：当连续阴雨天不能直接利用太阳能光热资源时，启动蓄能循环系统释能即如图中的实线箭头所示工艺流程，但保温水箱4中上部水温低于45℃时，启动双向蓄能循环泵2-2，将低温水从保温水箱底部抽出，流经二次65℃高温相变蓄能器5中吸收热量，相变蓄能器5发生液—固相变释放出大量热量加热成高温水通过蓄能循环管7-2回到到保温水箱4的中上部待用，完成了65℃二级相变蓄能模块单元5的释热过程。
二级高温相变释能过程：
当连续阴雨天不能直接利用太阳能光热资源时，启动释能循环系统，当保温水箱4内部水温低于45℃时，启动双向蓄能循环泵2-2，将低温水从保温水箱底部抽出，流经高温相变蓄能单元5中吸收热量，高温相变蓄能单元5发生液—固相变释放出大量热量加热成高温水，高温水回到保温水箱4内部待用，完成高温相变蓄能单元5的释热过程。
如果连续阴雨天气过长，太阳能蓄能的能量不足以支持使用时，此时可启动安装在高温相变蓄能单元5内部的电加热装置6辅助加热补偿太阳能蓄能能量的不足。
系统补水过程：
当保温水箱4水不断流出，保温水箱4的水位不断下降，此时由于水位差的原因，补水箱3中的低温水不断流入保温水箱4,实现了自动顶水出水的自动补水过程。
以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施例，而并非本实用新型可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理和精神的前提下，对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低成本太阳能蓄热全天候热水系统，其特征在于，其包括太阳能集热循环系统以及蓄能释能相变储能系统；
所述太阳能集热循环系统包括保温水箱（4）以及进水口与所述保温水箱（4）的下出水口通过太阳能集热循环泵（2-1）连通的太阳能集热器（1），所述太阳能集热器（1）的出水口与保温水箱（4）的上进水口连通，所述保温水箱（4）内部设置有低温相变蓄能单元（10）；
所述蓄能释能相变储能系统包括保温水箱（4）、第一过水口与所述保温水箱（4）上侧通过双向蓄能水泵（2-2）双向连通的高温相变蓄能单元（5），所述高温相变蓄能单元（5）的第二过水口与保温水箱（4）的下侧连通。
2.根据权利要求1所述的一种低成本太阳能蓄热全天候热水系统，其特征在于，所述高温相变蓄能单元（5）内部设置有电加热装置（6）。
3.根据权利要求1所述的一种低成本太阳能蓄热全天候热水系统，其特征在于，所述保温水箱（4）内部设置第一温度传感器（7）。
4.根据权利要求3所述的一种低成本太阳能蓄热全天候热水系统，其特征在于，所述太阳能集热器（1）内部设置第二温度传感器（8）。
5.根据权利要求4所述的一种低成本太阳能蓄热全天候热水系统，其特征在于，所述高温相变蓄能单元（5）内部设置第三温度传感器（9）。
6.根据权利要求5所述的一种低成本太阳能蓄热全天候热水系统，其特征在于，所述第一温度传感器（7）、第二温度传感器（8）、第三温度传感器（9）、太阳能集热循环泵（2-1）、双向蓄能水泵（2-2）与PLC控制器连接。
7.根据权利要求1所述的一种低成本太阳能蓄热全天候热水系统，其特征在于，所述保温水箱（4）的下进水口与补水箱（3）连通。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110345548A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-10-18 | 内蒙古科技大学 | 一种太阳能和相变材料耦合的供暖系统及其控制方法 |
| CN111981554A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-11-24 | 天津科技大学 | 一种基于太阳能和相变储能的储供热系统及控制方法 |
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