专利名称：一种太阳能采集传输和储存系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采集太阳能并将所采集到的太阳能传输到存储装置再由存 储装置向使用太阳能的负载进行传输的系统，在本发明的系统中包括有太阳能 集热器、热传输装置及其内设置有储热材料的储热装置。
背景技术：
太阳能是一种取之不竭，用之不尽的能源，太阳能既是公共能源，又是可 再生能源，可以直接或间接转换成任何形式的能量。它资源丰富，能量巨大，
以我国为例，绝大多数地区年平均日辐射量在4 kW h Alf以上，而西藏地区最 高达7 kWh/m2，可以说太阳能是一种取之不竭，用之不尽的能源，对环境无 任何污染，既可免费获得，又无需装载搬运。正是由于太阳能具有这些其它能 源无法相比的特点，人类对其的开发和利用日益受到重视。在目前石油价格急 剧波动，存量有限和能源紧缺的国际大背景下，其有效利用成为大家争相研究 和发展的尖端领域。目前，太阳能蓄电池、家用热水器等已广泛应用，取得了 不小的成果。但太阳能难以实现长时间连续供热。如何对太阳能的有效采集、 高效传输，特别是如何对太阳能进行存储，以实现长时间连续使用太阳能还是 一个急待解决的课题。
中国发明专利申请200810046815.8公开一种太阳能蓄热装置，它是利用气 体作为传热介质的太阳能蓄热装置，其中包括了储热室壳体、保温材料、金属 管道、支撑架、进气管、出气管、储热室门；储热室壳体由储热室外壁和储热 室内壁组成，储热室门与储热室内壁围成密封的储热空间；进气管与出气管非 对称设置在储热室壳体上，进气管、出气管分别与储热空间相通；储热空间内 至少设有一层支撑架，支撑架与储热室内壁固定连接，支撑架上放置有金属管 道，金属管道内封装有蓄热材料。根据其申请文件披露，该专利申请的储热空 间内的传热介质为气体，而所用的蓄热材料为金属、合金、熔融盐或碳酸钠与 氧化镁的复合相变材料。由于该专利申请所用的蓄热材料其相变温度较高，欲 用普通的太阳能集热装置加热作为传热介质气体很难实现该技术方案的蓄热材料相变蓄热，而采用特殊的集热装置其造价与结构在现阶段可t^难以接受。
中国发明专利申请200810018805.3公开一种热管式聚焦蓄能型中高温 太阳能集热器可解决太阳能热驱动制冷空调系统需要较高太阳能集热温度问 题；其中，太阳光通过反射板(2)聚焦在真空集热管(3)上，真空集热管内管(31) 外表面吸收太阳辐射进行光热转化，其热量被热蓄热容器(6)中赤糖醇相变材料 (X)吸收，碳钢一水热管(4)蒸发段(42)内的液态水吸收相变材料(X)凝固释放的潜 热后蒸发，水蒸气在热管(4)冷凝段(41)凝结放热加热集热水箱(1)内的水。采用 热管(4)作为热传递媒介可以实现无温差传热提高集热效率；可旋转抛物面反射 板(2)可跟踪太阳光入射方向最大程度实现太阳光聚焦作用提高集热温度；相变 蓄热介质(X)的使用克服了太阳辐射强度的周期变化实现了稳定热流输出。该技 术方案仍采用了聚焦式太阳能采集技术，其整体的结构相对也会比较的复杂。
中国实用新型专利200720072219.8公开一种变式热管蓄热器，它包括蓄热 筒体、热管，热管以并联形式置于蓄热筒体内，热管上套装有肋片，蓄热筒体 内的蓄热室充填相变材料；蓄热筒体下部置有用一挡板与蓄热室隔开的供热流 体通道，其一端连接有流体进口管，另一端连接有流体出口管；蓄热室上端连 接有充填相变材料进口管，下端连接有充填相变材料出口管；蓄热器还包括一 热交换器，其下部通过一管道与热管下端相连，上部通过一管道与热管上端相 连。该专利仍存在上述现有技术的不足。
发明内容
本发明提供一种可克服现有技术不足的采集、传输和存储太阳能的综合系 统，这一系统可以在阳光充裕时，充分收集太阳能，并经传输系统不断连续向 用户终端供热，同时可以在储热罐中储存多余的热量，利用储存热量在夜晚或 阴雨天时不间断向用热负载供热，实现长时间连续供热系统，实现系统能量在 时间和空间上的匹配。
本发明的系统包括太阳能集热器、热传输装置及其内设置有储热材料的储 热装置，整个系统由太阳能集热器、与太阳能集热器、储热装置和终端用热系 统相连的输热介质管构成，本发明中输热介质采用水或液压油，充分利用其流 动好、粘度低的特点，其中的储热装置为带有双层壁的容器，且双层壁间抽成真空。由于本发明的储热装置为带有真空夹层的容器，使其有较现有技术更好 的保温效果，最大限度地减少热量的损失。
本发明的储热装置的外壁外设置有绝热层，或者在储热装置的内壁内还设 置有绝热层。采用这一技术方案后可以使储热装置有最佳的保温效果，进一步 降低热量的损失。
本发明的储热装置内部设置有固定在容器内的支撑隔板上、其内放置装填 有储热材料的储热棒管，储热装置内位于储热棒外的空间注满储输热流体介质， 如水或液压油。本发明的储热棒用薄壁金属制成波形外壳，这一结构其一可以 有效解决与内部装填材料由于热膨胀系数不同而产生的热变形；其二可以充分 利用薄壁金属优良的导热性能；其三，在实际安装中将各储热棒波形交错布置， 如附图2示，可起到折流作用，使得输热介质流动形态复杂而曲折变化，强化 了储热效率；第四，储热棒的波纹形大大增加了与输热介质的传热面积，能将 热量在短时间内储存到储热棒内。
本发明中在储热棒内放置的储热材料是过饱和醋酸钠晶体，在储热棒内设 置有固定于伸缩杆的自由端的金属片，且金属片的端部与储热棒内的过饱和醋 酸钠相接触，伸縮杆的非自由端固定于连接座上，连接座后设置有复位弹簧和 电磁振动器。本发明也可采用压电陶瓷器件作为振动器的能量发生源，当彩压 电陶瓷器件就可不使用复位弹簧。本发明选用储热介质为过饱和醋酸钠晶体， 过饱和醋酸钠在吸取热量后发生相变转化为溶液，能储存大量热能。该溶液即 使在室温下也不会发生相变有晶体析出，但是如果位于其内的金属片发生振动， 就会扰动液体，同时产生局部热量，这会使金属片附近的液体浓度不均衡，浓 度大的那一点就成为晶核，晶体会在晶核上快速生长，发生结晶相变，结晶过 程会释放热量。试验表明，1kg醋酸钠晶体所释放的热量大约为336KJ，相当于 1kg水温度降低80度所释放的热量。该材料热疲劳性能好、热变化响应快，可 长期可逆重复使用，成本极低。本发明在连接有金属片的伸縮杆的非自由端固 定有电磁驱动的振动器，它相当于相变触发器，在设定温度下启动该触发器， 会使电磁振动装置工作，在复位弹簧和电磁力的作用下带动伸縮杆做轴向振动， 会带动储热管内的金属片运动，促使储热材料发生相变，在此温度结晶放热，并通过输热介质传递给不同的负载使用。
本发明的系统中太阳能集热装置设置于太阳自动跟踪装置上，可使集热器 跟随太阳的运动轨迹运动，使得集热器采光面始终处于太阳直射位置，最大可 能采集能量，使其最终转化率接近理论水平。
图1为本发明的太阳能采集传输和储存系统示意图。图2为本发明中放置 储热材料的波纹管示意图。图3为电磁振动器及振动杆结构示意图。
具体实施例方式
附图给出本发明的一个实施例，本发明以下结合附图解说
由图1可见，本发明由太阳集热器29、储热装置30、输热管路3、 12和12b、 3b等组成。其中
本发明的集热器29参见图1，带有保温层的壳体1上设有玻璃罩5，在玻璃罩 5下设置采光金属板有7，在金属板7之上涂有选择性涂层6，形成盒状的闷晒式 太阳能集热器，其结构与现有技术基本上是相同的，包括其上的选择性涂层在 现有技术中均有介绍。金属板7之下设置有热管2的吸热端，热管2的放热端位于 壳体1之内，各热管2用隔板9固定。壳体1内充有作为集热介质的水或液压油4， 介质4经管3和管12与储热装置30连通，壳体l安装于固定于支架ll上的太阳跟踪 装置10上。
本发明的储热装置30为一个带有双层夹壁14和15的容器，14与15之间抽成 真空，在容器内用支撑板16固定有内置有储热材料的波纹管17;容器内和波纹 管17外的空间内注满储热流体介质4。波纹管17的管壁22内放置有储热材料21， 参见图2，在本发明中使用的是过饱和醋酸钠，管17的两端封闭，或用堵头20封 闭。储热装置中还设置有一个振动装置18，振动装置18的内部结构参见图3，它 由伸縮杆24和电磁振动器27构成，其中伸缩杆24的非自由端固定于电磁振动器 27上，电磁振动器用法兰25固定于连接座26内。在管17中还设置有金属片23的 自由端，且伸于管17内的金属片23的自由端与储热材料21相接触。金属片23的 非自由端与伸縮杆24的自由端相固定，当电磁振动器发生振动时，会带动金属 片23振动，在储热材料21中产生扰动。另外在储热装置29的容器内设置有测温元件19。储热装置30内还设置有管12b和管3b与终端用热系统28连通，实现向用 热单元的输热。
本发明的系统中太阳能集热装置设置于太阳自动跟踪装置上，可使集热器 跟随太阳的运动轨迹运动，使得集热器采光面始终处于太阳直射位置，最大可 能采集能量，使其最终转化率接近理论水平。
本发明的储热装置也可称之为储热罐，其夹套内抽成真空形成的容器使之 与外界绝热，可有效防止热量扩散和损失；其内部的波纹形管内放置储热棒材 料。在储热罐内的波纹管以外的其它空间注满储热流体介质，并与集热器内的 加热第二层通道相连。当集热器采集热量后由集热介质将热量传递给热管束2， 热管束加热第二层通道内的流体传热介质，被加热的流体上升，进入到储热罐 内，同时储热罐内的冷流体传热介质补充到集热器第二层通道内，形成流体自 循环系统。在这种自循环情况下，由于流体的自循环因素，使得对流传热速率 增高；同时波纹形的储热管增大了传热面积，并不断改变流体的方向，进一步 加大了传热效果。这样传热流体介质在储热罐内将热量又快速传递给储热棒储 存起来。
本发明选用储热介质一过饱和醋酸钠晶体，在吸取热量后发生相变转化为 溶液，能储存大量热能。该溶液即使在室温下也不会发生相变有晶休析出。3 启动电磁振动装置，会带动位于储热装置内的金属片发生振动，对液态的过饱 和醋酸钠产生扰动，同时产生局部热量，这会使金属片附近的液体浓度不均衡， 浓度大的那一点就成为晶核，晶体会在晶核上快速生长，发生结晶相变，结晶 过程会释放热量。在此温度结晶放热，并通过输热介质传递给不同的负载使用。
权利要求
1、一种太阳能采集传输和储存系统，包括太阳能集热器、热传输装置及其内设置有储热材料的储热装置，其特征是系统由太阳能集热器、与太阳能集热器、储热装置和终端用热系统相连的输热介质管构成，其中的储热装置为带有双层壁的容器，且双层壁间抽成真空。
2、 根据权利要求l所述一种太阳能采集传输和储存系统，其特征是储热装 置的外壁外还设置有绝热层。
3、 根据权利要求2所述的一种太阳能采集传输和储存系统，其特征是储热 装置的内壁内还设置有绝热层。
4、 根据权利要求1或2或3所述的一种太阳能采集传输和储存系统，其特 征是储热装置内部设置有固定在容器的内支撑隔板上、其内放置有储热材料的 储热棒，储热装置内位于储热棒外的空间注满储输热流体介质。
5、 根据权利要求4所述的一种太阳能采集传输和储存系统，其特征是储热棒内放置的储热材料是过饱和醋酸钠晶体，在储热棒内设置有固定于伸缩杆的 自由端的金属片，且金属片的端部与储热棒内的过饱和醋酸钠相接触，伸縮杆 的非自由端固定于连接座上，连接座后设置有复位弹簧和电磁振动器。
6、 根据权利要求5所述的一种太阳能采集传输和储存系统，其特征是电磁 振动器为压电陶瓷器件。
7、 根据权利要求6所述的一种太阳能采集传输和储存系统，其特征是储热 棒是用薄壁金属制成外壳的波形管，相邻储热棒波形交错装配。
8、 根据权利要求7所述的一种太阳能采集传输和储存系统，其特征是系统 中太阳能集热装置设置于太阳自动跟踪装置上。
全文摘要
本发明涉及一种采集太阳能并将所采集到的太阳能传输到存储装置再由存储装置向使用太阳能的负载进行传输的系统。本发明的系统包括太阳能集热器、热传输装置及其内设置有储热材料的储热装置，整个系统由太阳能集热器、与太阳能集热器、储热装置和终端用热系统相连的输热介质管构成，本发明中输热介质采用水或液压油，充分利用其流动好、粘度低的特点，其中的储热装置为带有双层壁的容器，且双层壁间抽成真空。
文档编号F24D11/00GK101576322SQ20091000478
公开日2009年11月11日 申请日期2009年2月25日 优先权日2009年2月25日
发明者舒 张, 张培洲, 珲 邵 申请人:张培洲