热超导管排式太阳集热相变储能器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型热超导管排相变储能太阳能集热器，属于新型能源、太阳能能以及储能领域，用于太阳能低温、中温和高温吸收储存和加热。本发明内管同心插入外管内部，并且在外管的两端与内管外壁封闭焊接，形成同心套管结构换热器；内管与外管之间设有热超导工质；所述蒸发管一端封闭、另一端按照一定间距焊接于外管上，蒸发管的封闭端穿过真空集热管上的密封塞中心孔插入真空集热管中，蒸发管与真空集热管之间充满相变储能材料。本发明实现自储能，不需外置储热设备，整体美观，太阳能利用率高，可靠性高。能够平衡太阳能时间利用，即时加热，热能输出密度大，加热速度快，温度恒定，易于调控。
【专利说明】
热超导管排式太阳集热相变储能器
技术领域
[0001]本发明涉及一种新型热超导管排相变储能太阳能集热器，属于新型能源、太阳能能以及储能领域，用于太阳能低温、中温和高温吸收储存和加热。
技术背景
[0002]中国经济的迅速发展，导致对化石能源的过度消耗，从而产生全国性的严重环境污染和深度雾霾。解决经济发展能源消耗与环境和谐这一矛盾，就必须采取节约能源和采用洁净化能源的战略，其中最有前景的就是发展可再生能源。太阳能、风能、潮汐能和地热能等可再生能源都有可能成为未来人们广泛利用的新能源，其中太阳能的开发潜力最大。地球每年获得的太阳辐射能相当于全球每年一次能源消耗量的1.5X 14倍以上。我国的太阳能资源十分丰富，大约有三分之二国土面积的太阳辐射总量接近或超过6.0 X 19 J/(m2a)，为太阳能利用提供了良好的自然条件。但是由于太阳辐射能量密度低和辐射强度不稳定等原因，使得直接利用太阳能遇到了重重困难。为了提高太阳能热利用系统的稳定性和可靠性，储能技术和设备非常重要，因此稳定可靠而且高效的能量储存装置成为太阳能应用技术的关键。
[0003]目前主要的储能方式中潜热储能是利用物质在相变过程中，吸收或放出相变潜热来进行能量储存与释放的技术。潜热储能的储能密度高，而且，在储能过程中，材料在发生相变时，虽然吸收/放出大量的热，但温度近似恒定，可以根据应用需要选取合适的相变材料，开发多用途的相变储能及散热器具有重要的工程和实际意义。因此，相变储能是一种极具竞争力的储能方式，在制冷低温、太阳能利用、建筑节能、热能回收、航空航天领域都有着广泛的应用前景。
【发明内容】
[0004]本发明针对太阳能热利用过程中存在的不稳定性、不连续性、能量密度低、可靠性差、综合利用率不高、需要庞大储水箱问题，结合热超导技术、相变储能技术和真空集热管的特点，设计开发高效储能式太阳能集热器。
[0005]本发明包括:内管、外管，所述内管同心插入外管内部，并且在外管的两端与内管外壁封闭焊接，形成同心套管结构换热器；内管与外管之间设有热超导工质；
还包括:热超导管排，所述热超导管排包括:蒸发管、真空玻璃管、相变储能材料，所述蒸发管一端封闭、另一端按照一定间距焊接于外管上，蒸发管的封闭端穿过真空集热管上的密封塞中心孔插入真空集热管中，蒸发管与真空集热管之间充满相变储能材料。
[0006]所述内管与外管之间形成的夹套与多个蒸发管形成一个相互连通的密闭管排腔体，密闭管排腔体在真空状态下充入工质形成热超导管排。
[0007]所述外管上设有保温层。
[0008]所述真空集热管内壁上设有吸收层。
[0009]所述内管底中与外管之间设有折流板。
[0010]本发明实现自储能，不需外置储热设备，整体美观，太阳能利用率高，可靠性高。能够平衡太阳能时间利用，即时加热，热能输出密度大，加热速度快，温度恒定，易于调控，可广泛用于建筑一体化家庭生活热水供给、太阳能锅炉、太阳空调、太阳能采暖、太阳能低温发电以及阳光温室等领域，是太阳能热利用的一大突破。
[0011]本发明创新点
1、装置集太阳能吸收--自储能--释放加热为一体，有机融合太阳能真空集热管集热和封装相变储能材料，先进热超导管排传输储能材料中的热量用于加热目标流体。高效吸收，真空保温，超低热阻传热，装置总热效率极高。
[0012]2、一体装置，分体集热和储能，外观漂亮，储热能力大，热缓冲时间长，不炸管，防冻，可靠性好。
[0013]3、热超导管排热传输装置，由多个并行排列的蒸发管通过同心套管结构冷凝器连接到一起，形成同心套管间隙和蒸发管之间相互连通的封闭腔体。装置设计多个蒸发管共用一个水平套管冷凝器的独特结构，并装有折流板，既能分割冷凝液均匀分布，又能强化传热和增加冷凝面积。被加热流体通过套管结构内管，与装置内工质间接换热。蒸发管轴向设计翅片，既能定位蒸发管在真空集热管中的位置，又能强化相变储能材料与蒸发管之间的传热。
[0014]4、利用真空玻璃集热管(集热储热单元)，吸收和转换太阳能、盛装相变储能材料、真空保温隔热，具有成本低、储热效率高、热损失小、便于安装更换、使用灵活等特点。
[0015]5、独特开发的混合氯化石蜡低温相变储能材料，储能温度范围适合，无毒、无化学变化，反复使用储能温度范围和储热量不变，也没有过冷和过热现象发生，理化性能和可靠性双优。
[0016]6、真空集热管既是吸收单元也是储热单元，免去了太阳能热水利用中必须设置的储热保温水箱。
[0017]7、不仅能够平衡太阳能时间利用，而且用户端被加热流体即时加热，加热速度快，热输出量大，温度恒定，易于调控。
[0018]8、使用范围广，非常适合建筑一体化家庭单独生活热水供给，也可以用于太阳能锅炉、太阳空调、太阳能采暖、太阳能低温发电以及阳光温室等。
【附图说明】
[0019]图1为本发明装置正视图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1局部剖面图；
图4为图3的A-A图；
图5为图4的B-B图。
[0020]具体实施案例
热超导管排式太阳集热相变储能器，是由热超导管排、真空玻璃管、相变储能材料和安装固定支架组成。热超导管排有多个蒸发管3—端封闭另一端按照一定间距焊接于外管2上，内管I同心插入外管2内部，并且在外管的两端与内管外壁封闭焊接，形成同心套管结构换热器。多个蒸发管与同心套管夹套之间形成一个相互连通的密闭管排腔体，密闭管排腔体在真空状态下充入工质5形成热超导管排。为了强化传热，提高储能材料释放速率，蒸发管3在轴向设有翅片，增加蒸发管和储能材料的集热面。
[0021]热超导管排的每一个蒸发管3穿过密封塞8中心孔插入真空集热管6中。真空集热管6中充满相变储能材料9，当蒸发管完全插入真空集热管后，密封塞8在真空集热管上开口处塞紧密封，防止相变储能材料9的外溢和保温。同心套管结构换热器外管2外面包覆保温材料11，防止储存热量散失。
[0022]本发明的工作原理是，当太阳能光照射到真空集热管6上时，集热管内管上的吸收膜7吸收太阳辐射能，并将其转换为热能。热流通过管壁传递给内管内充装的固态相变材料9，固体相变材料9吸收热量，温度逐渐提高，当达到熔点时，开始液化大量吸收热量，并储存于材料中。储热过程分三个阶段进行，在初始阶段，相变材料9为固态，通过导热吸收热量温度逐步升高，显热储能；当材料9温度升至熔点时，开始液化相变，潜热吸收热量，温度保持恒定不变，该阶段为固-液两相共存；当储能单元11中相变材料9全部液化后，液相材料温度又逐步上升，继续显热储存能量。储热材料最高使用温度应低于气化温度。
[0023]当需要供热时，被加热流体流过套管结构换热器的内管I，由于被加热流体温度低于热超导管排内气-液两相工质的温度(气-液相工质温度接近于真空集热管中相变储能材料温度)，热流通过内管I管壁传导给经过流体，套管间隙内的工质气相冷凝放热，冷凝液4沿内管2外壁滑落流下，进入蒸发管3中沿内壁流下，在流下的过程中，吸收相变储能材料中热量而蒸发，蒸发的气相工质沿蒸发管向上流动到达套管结构换热器的内管I外壁，遇冷流冷凝，热量通过内管管壁传导给被加热流体，周而复始，实现热量从真空集热管集热一相变材料储能一被加热流体这一能量的转换和利用过程。
[0024]本发明装置以太阳能为热源，利用翅片热超导集热和加热循环干燥空气，高效废热回收交换器，具有干燥温度高且恒定，直接干燥速率快，结构紧凑，储热供热温度恒定(完全有储能材料熔点决定)，太阳能时间平衡利用，用户即时加热，加热速度快，安全可靠，使用方便等特点，不仅可以用于太阳能家庭生活热水供给，而且可广泛应用于太阳能锅炉、太阳能采暖、四季阳光温室等领域。
[0025]超导管排式太阳集热相变储能器
本发明针对太阳能采暖、生活热水、烘干干燥、温室加热、太阳能房等利用过程中存在的不连续性和不稳定性，设计储能散热。整合储存和释放两个过程，提高能源利用率，节约能源，零排放利用。
[0026]装置设计:
装置规格:热超导管排太阳集热相变储能器，可设计任意根蒸发管，总长度任意加工，但是一般情况下小于6000mm;装置总高一般为1500、1800、2 10mm三个规格;装置厚度一般为60mm左右。
[0027]管排套管规格:外管/内管直径:Φ57/Φ45、Φ45/ 30、Φ32/ 25
长度:任意
材料:铝合金、铜、不锈钢、低碳钢等管排蒸发管规格:直径:Φ 8、Φ 10、Φ 12、Φ 15 长度:1400-2000mm 材料:铝合金、铜、不锈钢、低碳钢等间距:75-80mm
数量:N(任意)
集热储热管:Φ 70x1800、Φ 58x2100、Φ 58x1800、Φ 47x1500集热储热管数量:N(任意)
储热管容量:N-4.2L/3.1L/2.7L/1.4L相变储能材料:改进氯化石蜡相变储热量:180-400 kj/kg；
储热单元容量:7.6 L/个相变温度:40-42 0C，56-60 °C，68-70 °C ；
技术性能参数:
总储能量:Nxl3MJ/ Nx9.9MJ/ Nx8.6MJ/ Nx4.5MJ/
储热温度:25°C_70°C
储能速率:?Nx150 ff
加热速率:-Nx200 WO流体温度25 0C。
【主权项】
1.热超导管排式太阳集热相变储能器，包括:内管(1)、外管(2)，其特征在于，所述内管(I)同心插入外管(2)内部，并且在外管(2)的两端与内管(I)外壁封闭焊接，形成同心套管结构换热器；内管(I)与外管(2)之间设有热超导工质(5); 还包括:热超导管排，所述热超导管排包括:蒸发管(3)、真空玻璃管(6)、相变储能材料(9)，所述蒸发管(3)—端封闭、另一端焊接于外管(2)上，蒸发管(3)的封闭端穿过真空集热管(6)上的密封塞(8)中心孔插入真空集热管(6)中，蒸发管(3)与真空集热管(6)之间充满相变储能材料(9)。2.根据权利要求1所述的热超导管排式太阳集热相变储能器，其特征在于，所述蒸发管(3)按一定间距分别在外管(2)上，内管(I)与外管(2)之间形成的夹套与多个蒸发管(3)形成一个相互连通的密闭管排腔体，密闭管排腔体在真空状态下充入工质(5)形成热超导管排。3.根据权利要求1或2所述的热超导管排式太阳集热相变储能器，其特征在于，外管(2)上设有保温层(11)。4.根据权利要求1所述的热超导管排式太阳集热相变储能器，其特征在于，真空集热管(6)内壁上设有吸收层。5.根据权利要求1所述的热超导管排式太阳集热相变储能器，其特征在于，内管(I)底中与外管(2)之间设有折流板(4)。
【文档编号】F24J2/32GK105928224SQ201610150385
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】王亚雄
【申请人】内蒙古博特科技有限责任公司