專利名稱：一種太陽能采集傳輸和儲存系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采集太陽能并將所采集到的太陽能傳輸到存儲裝置再由存 儲裝置向使用太陽能的負載進行傳輸的系統，在本發明的系統中包括有太陽能 集熱器、熱傳輸裝置及其內設置有儲熱材料的儲熱裝置。
背景技術：
太陽能是一種取之不竭，用之不盡的能源，太陽能既是公共能源，又是可 再生能源，可以直接或間接轉換成任何形式的能量。它資源豐富，能量巨大，
以我國為例，絕大多數地區年平均日輻射量在4 kW h Alf以上，而西藏地區最 高達7 kWh/m2，可以說太陽能是一種取之不竭，用之不盡的能源，對環境無 任何污染，既可免費獲得，又無需裝載搬運。正是由于太陽能具有這些其它能 源無法相比的特點，人類對其的開發和利用日益受到重視。在目前石油價格急 劇波動，存量有限和能源緊缺的國際大背景下，其有效利用成為大家爭相研究 和發展的尖端領域。目前，太陽能蓄電池、家用熱水器等已廣泛應用，取得了 不小的成果。但太陽能難以實現長時間連續供熱。如何對太陽能的有效采集、 高效傳輸，特別是如何對太陽能進行存儲，以實現長時間連續使用太陽能還是 一個急待解決的課題。
中國發明專利申請200810046815.8公開一種太陽能蓄熱裝置，它是利用氣 體作為傳熱介質的太陽能蓄熱裝置，其中包括了儲熱室殼體、保溫材料、金屬 管道、支撐架、進氣管、出氣管、儲熱室門；儲熱室殼體由儲熱室外壁和儲熱 室內壁組成，儲熱室門與儲熱室內壁圍成密封的儲熱空間；進氣管與出氣管非 對稱設置在儲熱室殼體上，進氣管、出氣管分別與儲熱空間相通；儲熱空間內 至少設有一層支撐架，支撐架與儲熱室內壁固定連接，支撐架上放置有金屬管 道，金屬管道內封裝有蓄熱材料。根據其申請文件披露，該專利申請的儲熱空 間內的傳熱介質為氣體，而所用的蓄熱材料為金屬、合金、熔融鹽或碳酸鈉與 氧化鎂的復合相變材料。由于該專利申請所用的蓄熱材料其相變溫度較高，欲 用普通的太陽能集熱裝置加熱作為傳熱介質氣體很難實現該技術方案的蓄熱材料相變蓄熱，而采用特殊的集熱裝置其造價與結構在現階段可t^難以接受。
中國發明專利申請200810018805.3公開一種熱管式聚焦蓄能型中高溫 太陽能集熱器可解決太陽能熱驅動制冷空調系統需要較高太陽能集熱溫度問 題；其中，太陽光通過反射板(2)聚焦在真空集熱管(3)上，真空集熱管內管(31) 外表面吸收太陽輻射進行光熱轉化，其熱量被熱蓄熱容器(6)中赤糖醇相變材料 (X)吸收，碳鋼一水熱管(4)蒸發段(42)內的液態水吸收相變材料(X)凝固釋放的潛 熱后蒸發，水蒸氣在熱管(4)冷凝段(41)凝結放熱加熱集熱水箱(1)內的水。采用 熱管(4)作為熱傳遞媒介可以實現無溫差傳熱提高集熱效率；可旋轉拋物面反射 板(2)可跟蹤太陽光入射方向最大程度實現太陽光聚焦作用提高集熱溫度；相變 蓄熱介質(X)的使用克服了太陽輻射強度的周期變化實現了穩定熱流輸出。該技 術方案仍采用了聚焦式太陽能采集技術，其整體的結構相對也會比較的復雜。
中國實用新型專利200720072219.8公開一種變式熱管蓄熱器，它包括蓄熱 筒體、熱管，熱管以并聯形式置于蓄熱筒體內，熱管上套裝有肋片，蓄熱筒體 內的蓄熱室充填相變材料；蓄熱筒體下部置有用一擋板與蓄熱室隔開的供熱流 體通道，其一端連接有流體進口管，另一端連接有流體出口管；蓄熱室上端連 接有充填相變材料進口管，下端連接有充填相變材料出口管；蓄熱器還包括一 熱交換器，其下部通過一管道與熱管下端相連，上部通過一管道與熱管上端相 連。該專利仍存在上述現有技術的不足。

發明內容
本發明提供一種可克服現有技術不足的采集、傳輸和存儲太陽能的綜合系 統，這一系統可以在陽光充裕時，充分收集太陽能，并經傳輸系統不斷連續向 用戶終端供熱，同時可以在儲熱罐中儲存多余的熱量，利用儲存熱量在夜晚或 陰雨天時不間斷向用熱負載供熱，實現長時間連續供熱系統，實現系統能量在 時間和空間上的匹配。
本發明的系統包括太陽能集熱器、熱傳輸裝置及其內設置有儲熱材料的儲 熱裝置，整個系統由太陽能集熱器、與太陽能集熱器、儲熱裝置和終端用熱系 統相連的輸熱介質管構成，本發明中輸熱介質采用水或液壓油，充分利用其流 動好、粘度低的特點，其中的儲熱裝置為帶有雙層壁的容器，且雙層壁間抽成真空。由于本發明的儲熱裝置為帶有真空夾層的容器，使其有較現有技術更好 的保溫效果，最大限度地減少熱量的損失。
本發明的儲熱裝置的外壁外設置有絕熱層，或者在儲熱裝置的內壁內還設 置有絕熱層。采用這一技術方案后可以使儲熱裝置有最佳的保溫效果，進一步 降低熱量的損失。
本發明的儲熱裝置內部設置有固定在容器內的支撐隔板上、其內放置裝填 有儲熱材料的儲熱棒管，儲熱裝置內位于儲熱棒外的空間注滿儲輸熱流體介質， 如水或液壓油。本發明的儲熱棒用薄壁金屬制成波形外殼，這一結構其一可以 有效解決與內部裝填材料由于熱膨脹系數不同而產生的熱變形；其二可以充分 利用薄壁金屬優良的導熱性能；其三，在實際安裝中將各儲熱棒波形交錯布置， 如附圖2示，可起到折流作用，使得輸熱介質流動形態復雜而曲折變化，強化 了儲熱效率；第四，儲熱棒的波紋形大大增加了與輸熱介質的傳熱面積，能將 熱量在短時間內儲存到儲熱棒內。
本發明中在儲熱棒內放置的儲熱材料是過飽和醋酸鈉晶體，在儲熱棒內設 置有固定于伸縮桿的自由端的金屬片，且金屬片的端部與儲熱棒內的過飽和醋 酸鈉相接觸，伸縮桿的非自由端固定于連接座上，連接座后設置有復位彈簧和 電磁振動器。本發明也可采用壓電陶瓷器件作為振動器的能量發生源，當彩壓 電陶瓷器件就可不使用復位彈簧。本發明選用儲熱介質為過飽和醋酸鈉晶體， 過飽和醋酸鈉在吸取熱量后發生相變轉化為溶液，能儲存大量熱能。該溶液即 使在室溫下也不會發生相變有晶體析出，但是如果位于其內的金屬片發生振動， 就會擾動液體，同時產生局部熱量，這會使金屬片附近的液體濃度不均衡，濃 度大的那一點就成為晶核，晶體會在晶核上快速生長，發生結晶相變，結晶過 程會釋放熱量。試驗表明，1kg醋酸鈉晶體所釋放的熱量大約為336KJ，相當于 1kg水溫度降低80度所釋放的熱量。該材料熱疲勞性能好、熱變化響應快，可 長期可逆重復使用，成本極低。本發明在連接有金屬片的伸縮桿的非自由端固 定有電磁驅動的振動器，它相當于相變觸發器，在設定溫度下啟動該觸發器， 會使電磁振動裝置工作，在復位彈簧和電磁力的作用下帶動伸縮桿做軸向振動， 會帶動儲熱管內的金屬片運動，促使儲熱材料發生相變，在此溫度結晶放熱，并通過輸熱介質傳遞給不同的負載使用。
本發明的系統中太陽能集熱裝置設置于太陽自動跟蹤裝置上，可使集熱器 跟隨太陽的運動軌跡運動，使得集熱器采光面始終處于太陽直射位置，最大可 能采集能量，使其最終轉化率接近理論水平。


圖1為本發明的太陽能采集傳輸和儲存系統示意圖。圖2為本發明中放置 儲熱材料的波紋管示意圖。圖3為電磁振動器及振動桿結構示意圖。
具體實施例方式
附圖給出本發明的一個實施例，本發明以下結合附圖解說
由圖1可見，本發明由太陽集熱器29、儲熱裝置30、輸熱管路3、 12和12b、 3b等組成。其中
本發明的集熱器29參見圖1，帶有保溫層的殼體1上設有玻璃罩5，在玻璃罩 5下設置采光金屬板有7，在金屬板7之上涂有選擇性涂層6，形成盒狀的悶曬式 太陽能集熱器，其結構與現有技術基本上是相同的，包括其上的選擇性涂層在 現有技術中均有介紹。金屬板7之下設置有熱管2的吸熱端，熱管2的放熱端位于 殼體1之內，各熱管2用隔板9固定。殼體1內充有作為集熱介質的水或液壓油4， 介質4經管3和管12與儲熱裝置30連通，殼體l安裝于固定于支架ll上的太陽跟蹤 裝置10上。
本發明的儲熱裝置30為一個帶有雙層夾壁14和15的容器，14與15之間抽成 真空，在容器內用支撐板16固定有內置有儲熱材料的波紋管17;容器內和波紋 管17外的空間內注滿儲熱流體介質4。波紋管17的管壁22內放置有儲熱材料21， 參見圖2，在本發明中使用的是過飽和醋酸鈉，管17的兩端封閉，或用堵頭20封 閉。儲熱裝置中還設置有一個振動裝置18，振動裝置18的內部結構參見圖3，它 由伸縮桿24和電磁振動器27構成，其中伸縮桿24的非自由端固定于電磁振動器 27上，電磁振動器用法蘭25固定于連接座26內。在管17中還設置有金屬片23的 自由端，且伸于管17內的金屬片23的自由端與儲熱材料21相接觸。金屬片23的 非自由端與伸縮桿24的自由端相固定，當電磁振動器發生振動時，會帶動金屬 片23振動，在儲熱材料21中產生擾動。另外在儲熱裝置29的容器內設置有測溫元件19。儲熱裝置30內還設置有管12b和管3b與終端用熱系統28連通，實現向用 熱單元的輸熱。
本發明的系統中太陽能集熱裝置設置于太陽自動跟蹤裝置上，可使集熱器 跟隨太陽的運動軌跡運動，使得集熱器采光面始終處于太陽直射位置，最大可 能采集能量，使其最終轉化率接近理論水平。
本發明的儲熱裝置也可稱之為儲熱罐，其夾套內抽成真空形成的容器使之 與外界絕熱，可有效防止熱量擴散和損失；其內部的波紋形管內放置儲熱棒材 料。在儲熱罐內的波紋管以外的其它空間注滿儲熱流體介質，并與集熱器內的 加熱第二層通道相連。當集熱器采集熱量后由集熱介質將熱量傳遞給熱管束2， 熱管束加熱第二層通道內的流體傳熱介質，被加熱的流體上升，進入到儲熱罐 內，同時儲熱罐內的冷流體傳熱介質補充到集熱器第二層通道內，形成流體自 循環系統。在這種自循環情況下，由于流體的自循環因素，使得對流傳熱速率 增高；同時波紋形的儲熱管增大了傳熱面積，并不斷改變流體的方向，進一步 加大了傳熱效果。這樣傳熱流體介質在儲熱罐內將熱量又快速傳遞給儲熱棒儲 存起來。
本發明選用儲熱介質一過飽和醋酸鈉晶體，在吸取熱量后發生相變轉化為 溶液，能儲存大量熱能。該溶液即使在室溫下也不會發生相變有晶休析出。3 啟動電磁振動裝置，會帶動位于儲熱裝置內的金屬片發生振動，對液態的過飽 和醋酸鈉產生擾動，同時產生局部熱量，這會使金屬片附近的液體濃度不均衡， 濃度大的那一點就成為晶核，晶體會在晶核上快速生長，發生結晶相變，結晶 過程會釋放熱量。在此溫度結晶放熱，并通過輸熱介質傳遞給不同的負載使用。
權利要求
1、一種太陽能采集傳輸和儲存系統，包括太陽能集熱器、熱傳輸裝置及其內設置有儲熱材料的儲熱裝置，其特征是系統由太陽能集熱器、與太陽能集熱器、儲熱裝置和終端用熱系統相連的輸熱介質管構成，其中的儲熱裝置為帶有雙層壁的容器，且雙層壁間抽成真空。
2、 根據權利要求l所述一種太陽能采集傳輸和儲存系統，其特征是儲熱裝 置的外壁外還設置有絕熱層。
3、 根據權利要求2所述的一種太陽能采集傳輸和儲存系統，其特征是儲熱 裝置的內壁內還設置有絕熱層。
4、 根據權利要求1或2或3所述的一種太陽能采集傳輸和儲存系統，其特 征是儲熱裝置內部設置有固定在容器的內支撐隔板上、其內放置有儲熱材料的 儲熱棒，儲熱裝置內位于儲熱棒外的空間注滿儲輸熱流體介質。
5、 根據權利要求4所述的一種太陽能采集傳輸和儲存系統，其特征是儲熱棒內放置的儲熱材料是過飽和醋酸鈉晶體，在儲熱棒內設置有固定于伸縮桿的 自由端的金屬片，且金屬片的端部與儲熱棒內的過飽和醋酸鈉相接觸，伸縮桿 的非自由端固定于連接座上，連接座后設置有復位彈簧和電磁振動器。
6、 根據權利要求5所述的一種太陽能采集傳輸和儲存系統，其特征是電磁 振動器為壓電陶瓷器件。
7、 根據權利要求6所述的一種太陽能采集傳輸和儲存系統，其特征是儲熱 棒是用薄壁金屬制成外殼的波形管，相鄰儲熱棒波形交錯裝配。
8、 根據權利要求7所述的一種太陽能采集傳輸和儲存系統，其特征是系統 中太陽能集熱裝置設置于太陽自動跟蹤裝置上。
全文摘要
本發明涉及一種采集太陽能并將所采集到的太陽能傳輸到存儲裝置再由存儲裝置向使用太陽能的負載進行傳輸的系統。本發明的系統包括太陽能集熱器、熱傳輸裝置及其內設置有儲熱材料的儲熱裝置，整個系統由太陽能集熱器、與太陽能集熱器、儲熱裝置和終端用熱系統相連的輸熱介質管構成，本發明中輸熱介質采用水或液壓油，充分利用其流動好、粘度低的特點，其中的儲熱裝置為帶有雙層壁的容器，且雙層壁間抽成真空。
文檔編號F24D11/00GK101576322SQ20091000478
公開日2009年11月11日 申請日期2009年2月25日 優先權日2009年2月25日
發明者舒 張, 張培洲, 琿 邵 申請人:張培洲