專利名稱：利用相變材料的太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能蓄熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前在我國“三北”地區(qū)的傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)是由熱源(如燃煤鍋爐、燃?xì)?油)鍋爐、熱化電站等)、熱網(wǎng)和室內(nèi)供暖系統(tǒng)組成。眾所周知，我國的供暖系統(tǒng)多為在20世紀(jì)50年代初引進(jìn)的前蘇聯(lián)的集中供熱模式，在長時(shí)期的運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)存在如下問題(1)我國采暖能耗過高，其指標(biāo)為同類氣候條件下發(fā)達(dá)國家的2～3倍；我國建筑物的供暖和空調(diào)的能源消耗占能源消耗總量的30～40％；(2)傳統(tǒng)供暖的熱源排放出大量的CO2、SO2和粉塵等有害物體，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的破壞(如全球溫暖化、酸雨等)。在我國能源的生產(chǎn)和消耗中煤碳的比例占70％以上，在以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)的條件下，建筑供暖用能更是造成城市大氣污染的主要因素之一。而我國地處北半球歐亞大陸的東部，幅員遼闊，太陽能資源豐富。根據(jù)全國700個(gè)氣象臺站長期實(shí)測積累的數(shù)據(jù)資料表明，我國各地太陽能輻射總量大約在3300～8400MJ/m2·a之間，其平均值約為5900MJ/m2·a。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有城市供熱能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重的問題，進(jìn)而提供了一種利用相變材料的太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)，解決該問題的技術(shù)方案如下本發(fā)明包含太陽能集熱器1、循環(huán)泵7、三通閥8、閥門9，太陽能集熱器1的輸出端分別與第一閥門9-1和第一三通閥8-1-1端連接，第一閥門9-1的另一端與第二閥門9-2的一端連接，第二閥門9-2的另一端與循環(huán)泵7的輸入端連接，循環(huán)泵7的輸出端與第二三通閥8-2-1的一端連接，第二三通閥8-2-2的一端與第一三通閥8-1-3的一端連接，第二三通閥8-2-3的一端與太陽能集熱器1的輸入端連接，在第一三通閥8-1-2與第一閥門9-1、第二閥門9-2的連接點(diǎn)處之間設(shè)置有蓄熱器2，蓄熱器2內(nèi)置有相變材料13，相變材料13上設(shè)有流體通道14。
本發(fā)明的利用相變材料的太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)具有充分利用可再生能源太陽能、相變蓄熱裝置的體積小，蓄熱器2的蓄熱效率高、熱泵機(jī)組12的運(yùn)行效率高，生態(tài)環(huán)境污染小的特點(diǎn)。


圖1是本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是蓄熱器2的外觀結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是圖2的A-A剖視圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式由太陽能集熱器1、循環(huán)泵7、三通閥8、閥門9組成，太陽能集熱器1的輸出端與第一閥門9-1和第一三通閥8-1-1連接，第一閥門9-1的另一端與第二閥門9-2的一端連接，第二閥門9-2的另一端與循環(huán)泵7的輸入端連接，循環(huán)泵7的輸出端與第二三通閥8-2-1一端連接，第二三通閥8-2-2的一端與第一三通閥8-1-3的一端連接，第二三通閥8-2-3的一端與太陽能集熱器1的輸入端連接，在第一三通閥8-1-2與第一閥門9-1、第二閥門9-2的連接點(diǎn)處之間設(shè)置有蓄熱器2，蓄熱器2內(nèi)置有相變材料13，相變材料13上設(shè)有流體通道14。
由于相變材料的相變潛熱遠(yuǎn)大于其顯熱，因此，蓄熱器2的體積可大大減小，可行性大大提高。蓄熱器2中采用的相變材料13為CaCl2·6H2O，該相變材料的熔點(diǎn)為29℃，相變潛熱為187.49kJ/kg，固相比熱為1.46kJ/kg·K，液相比熱為2.13kJ/kg·K，固相導(dǎo)熱系數(shù)為1.088W/m·K，液相導(dǎo)熱系數(shù)為0.54W/m·K，平均密度為1710kg/m3。其每m3相變材料的蓄熱量約為3.46×108J～3.82×108J。
一建筑物使用面積為239.21m2的兩層正南北方向別墅建筑。集熱時(shí)間約11個(gè)月左右；太陽輻射強(qiáng)度每日平均太陽輻射強(qiáng)度約為200～500W/m2。
以哈爾濱地區(qū)為例，太陽能集熱器1的面積Ac＝70～100m2，蓄熱器2的體積為565～850m3，集熱量為Q＝1.54×1011～2.61×1011J，蓄熱量為1.31×1011J～2.12×1011J，建筑物熱負(fù)荷Qa＝2.01×1011J，供熱量約占熱負(fù)荷的65～100％。
以北京地區(qū)為例，太陽能集熱器1的面積Ac＝30～40m2，蓄熱器2的體積為282m3，集熱量為Q＝8.21×1010J～10.2×1010J，蓄熱量為7.13×1010J～8.55×1010J，建筑物熱負(fù)荷Qa＝9.54×1010J，供熱量約占熱負(fù)荷的75～89.6％?？筛鶕?jù)地區(qū)及建筑物熱負(fù)荷的不同，來設(shè)計(jì)系統(tǒng)中太陽能集熱器1的面積和蓄熱器2的體積，以達(dá)到最佳匹配。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式是系統(tǒng)處于蓄熱模式，系統(tǒng)中的太陽能集熱器1與蓄熱器2和循環(huán)泵7一起運(yùn)行，關(guān)閉第一閥門9-1，換熱流體從太陽能集熱器1流出，輸入到第一三通閥8-1-1端，從第一三通閥8-1-2端(第一三通閥8-1-3的一端關(guān)閉)輸出到蓄熱器2的輸入端并從蓄熱器2中的相變材料13上的流體通道14中流過，蓄熱器2內(nèi)的相變材料13(PCM)從太陽能集熱器1流出的換熱流體吸取熱量并貯存在蓄熱器2中的相變材料13中，換熱流體從蓄熱器2的輸出端流出后，經(jīng)第二閥門9-2輸送給循環(huán)泵7的輸入端，循環(huán)泵7輸出的換熱流體至第二三通閥8-2-1的輸入端，在由第二三通閥8-2-3的輸出回輸給太陽能集熱器1的輸入端(第二三通閥8-2-2端關(guān)閉)，此循環(huán)過程可使蓄熱器2中的相變材料13(PCM)不斷從太陽能集熱器1流出的換熱流體中吸收熱量并貯存起來，完成蓄熱過程(此過程通過夏季太陽輻射強(qiáng)度高時(shí)來實(shí)現(xiàn))。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式是系統(tǒng)處于釋熱模式，本實(shí)施方式又增加有熱泵機(jī)組12，熱泵機(jī)組12的蒸發(fā)器3的兩輸入端連接在第二閥門9-2兩端的連接點(diǎn)上。熱泵機(jī)組12(哈爾濱地區(qū)可采用SHSR-250熱泵機(jī)組，標(biāo)準(zhǔn)工況制熱量為30KW；北京地區(qū)可采用SHSR-150熱泵機(jī)組，標(biāo)準(zhǔn)工況制熱量為18KW)由蒸發(fā)器3、節(jié)流機(jī)構(gòu)4、冷凝器5、壓縮機(jī)6組成，節(jié)流機(jī)構(gòu)4的一端與蒸發(fā)器3的一端連接，節(jié)流機(jī)構(gòu)4的另一端與冷凝器5的一端連接，冷凝器5的另一端與壓縮機(jī)6的一端連接，壓縮機(jī)6的另一端與蒸發(fā)器3的另一端連接。蓄熱器2、循環(huán)泵7和熱泵機(jī)組12一起運(yùn)行，關(guān)閉第一閥門9-1、第二閥門9-2，換熱流體從第一三通閥8-1-3端進(jìn)入，從第一三通閥8-1-2端(第一三通閥8-1-1的一端關(guān)閉)輸出到蓄熱器2的輸入端并從蓄熱器2中的相變材料13上的流體通道14中流過，(蓄熱器2已通過具體實(shí)施方式
一的過程貯存了足夠的熱能)，使換熱流體從蓄熱器2中的相變材料13(PCM)中吸收熱能后流入熱泵機(jī)組12的蒸發(fā)器3作為熱泵的低位熱源，由熱泵機(jī)組12向建筑物11供熱，換熱流體釋熱后從熱泵機(jī)組12的蒸發(fā)器3的另一端輸送到循環(huán)泵7的輸入端，經(jīng)循環(huán)泵7輸出的換熱流體進(jìn)入第二三通閥8-2-1的輸入端，再由第二三通閥8-2-2(第二三通閥8-2-3關(guān)閉)輸出至第一三通閥8-1-3端進(jìn)行循環(huán)。此釋熱過程適于冬季、夜間或陰天。本實(shí)施方式還增加有板式換熱器10和第三閥門9-3，板式換熱器10可才采用電加熱或水加熱方式，板式換熱器10的兩輸出端并聯(lián)在第三閥門9-3的兩端上，第三閥門9-3的兩端串聯(lián)在循環(huán)泵7的輸入端和第二閥門9-2與蒸發(fā)器3的連接點(diǎn)之間。當(dāng)太陽能的輻射較弱時(shí)或蓄熱量不足時(shí)可起動(dòng)板式換熱器10為換熱流體補(bǔ)充熱量。當(dāng)不需啟動(dòng)板式換熱器10時(shí)，開通第三閥門9-3將板式換熱器10短路，啟動(dòng)板式換熱器10時(shí)，第三閥門9-3關(guān)閉。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式是系統(tǒng)處于蓄熱、釋熱雙重模式，太陽能集熱器1、蓄熱器2、循環(huán)泵7和熱泵機(jī)組12一起運(yùn)行，關(guān)閉第一閥門9-1、第二閥門9-2，換熱流體通過太陽能集熱器1吸收熱量后輸入到第一三通閥8-1-1端從第一三通閥8-1-2端(第一三通閥8-1-3的一端關(guān)閉)輸出到蓄熱器2的輸入端并從蓄熱器2中的相變材料13上的流體通道14中流過，蓄熱器2內(nèi)的相變材料13(PCM)從太陽能集熱器1流出的換熱流體吸取熱量并貯存在蓄熱器2中的相變材料13中，換熱流體從蓄熱器2的輸出端流出后進(jìn)入熱泵機(jī)組12的蒸發(fā)器3，作為熱泵機(jī)組12的低位熱源，向建筑物11供熱，換熱流體釋熱后從熱泵機(jī)組12的蒸發(fā)器3的另一端輸送到第三閥門9-3的一端，在從第三閥門9-3的另一端輸出到循環(huán)泵7的輸入端，經(jīng)循環(huán)泵7輸出的換熱流體進(jìn)入第二三通閥8-2-1的輸入端，再由第二三通閥8-2-3(第二三通閥8-2-2關(guān)閉)輸出至太陽能集熱器1的輸入端繼續(xù)吸收熱量。上述循環(huán)過程既蓄熱又釋熱，此過程適合冬季白天太陽輻射較強(qiáng)并且當(dāng)集熱器的面積較大時(shí)，則太陽能集熱器1集得的熱量比建筑物11的熱負(fù)荷要多，因此可將多余的太陽能貯存起來備用。
權(quán)利要求
1.利用相變材料的太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)，它包含太陽能集熱器(1)、循環(huán)泵(7)、三通閥(8)、閥門(9)，太陽能集熱器(1)的輸出端分別與第一閥門(9-1)和第一三通閥(8-1-1)端連接，第一閥門(9-1)的另一端與第二閥門(9-2)的一端連接，第二閥門(9-2)的另一端與循環(huán)泵(7)的輸入端連接，循環(huán)泵(7)的輸出端與第二三通閥(8-2-1)的一端連接，第二三通閥(8-2-2)的一端與第一三通閥(8-1-3)的一端連接，第二三通閥(8-2-3)的一端與太陽能集熱器(1)的輸入端連接，其特征在于在第一三通閥(8-1-2)與第一閥門(9-1)、第二閥門(9-2)的連接點(diǎn)處之間設(shè)置有蓄熱器(2)，蓄熱器(2)內(nèi)置有相變材料(13)，相變材料(13)上設(shè)有流體通道(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用相變材料的太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)，其特征在于相變材料(13)采用CaCl2·6H2O。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用相變材料的太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)，其特征在于它還包含有熱泵機(jī)組(12)，熱泵機(jī)組(12)的兩輸入端連接在第二閥門(9-2)兩端的連接點(diǎn)上，熱泵機(jī)組(12)由蒸發(fā)器(3)、節(jié)流機(jī)構(gòu)(4)、冷凝器(5)、壓縮機(jī)(6)組成，節(jié)流機(jī)構(gòu)(4)的一端與蒸發(fā)器(3)的一端連接，節(jié)流機(jī)構(gòu)(4)的另一端與冷凝器(5)的一端連接，冷凝器(5)的另一端與壓縮機(jī)(6)的一端連接，壓縮機(jī)(6)的另一端與蒸發(fā)器(3)的另一端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用相變材料的太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)，其特征在于它還含有板式換熱器(10)和第三閥門(9-3)，板式換熱器(10)的兩輸出端并聯(lián)在第三閥門(9-3)的兩端上，第三閥門(9-3)的兩端串聯(lián)在循環(huán)泵(7)的輸入端和第二閥門(9-2)與熱泵機(jī)組(12)的蒸發(fā)器(3)的連接點(diǎn)之間。
全文摘要
利用相變材料的太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)，它涉及太陽能蓄熱系統(tǒng)，為了解決現(xiàn)有城市供熱能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重的問題。本系統(tǒng)由太陽能集熱器1、循環(huán)泵7、三通閥8、閥門9、板式換熱器10熱泵機(jī)組12組成，在第一三通閥8－1－2與蒸發(fā)器3、第一閥門9－1、第二閥門9－2的連接點(diǎn)處之間設(shè)置有蓄熱器2，蓄熱器2內(nèi)置有相變材料13，相變材料13上設(shè)有流體通道14。本發(fā)明的利用相變材料的太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)具有充分利用可再生能源太陽能、相變蓄熱裝置的體積小，蓄熱器2的蓄熱效率高、熱泵機(jī)組12的運(yùn)行效率高，生態(tài)環(huán)境污染小的特點(diǎn)。
文檔編號F24D11/00GK1731027SQ20051001026
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者姜益強(qiáng), 姚楊, 馬最良, 齊琦 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)