一種利用相變材料儲熱的太陽能中溫?zé)峥諝庀到y(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用相變材料儲熱的太陽能中溫?zé)峥諝庀到y(tǒng)，屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是一種清潔能源，太陽能應(yīng)用按溫度區(qū)間劃分為低溫(40~100°C)、中溫(100~250°C )和高溫(>250°C )，就我國太陽能光熱應(yīng)用領(lǐng)域而言，太陽能高溫主要用于太陽能光熱發(fā)電，中低溫可廣泛用于工農(nóng)業(yè)烘干用熱、食品加工用熱、建筑采暖及制冷等，其大規(guī)模應(yīng)用相對較少。
[0003]目前，很多工業(yè)、農(nóng)業(yè)熱能需求在60~220°C之間，所需的能量形式多為空氣熱能，包括建材工業(yè)砌塊養(yǎng)護(hù)、建材生料預(yù)加熱、農(nóng)產(chǎn)品和藥材烘干等領(lǐng)域，熱源主要由傳統(tǒng)化石能源燃燒獲得，太陽能中溫利用技術(shù)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用潛力非常巨大。但是這些加熱過程要求供熱源穩(wěn)定、連續(xù)，而太陽能受地理、晝夜和季節(jié)等規(guī)律性變化因素的影響以及陰晴云雨等隨機(jī)因素的制約，呈現(xiàn)不穩(wěn)定性和不連續(xù)性。為了保證太陽能在工業(yè)利用中的穩(wěn)定性，就需要利用儲熱裝置把太陽能儲存起來，在太陽能不足時再釋放出來，以滿足連續(xù)、穩(wěn)定供應(yīng)熱能的需要。
[0004]現(xiàn)有的太陽能中溫集熱-儲熱系統(tǒng)大多利用液態(tài)介質(zhì)如導(dǎo)熱油等作為傳熱媒介和儲熱材料，首先利用太陽能加熱液態(tài)介質(zhì)，再利用液態(tài)介質(zhì)加熱水產(chǎn)生所需的中溫?zé)嵴羝?。該過程存在二次換熱，大大增加了熱損失，效率較低；同時導(dǎo)熱油等存在熱容小、不穩(wěn)定、成本高等諸多缺點，因此利用空氣作為傳熱媒介是較好的選擇，但是空氣的比熱小，溫度變化劇烈，直接利用無法滿足工業(yè)應(yīng)用的穩(wěn)定性、連續(xù)性需求，因此需要設(shè)計適用的儲熱系統(tǒng)。
[0005]目前太陽能空氣儲熱領(lǐng)域的研宄主要集中在高溫利用領(lǐng)域，缺少對中溫利用領(lǐng)域的研宄。例如專利CN101226035A報道了一種利用氣體作為傳熱介質(zhì)的太陽能蓄熱裝置，該裝置采用相變蓄熱合金實現(xiàn)高溫太陽能利用，并且蓄-放熱過程可循環(huán)利用千次以上。
[0006]專利CN102818468A報道了一種固體儲熱裝置，采用耐火磚、巖石、陶瓷、玻璃、石墨、煤炭、土狀石墨、金屬、礦石、礦澄、混凝土等其中一種或至少兩種的混合物作為固體儲熱介質(zhì)。
[0007]專利CN102374812A報道了一種太陽能高溫相變儲熱裝置，采用石墨/無機(jī)鹽高溫相變復(fù)合材料作為儲熱工質(zhì)，實現(xiàn)了合理利用能量及儲熱系統(tǒng)，能夠恒溫輸出工質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種利用相變材料儲熱的太陽能中溫?zé)峥諝庀到y(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、利用相變材料儲熱實現(xiàn)連續(xù)供熱的太陽能中溫系統(tǒng)。
[0009]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種利用相變材料儲熱的太陽能中溫?zé)峥諝庀到y(tǒng)，包括通過集熱熱風(fēng)管道串聯(lián)在一起的數(shù)組太陽能空氣集熱器、多組相變儲熱體單元依次連接組成的相變儲熱體、用熱終端；所述數(shù)組太陽能空氣集熱器的一端通過所述集熱熱風(fēng)管道連有集熱風(fēng)機(jī)，另一端通過所述集熱熱風(fēng)管道分別連有儲熱熱風(fēng)管道、供熱熱風(fēng)管道I ;所述儲熱熱風(fēng)管道的一端分別連有儲熱風(fēng)機(jī)、所述相變儲熱體單元，另一端與所述供熱熱風(fēng)管道I相連；所述相變儲熱體的另一端設(shè)有帶儲熱出風(fēng)閥的儲熱出風(fēng)管，該儲熱出風(fēng)管連有供熱熱風(fēng)管道II;所述供熱熱風(fēng)管道I與所述供熱熱風(fēng)管道II均與所述用熱終端相連；相變儲熱體單元包括不銹鋼板、平行等距連接于不銹鋼板上的數(shù)根不銹鋼管，不銹鋼管內(nèi)填充添加有2~4%石墨的無機(jī)相變材料或有機(jī)相變材料。
[0010]進(jìn)一步地，所述相變儲熱體的一側(cè)下部設(shè)有儲熱體入風(fēng)口，其另一側(cè)上部設(shè)有儲熱體出風(fēng)口，每組相變儲熱體單元等距連接，相變儲熱體外由儲熱體保溫層包圍。
[0011]進(jìn)一步地，所述不銹鋼管的外徑為l~2cm，內(nèi)管徑為0.5~lcm?每相鄰兩根不銹鋼管間的間距大于等于0.5cm，小于等于2cm。
[0012]進(jìn)一步地，所述集熱風(fēng)機(jī)與所述數(shù)組太陽能空氣集熱器相連的所述集熱熱風(fēng)管道上設(shè)有熱流溫度計I。
[0013]進(jìn)一步地，所述數(shù)組太陽能空氣集熱器與所述儲熱熱風(fēng)管道相連的所述集熱熱風(fēng)管道上設(shè)有熱流溫度計II。
[0014]進(jìn)一步地，所述相變儲熱體上設(shè)有熱流溫度計III。
[0015]進(jìn)一步地，所述供熱熱風(fēng)管道I上分別設(shè)有供熱管路風(fēng)閥、熱流溫度計IV。
[0016]進(jìn)一步地，所述用熱終端上設(shè)有熱流溫度計V。
[0017]進(jìn)一步地，所述供熱熱風(fēng)管道II上分別設(shè)有熱流溫度計V1、儲熱管路風(fēng)閥，該儲熱管路風(fēng)閥靠近所述儲熱出風(fēng)管。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
1、由于本發(fā)明中儲熱單元為內(nèi)徑l~2cm的圓柱狀不銹鋼管，通過計算分析設(shè)計，鋼管的排布呈最佳流體力學(xué)和熱力學(xué)模型；同時鋼管中填充無機(jī)相變材料或有機(jī)相變材料，并均勻添加了微量高導(dǎo)熱率的材料，因此，相對于傳統(tǒng)的固體儲熱單元，儲熱密度大，導(dǎo)熱系數(shù)高，換熱速率均勻，熱學(xué)和力學(xué)性能穩(wěn)定，易于維護(hù)，在停用時無需專門處理，且成本低，使用壽命長，適合大規(guī)模應(yīng)用。
[0019]2、本發(fā)明相變儲熱體的一側(cè)下部設(shè)有儲熱體入風(fēng)口，其另一側(cè)上部設(shè)有儲熱體出風(fēng)口，通過儲熱熱風(fēng)管道、供熱熱風(fēng)管道連接相變儲熱體和太陽能空氣集熱器以及用熱終端，相變儲熱體內(nèi)部的換熱通過熱流體與管狀儲熱單元之間的熱傳導(dǎo)換熱，為達(dá)到完全換熱平衡，相變儲熱體在平行于熱流方向長度較長。
[0020]3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，相變儲熱體與太陽能空氣集熱器相結(jié)合，利用相變儲熱體的充放熱特性，在太陽能充足的情況下儲存熱量，在太陽能不足時或夜間釋放熱量，實現(xiàn)太陽能中溫在工業(yè)應(yīng)用中的連續(xù)供熱，滿足白天和夜間的熱能需求，有效地減少工業(yè)生產(chǎn)供熱過程中的燃煤用量，減少由于使用傳統(tǒng)能源造成的環(huán)境污染。
[0021]4、本發(fā)明利用空氣流體作為傳熱介質(zhì)，最高溫度可達(dá)200°C，換熱速率快，效率高，成本低，并且直接產(chǎn)生太陽能中溫應(yīng)用所需的空氣熱能，不存在不同介質(zhì)間的換熱，簡化熱能的轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)移過程，減少了熱損失，與其它的太陽能蓄熱系統(tǒng)相比熱效率高。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明利用相變材料儲熱的太陽能中溫?zé)峥諝庀到y(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2本發(fā)明中相變儲熱體的主視圖；
圖3本發(fā)明中相變儲熱體的俯視圖；
圖4本發(fā)明中相變儲熱體的左視圖。
[0023]圖中:1一集熱風(fēng)機(jī)；2—太陽能空氣集熱器；3—集熱管路風(fēng)閥；4一止回風(fēng)閥；5一儲熱風(fēng)機(jī)；6—相變儲熱體；7—儲熱出風(fēng)閥；8—儲熱管路風(fēng)閥；9一供熱管路風(fēng)閥；10一用熱終端；11一集熱熱風(fēng)管道；12—儲熱熱風(fēng)管道；13—供熱熱風(fēng)管道I ;14一儲熱單兀；15—儲熱體保溫層；16—儲熱體入風(fēng)口 ；17—儲熱體出風(fēng)口 ；18—供熱熱風(fēng)管道II ；19一熱流溫度計I ;20—熱流溫度計II ;21—熱流溫度計III ;22—熱流溫度計IV ;23—熱流溫度計V ;24—熱流溫度計VI。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，利用相變材料儲熱的太陽能中溫?zé)峥諝庀到y(tǒng)包括通過集熱熱風(fēng)管道11串聯(lián)在一起的數(shù)組太陽能空氣集熱器2、相變儲熱體6、用熱終端10。
[0025]數(shù)組太陽能空氣集熱器2的一端通過集熱熱風(fēng)管道11連有集熱風(fēng)機(jī)1，其另一端通過集熱熱風(fēng)管道11分別連有儲熱熱風(fēng)管道12、供熱熱風(fēng)管道113 ;儲熱熱風(fēng)管道12的一端分別連有儲熱風(fēng)機(jī)5、相變儲熱體6，其另一端與供熱熱風(fēng)管道113相連；相變儲熱體6的另一端設(shè)有帶儲熱出風(fēng)閥7的儲熱出風(fēng)管，該儲熱出風(fēng)管連有供熱熱風(fēng)管道1118 ;供熱熱風(fēng)管道113與供熱熱風(fēng)管道1118均與用熱終端10相連；相變儲熱體6的一側(cè)下部設(shè)有儲熱體入風(fēng)口 16，其另一側(cè)上部設(shè)有儲熱體出風(fēng)口 17，其內(nèi)部等距離設(shè)有數(shù)個儲熱單元14，其外設(shè)儲熱體保溫層15。
[0026]如圖2—圖4相變儲熱體單元包括不銹鋼板、平行等距連接于不銹鋼板上的數(shù)根不銹鋼管，不銹鋼管內(nèi)填充添加有2~4%石墨的無機(jī)相變材料或有機(jī)相變材料。
[0027]所述相變儲熱體的一側(cè)下部設(shè)有儲熱體入風(fēng)