熱超導(dǎo)管排式太陽集熱相變儲能器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型熱超導(dǎo)管排相變儲能太陽能集熱器，屬于新型能源、太陽能能以及儲能領(lǐng)域，用于太陽能低溫、中溫和高溫吸收儲存和加熱。本發(fā)明內(nèi)管同心插入外管內(nèi)部，并且在外管的兩端與內(nèi)管外壁封閉焊接，形成同心套管結(jié)構(gòu)換熱器；內(nèi)管與外管之間設(shè)有熱超導(dǎo)工質(zhì)；所述蒸發(fā)管一端封閉、另一端按照一定間距焊接于外管上，蒸發(fā)管的封閉端穿過真空集熱管上的密封塞中心孔插入真空集熱管中，蒸發(fā)管與真空集熱管之間充滿相變儲能材料。本發(fā)明實現(xiàn)自儲能，不需外置儲熱設(shè)備，整體美觀，太陽能利用率高，可靠性高。能夠平衡太陽能時間利用，即時加熱，熱能輸出密度大，加熱速度快，溫度恒定，易于調(diào)控。
【專利說明】
熱超導(dǎo)管排式太陽集熱相變儲能器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種新型熱超導(dǎo)管排相變儲能太陽能集熱器，屬于新型能源、太陽能能以及儲能領(lǐng)域，用于太陽能低溫、中溫和高溫吸收儲存和加熱。
技術(shù)背景
[0002]中國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致對化石能源的過度消耗，從而產(chǎn)生全國性的嚴(yán)重環(huán)境污染和深度霧霾。解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展能源消耗與環(huán)境和諧這一矛盾，就必須采取節(jié)約能源和采用潔凈化能源的戰(zhàn)略，其中最有前景的就是發(fā)展可再生能源。太陽能、風(fēng)能、潮汐能和地?zé)崮艿瓤稍偕茉炊加锌赡艹蔀槲磥砣藗儚V泛利用的新能源，其中太陽能的開發(fā)潛力最大。地球每年獲得的太陽輻射能相當(dāng)于全球每年一次能源消耗量的1.5X 14倍以上。我國的太陽能資源十分豐富，大約有三分之二國土面積的太陽輻射總量接近或超過6.0 X 19 J/(m2a)，為太陽能利用提供了良好的自然條件。但是由于太陽輻射能量密度低和輻射強(qiáng)度不穩(wěn)定等原因，使得直接利用太陽能遇到了重重困難。為了提高太陽能熱利用系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，儲能技術(shù)和設(shè)備非常重要，因此穩(wěn)定可靠而且高效的能量儲存裝置成為太陽能應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵。
[0003]目前主要的儲能方式中潛熱儲能是利用物質(zhì)在相變過程中，吸收或放出相變潛熱來進(jìn)行能量儲存與釋放的技術(shù)。潛熱儲能的儲能密度高，而且，在儲能過程中，材料在發(fā)生相變時，雖然吸收/放出大量的熱，但溫度近似恒定，可以根據(jù)應(yīng)用需要選取合適的相變材料，開發(fā)多用途的相變儲能及散熱器具有重要的工程和實際意義。因此，相變儲能是一種極具競爭力的儲能方式，在制冷低溫、太陽能利用、建筑節(jié)能、熱能回收、航空航天領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對太陽能熱利用過程中存在的不穩(wěn)定性、不連續(xù)性、能量密度低、可靠性差、綜合利用率不高、需要龐大儲水箱問題，結(jié)合熱超導(dǎo)技術(shù)、相變儲能技術(shù)和真空集熱管的特點(diǎn)，設(shè)計開發(fā)高效儲能式太陽能集熱器。
[0005]本發(fā)明包括:內(nèi)管、外管，所述內(nèi)管同心插入外管內(nèi)部，并且在外管的兩端與內(nèi)管外壁封閉焊接，形成同心套管結(jié)構(gòu)換熱器；內(nèi)管與外管之間設(shè)有熱超導(dǎo)工質(zhì)；
還包括:熱超導(dǎo)管排，所述熱超導(dǎo)管排包括:蒸發(fā)管、真空玻璃管、相變儲能材料，所述蒸發(fā)管一端封閉、另一端按照一定間距焊接于外管上，蒸發(fā)管的封閉端穿過真空集熱管上的密封塞中心孔插入真空集熱管中，蒸發(fā)管與真空集熱管之間充滿相變儲能材料。
[0006]所述內(nèi)管與外管之間形成的夾套與多個蒸發(fā)管形成一個相互連通的密閉管排腔體，密閉管排腔體在真空狀態(tài)下充入工質(zhì)形成熱超導(dǎo)管排。
[0007]所述外管上設(shè)有保溫層。
[0008]所述真空集熱管內(nèi)壁上設(shè)有吸收層。
[0009]所述內(nèi)管底中與外管之間設(shè)有折流板。
[0010]本發(fā)明實現(xiàn)自儲能，不需外置儲熱設(shè)備，整體美觀，太陽能利用率高，可靠性高。能夠平衡太陽能時間利用，即時加熱，熱能輸出密度大，加熱速度快，溫度恒定，易于調(diào)控，可廣泛用于建筑一體化家庭生活熱水供給、太陽能鍋爐、太陽空調(diào)、太陽能采暖、太陽能低溫發(fā)電以及陽光溫室等領(lǐng)域，是太陽能熱利用的一大突破。
[0011]本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)
1、裝置集太陽能吸收--自儲能--釋放加熱為一體，有機(jī)融合太陽能真空集熱管集熱和封裝相變儲能材料，先進(jìn)熱超導(dǎo)管排傳輸儲能材料中的熱量用于加熱目標(biāo)流體。高效吸收，真空保溫，超低熱阻傳熱，裝置總熱效率極高。
[0012]2、一體裝置，分體集熱和儲能，外觀漂亮，儲熱能力大，熱緩沖時間長，不炸管，防凍，可靠性好。
[0013]3、熱超導(dǎo)管排熱傳輸裝置，由多個并行排列的蒸發(fā)管通過同心套管結(jié)構(gòu)冷凝器連接到一起，形成同心套管間隙和蒸發(fā)管之間相互連通的封閉腔體。裝置設(shè)計多個蒸發(fā)管共用一個水平套管冷凝器的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，并裝有折流板，既能分割冷凝液均勻分布，又能強(qiáng)化傳熱和增加冷凝面積。被加熱流體通過套管結(jié)構(gòu)內(nèi)管，與裝置內(nèi)工質(zhì)間接換熱。蒸發(fā)管軸向設(shè)計翅片，既能定位蒸發(fā)管在真空集熱管中的位置，又能強(qiáng)化相變儲能材料與蒸發(fā)管之間的傳熱。
[0014]4、利用真空玻璃集熱管(集熱儲熱單元)，吸收和轉(zhuǎn)換太陽能、盛裝相變儲能材料、真空保溫隔熱，具有成本低、儲熱效率高、熱損失小、便于安裝更換、使用靈活等特點(diǎn)。
[0015]5、獨(dú)特開發(fā)的混合氯化石蠟低溫相變儲能材料，儲能溫度范圍適合，無毒、無化學(xué)變化，反復(fù)使用儲能溫度范圍和儲熱量不變，也沒有過冷和過熱現(xiàn)象發(fā)生，理化性能和可靠性雙優(yōu)。
[0016]6、真空集熱管既是吸收單元也是儲熱單元，免去了太陽能熱水利用中必須設(shè)置的儲熱保溫水箱。
[0017]7、不僅能夠平衡太陽能時間利用，而且用戶端被加熱流體即時加熱，加熱速度快，熱輸出量大，溫度恒定，易于調(diào)控。
[0018]8、使用范圍廣，非常適合建筑一體化家庭單獨(dú)生活熱水供給，也可以用于太陽能鍋爐、太陽空調(diào)、太陽能采暖、太陽能低溫發(fā)電以及陽光溫室等。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明裝置正視圖；
圖2為圖1的側(cè)視圖；
圖3為圖1局部剖面圖；
圖4為圖3的A-A圖；
圖5為圖4的B-B圖。
[0020]具體實施案例
熱超導(dǎo)管排式太陽集熱相變儲能器，是由熱超導(dǎo)管排、真空玻璃管、相變儲能材料和安裝固定支架組成。熱超導(dǎo)管排有多個蒸發(fā)管3—端封閉另一端按照一定間距焊接于外管2上，內(nèi)管I同心插入外管2內(nèi)部，并且在外管的兩端與內(nèi)管外壁封閉焊接，形成同心套管結(jié)構(gòu)換熱器。多個蒸發(fā)管與同心套管夾套之間形成一個相互連通的密閉管排腔體，密閉管排腔體在真空狀態(tài)下充入工質(zhì)5形成熱超導(dǎo)管排。為了強(qiáng)化傳熱，提高儲能材料釋放速率，蒸發(fā)管3在軸向設(shè)有翅片，增加蒸發(fā)管和儲能材料的集熱面。
[0021]熱超導(dǎo)管排的每一個蒸發(fā)管3穿過密封塞8中心孔插入真空集熱管6中。真空集熱管6中充滿相變儲能材料9，當(dāng)蒸發(fā)管完全插入真空集熱管后，密封塞8在真空集熱管上開口處塞緊密封，防止相變儲能材料9的外溢和保溫。同心套管結(jié)構(gòu)換熱器外管2外面包覆保溫材料11，防止儲存熱量散失。
[0022]本發(fā)明的工作原理是，當(dāng)太陽能光照射到真空集熱管6上時，集熱管內(nèi)管上的吸收膜7吸收太陽輻射能，并將其轉(zhuǎn)換為熱能。熱流通過管壁傳遞給內(nèi)管內(nèi)充裝的固態(tài)相變材料9，固體相變材料9吸收熱量，溫度逐漸提高，當(dāng)達(dá)到熔點(diǎn)時，開始液化大量吸收熱量，并儲存于材料中。儲熱過程分三個階段進(jìn)行，在初始階段，相變材料9為固態(tài)，通過導(dǎo)熱吸收熱量溫度逐步升高，顯熱儲能；當(dāng)材料9溫度升至熔點(diǎn)時，開始液化相變，潛熱吸收熱量，溫度保持恒定不變，該階段為固-液兩相共存；當(dāng)儲能單元11中相變材料9全部液化后，液相材料溫度又逐步上升，繼續(xù)顯熱儲存能量。儲熱材料最高使用溫度應(yīng)低于氣化溫度。
[0023]當(dāng)需要供熱時，被加熱流體流過套管結(jié)構(gòu)換熱器的內(nèi)管I，由于被加熱流體溫度低于熱超導(dǎo)管排內(nèi)氣-液兩相工質(zhì)的溫度(氣-液相工質(zhì)溫度接近于真空集熱管中相變儲能材料溫度)，熱流通過內(nèi)管I管壁傳導(dǎo)給經(jīng)過流體，套管間隙內(nèi)的工質(zhì)氣相冷凝放熱，冷凝液4沿內(nèi)管2外壁滑落流下，進(jìn)入蒸發(fā)管3中沿內(nèi)壁流下，在流下的過程中，吸收相變儲能材料中熱量而蒸發(fā)，蒸發(fā)的氣相工質(zhì)沿蒸發(fā)管向上流動到達(dá)套管結(jié)構(gòu)換熱器的內(nèi)管I外壁，遇冷流冷凝，熱量通過內(nèi)管管壁傳導(dǎo)給被加熱流體，周而復(fù)始，實現(xiàn)熱量從真空集熱管集熱一相變材料儲能一被加熱流體這一能量的轉(zhuǎn)換和利用過程。
[0024]本發(fā)明裝置以太陽能為熱源，利用翅片熱超導(dǎo)集熱和加熱循環(huán)干燥空氣，高效廢熱回收交換器，具有干燥溫度高且恒定，直接干燥速率快，結(jié)構(gòu)緊湊，儲熱供熱溫度恒定(完全有儲能材料熔點(diǎn)決定)，太陽能時間平衡利用，用戶即時加熱，加熱速度快，安全可靠，使用方便等特點(diǎn)，不僅可以用于太陽能家庭生活熱水供給，而且可廣泛應(yīng)用于太陽能鍋爐、太陽能采暖、四季陽光溫室等領(lǐng)域。
[0025]超導(dǎo)管排式太陽集熱相變儲能器
本發(fā)明針對太陽能采暖、生活熱水、烘干干燥、溫室加熱、太陽能房等利用過程中存在的不連續(xù)性和不穩(wěn)定性，設(shè)計儲能散熱。整合儲存和釋放兩個過程，提高能源利用率，節(jié)約能源，零排放利用。
[0026]裝置設(shè)計:
裝置規(guī)格:熱超導(dǎo)管排太陽集熱相變儲能器，可設(shè)計任意根蒸發(fā)管，總長度任意加工，但是一般情況下小于6000mm;裝置總高一般為1500、1800、2 10mm三個規(guī)格;裝置厚度一般為60mm左右。
[0027]管排套管規(guī)格:外管/內(nèi)管直徑:Φ57/Φ45、Φ45/ 30、Φ32/ 25
長度:任意
材料:鋁合金、銅、不銹鋼、低碳鋼等管排蒸發(fā)管規(guī)格:直徑:Φ 8、Φ 10、Φ 12、Φ 15 長度:1400-2000mm 材料:鋁合金、銅、不銹鋼、低碳鋼等間距:75-80mm
數(shù)量:N(任意)
集熱儲熱管:Φ 70x1800、Φ 58x2100、Φ 58x1800、Φ 47x1500集熱儲熱管數(shù)量:N(任意)
儲熱管容量:N-4.2L/3.1L/2.7L/1.4L相變儲能材料:改進(jìn)氯化石蠟相變儲熱量:180-400 kj/kg；
儲熱單元容量:7.6 L/個相變溫度:40-42 0C，56-60 °C，68-70 °C ；
技術(shù)性能參數(shù):
總儲能量:Nxl3MJ/ Nx9.9MJ/ Nx8.6MJ/ Nx4.5MJ/
儲熱溫度:25°C_70°C
儲能速率:?Nx150 ff
加熱速率:-Nx200 WO流體溫度25 0C。
【主權(quán)項】
1.熱超導(dǎo)管排式太陽集熱相變儲能器，包括:內(nèi)管(1)、外管(2)，其特征在于，所述內(nèi)管(I)同心插入外管(2)內(nèi)部，并且在外管(2)的兩端與內(nèi)管(I)外壁封閉焊接，形成同心套管結(jié)構(gòu)換熱器；內(nèi)管(I)與外管(2)之間設(shè)有熱超導(dǎo)工質(zhì)(5); 還包括:熱超導(dǎo)管排，所述熱超導(dǎo)管排包括:蒸發(fā)管(3)、真空玻璃管(6)、相變儲能材料(9)，所述蒸發(fā)管(3)—端封閉、另一端焊接于外管(2)上，蒸發(fā)管(3)的封閉端穿過真空集熱管(6)上的密封塞(8)中心孔插入真空集熱管(6)中，蒸發(fā)管(3)與真空集熱管(6)之間充滿相變儲能材料(9)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱超導(dǎo)管排式太陽集熱相變儲能器，其特征在于，所述蒸發(fā)管(3)按一定間距分別在外管(2)上，內(nèi)管(I)與外管(2)之間形成的夾套與多個蒸發(fā)管(3)形成一個相互連通的密閉管排腔體，密閉管排腔體在真空狀態(tài)下充入工質(zhì)(5)形成熱超導(dǎo)管排。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱超導(dǎo)管排式太陽集熱相變儲能器，其特征在于，外管(2)上設(shè)有保溫層(11)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱超導(dǎo)管排式太陽集熱相變儲能器，其特征在于，真空集熱管(6)內(nèi)壁上設(shè)有吸收層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱超導(dǎo)管排式太陽集熱相變儲能器，其特征在于，內(nèi)管(I)底中與外管(2)之間設(shè)有折流板(4)。
【文檔編號】F24J2/32GK105928224SQ201610150385
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年3月16日
【發(fā)明人】王亞雄
【申請人】內(nèi)蒙古博特科技有限責(zé)任公司