一種低損耗高效率的太陽能供暖系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低損耗高效率的太陽能供暖系統(tǒng)，其包括：太陽能采集系統(tǒng)，其聚集分散的太陽能并轉(zhuǎn)化成熱能；儲能系統(tǒng)，其與太陽能采集系統(tǒng)形成儲能循環(huán)管路，儲能介質(zhì)吸收熱能；供暖系統(tǒng)，其具有熱儲存箱和散熱設(shè)備，儲能循環(huán)管路貫通穿過熱儲存箱，用以加熱熱儲存箱內(nèi)的供暖介質(zhì)；中低溫發(fā)電系統(tǒng)，其具有低沸點介質(zhì)，低沸點介質(zhì)吸收儲能介質(zhì)的熱量；其中，供暖介質(zhì)包括30～50wt％的溴化鑭、20～40wt％的溴化釤、20～40wt％的溴化鈰、0.3～0.8wt％的聚乙二醇和0.2～0.5wt％的甘露醇。本發(fā)明設(shè)計合理，節(jié)能效果明顯，效率高，且保溫層的設(shè)計可保證系統(tǒng)在寒冷冬季的安全運行以及意外停電情況下的防凍。
【專利說明】
一種低損耗高效率的太陽能供暖系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能利用領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種低損耗、高效率的太陽 能供暖系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，能源問題已經(jīng)成為制約世界各國發(fā)展的主要因素之一，我國作為能源消費 大國，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人口的增加，能源和環(huán)境問題日漸突出。一方面我國人均能源 擁有量較低，另一方面以煤炭為主的不合理能源結(jié)構(gòu)以及建筑的高能耗所帶來的環(huán)境破壞 為可持續(xù)發(fā)展帶來了巨大的壓力，由此，節(jié)能降耗以及可再生能源的利用引起了人們的廣 泛重視。
[0003] 太陽能供暖系統(tǒng)是指以太陽能作為供暖系統(tǒng)的熱源，利用太陽能集熱器將太陽能 轉(zhuǎn)換成熱能，供給工廠、居民住宅、學(xué)校等建筑物冬季取暖和全年其他用熱的系統(tǒng)。太陽能 系統(tǒng)是利用無污染、可再生的太陽能為資源，使用壽命一般在20年以上，環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益均 非常明顯，且不會產(chǎn)生傳統(tǒng)燒煤采暖爐二氧化碳中毒的危險，也不會發(fā)生燙傷等意外，供暖 清潔安全，滿足節(jié)能減排的需求。
[0004] 但是，太陽能供暖系統(tǒng)也有不足之處，主要有：（1)到達(dá)地面的太陽直接輻射能因 隨晝夜的交替而變化，使得大多數(shù)太陽能設(shè)備在夜間無法工作，為研究夜間沒有太陽直接 輻射、散射也很微弱，所造成的困難，就需要研究和配備儲能設(shè)備，以便在晴天時把太陽能 收集并存起來，供夜晚或陰雨天使用，但目前的儲能設(shè)備多存在熱量損失大、熱量儲存時間 短等問題；（2)目前太陽能多采用水作為供暖介質(zhì)，通過水在散熱器腔體中的循環(huán)來提高室 內(nèi)的溫度，但水的啟動溫度高，水的強傳遞必須超過或達(dá)到l〇〇°C，一般水暖的啟動升溫經(jīng) 過近2h才能達(dá)到室溫，鍋爐需要對管路中大量的循環(huán)水進(jìn)行加熱，能源消耗大，且供暖系統(tǒng) 中的循環(huán)水流經(jīng)的路徑長，高溫水在流動中易因蒸發(fā)產(chǎn)生損失，需經(jīng)常補充管道內(nèi)水份。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu) 點。
[0006] 本發(fā)明還有一個目的是提供一種低損耗高效率的太陽能系統(tǒng)，其能夠獲得集中 的、具有高熱流量密度的高品位能量，與太陽能采集系統(tǒng)進(jìn)行熱交換的儲能罐和與散熱器 熱交換的熱儲存箱均具有高保溫性能，可實現(xiàn)24h的連續(xù)熱能供應(yīng)，且供暖介質(zhì)的啟動溫度 低，熱傳遞速率快，顯著提高了太陽供暖的能源利用效率和便利性。
[0007] 為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種低損耗高效率的太陽能 供暖系統(tǒng)，其包括：
[0008] 太陽能采集系統(tǒng)，其將分散的太陽能輻射聚集起來并轉(zhuǎn)化成熱能；
[0009] 儲能系統(tǒng)，其與所述太陽能采集系統(tǒng)形成儲能循環(huán)管路，所述儲能循環(huán)管路上設(shè) 有儲能罐，儲能介質(zhì)吸收所述熱能并沿所述儲能循環(huán)管路流動；
[0010]供暖系統(tǒng)，其具有熱儲存箱和散熱設(shè)備，所述熱儲存箱和散熱設(shè)備經(jīng)由供暖循環(huán) 管路相連，所述儲能循環(huán)管路貫通穿過所述熱儲存箱，用以加熱所述熱儲存箱內(nèi)的供暖介 質(zhì)；
[0011]中低溫發(fā)電系統(tǒng)，其具有低沸點介質(zhì)，所述中低溫發(fā)電系統(tǒng)與所述儲能罐形成發(fā) 電循環(huán)管路，所述低沸點介質(zhì)吸收所述發(fā)電循環(huán)管路內(nèi)所述儲能介質(zhì)的熱量；
[0012] 其中，所述供暖介質(zhì)包括30~50wt%的溴化鑭、20~40wt%的溴化釤、20~40wt% 的溴化鈰、0.3~0.8wt%的聚乙二醇和0.2~0.5wt%的甘露醇，由合適比例的溴化鑭、溴化 釤和溴化鈰組成的超導(dǎo)液，彼此之間可產(chǎn)生協(xié)同作用，25°C即開始溫度的傳質(zhì)，溫度傳導(dǎo)速 度快，聚乙二醇和甘露醇的添加可進(jìn)一步強化超導(dǎo)液的熱傳質(zhì)過程，其中，小分子多羥基甘 露醇的加入與聚乙二醇配合使用，可明顯降低超導(dǎo)液的表面張力，提高超導(dǎo)液的流動性和 熱傳導(dǎo)性能。
[0013] 優(yōu)選的是，其中，所述低沸點介質(zhì)選自正戊烷、異戊烷、氯乙烷中的任意一種，低沸 點介質(zhì)通過吸收儲能介質(zhì)的余熱，產(chǎn)生具有較高壓力的蒸汽推動汽輪機(jī)做功發(fā)電。
[0014] 優(yōu)選的是，其中，所述儲能介質(zhì)進(jìn)入所述中低溫發(fā)電系統(tǒng)的溫度高于60°C，以確保 中低溫發(fā)電系統(tǒng)的運行效率。
[0015] 優(yōu)選的是，其中，所述儲能罐、所述熱儲存箱、暴露于外界環(huán)境中的所述儲能循環(huán) 管路、供暖循環(huán)管路及發(fā)電循環(huán)管路的外層均設(shè)有一保溫層，所述保溫層包括如下重量份 材料:75~85份的聚氨酯、15~20份的ABS、3~8份的起泡劑、8~10份的短纖維、4~6份的納 米氧化鎂、5~8份的納米碳酸|丐以及3~5份的納米氧化鋪；
[0016] 其中由聚氨酯制備得到的泡沫保溫材料具有絕熱效果好、質(zhì)量輕、比強度大等優(yōu) 良特性，同時還具有隔聲、防震、電絕緣、耐溶劑等特點，但也存在著耐高溫性能差、泡沫骨 架強度和韌性偏低、易老化等問題，丙烯腈-丁二烯苯丙烯接枝共聚物與聚氨酯的共混可顯 著提高保溫材料的韌性、耐老化性能和尺寸穩(wěn)定性，高剛性短纖維與高彈性的聚氨酯配合 使用可明顯改善保溫材料的力學(xué)性能，提高其抵抗形變的能力，此外，儲能介質(zhì)吸收熱能后 溫度可達(dá)200~600°C，聚氨酯保溫材料長期處于高溫環(huán)境下易變形，影響保溫層的保溫和 機(jī)械性能，納米氧化鎂、納米碳酸鈣以及納米氧化鈰可有效提高聚氨酯保溫層的耐熱形變 和阻燃性能，維持保溫層的隔熱持久性和穩(wěn)定性。
[0017]優(yōu)選的是，其中，所述太陽能采集系統(tǒng)具有支架和連接于所述支架上的蝶式聚光 鏡，其中蝶式聚光鏡采用拋物面，可把分散的低能量密度聚集到鏡面的焦點處，從而獲得集 中的、具有高熱流密度的高品位能量。
[0018]優(yōu)選的是，其中，所述支架由質(zhì)量輕、可塑性強和硬度高的鋁釔合金制備而成。 [0019]優(yōu)選的是，其中，所述儲能介質(zhì)為導(dǎo)熱油，具有加熱均勻、節(jié)能和輸送方便的優(yōu)點。
[0020] 優(yōu)選的是，其中，所述導(dǎo)熱油選自氫化三聯(lián)苯、芐基甲苯或二芐基甲苯中的任意一 種，具有較好的熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和分散均一性。
[0021] 優(yōu)選的是，其中，所述短纖維包括10~30wt%的玻璃纖維、20~40wt%的芳綸纖維 和40~55wt%的石棉纖維，三種纖維的加入可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，既可增強泡孔壁，提高保溫層 的抗壓、抗拉性，又可提高保溫層的耐霜凍、耐化學(xué)試劑尤其是耐高溫性能，提高保溫層的 持續(xù)保溫效果。
[0022]優(yōu)選的是，其中，所述短纖維的長度為40~60mm，纖維的長度不能過長，否則易彼 此纏繞，不易分散于聚氨酯保溫材料中。
[0023] 本發(fā)明至少包括以下有益效果：
[0024] (1)本發(fā)明采用蝶式聚光鏡將太陽能輻射匯聚起來，并轉(zhuǎn)化成熱能，其聚焦比高， 焦點溫度可達(dá)1500度；
[0025] (2)本發(fā)明集成供暖系統(tǒng)和中低溫發(fā)電系統(tǒng)，采用高溫儲能介質(zhì)用于供暖，中低溫 儲能介質(zhì)余熱用于供電的能量梯級利用模式，有效提高了對太能能的利用效率；
[0026] (3)本發(fā)明的保溫層導(dǎo)熱系數(shù)小，穩(wěn)定性好，具有優(yōu)良的耐熱形變和阻燃性能，設(shè) 有此保溫層的儲罐的溫度損失在24h內(nèi)小于10% ;
[0027] (4)本發(fā)明采用的供暖介質(zhì)啟動溫度低，25°C即開始溫度的傳質(zhì)，熱傳導(dǎo)速度快， 五分鐘左右即可將暖氣片加熱，顯著提高了太陽供暖的能源利用效率和便利性；
[0028] (5)本發(fā)明設(shè)計合理，節(jié)能效果明顯，效率高，且保溫層的設(shè)計可保證系統(tǒng)在寒冷 冬季的安全運行以及意外停電情況下的防凍。
[0029] 本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本 發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明的一個實施例中太陽能采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明的另一個實施例中太陽能供暖系統(tǒng)的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)以實施。
[0033]應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如"具有"、"包含"以及"包括"術(shù)語并不配出一個或多 個其它元件或其組合的存在或添加。
[0034] 圖1~圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實現(xiàn)形式，其中包括：
[0035] 太陽能采集系統(tǒng)，其將分散的太陽能輻射聚集起來并轉(zhuǎn)化成熱能；
[0036] 儲能系統(tǒng)，其與所述太陽能采集系統(tǒng)形成儲能循環(huán)管路，所述儲能循環(huán)管路上設(shè) 有儲能罐，儲能介質(zhì)吸收所述熱能并沿所述儲能循環(huán)管路流動；
[0037]供暖系統(tǒng)，其具有熱儲存箱和散熱設(shè)備，所述熱儲存箱和散熱設(shè)備經(jīng)由供暖循環(huán) 管路相連，所述儲能循環(huán)管路貫通穿過所述熱儲存箱，用以加熱所述熱儲存箱內(nèi)的供暖介 質(zhì)；
[0038] 中低溫發(fā)電系統(tǒng)，其具有低沸點介質(zhì)，所述中低溫發(fā)電系統(tǒng)與所述儲能罐形成發(fā) 電循環(huán)管路，所述低沸點介質(zhì)吸收所述發(fā)電循環(huán)管路內(nèi)所述儲能介質(zhì)的熱量；
[0039] 在這種技術(shù)方案中，儲能介質(zhì)吸收太能采集系統(tǒng)聚集并轉(zhuǎn)化的熱能，經(jīng)儲能循環(huán) 管路貫通穿過所述熱儲存箱，加熱儲存箱內(nèi)的供暖介質(zhì)使其升溫后，回到儲能罐，儲能介質(zhì) 的余溫可利用中低溫發(fā)電機(jī)組滿足太陽能系統(tǒng)的其他設(shè)備供電、照明或生活用電的需求。 [0040] 其中，所述供暖介質(zhì)包括30~50wt%的溴化鑭、20~40wt%的溴化釤、20~40wt% 的溴化鈰、0.3~0.8wt %的聚乙二醇和0.2~0.5wt %的甘露醇。
[0041]上述實例中，所述低沸點介質(zhì)選自正戊烷、異戊烷、氯乙烷中的任意一種，低沸點 介質(zhì)通過吸收儲能介質(zhì)的余熱，產(chǎn)生具有較高壓力的蒸汽推動汽輪機(jī)做功發(fā)電。
[0042]上述實例中，所述儲能介質(zhì)進(jìn)入所述中低溫發(fā)電系統(tǒng)的溫度高于60°C，以確保中 低溫發(fā)電系統(tǒng)的運行效率。
[0043]上述實例中，所述儲能罐、所述熱儲存箱、暴露于外界環(huán)境中的所述儲能循環(huán)管 路、供暖循環(huán)管路及發(fā)電循環(huán)管路的外層均設(shè)有一保溫層，所述保溫層包括如下重量份材 料:75~85份的聚氨酯、15~20份的ABS、3~8份的起泡劑、8~10份的短纖維、4~6份的納米 氧化鎂、5~8份的納米碳酸鈣以及3~5份的納米氧化鈰。
[0044] 參照圖1，上述實例中所述太陽能采集系統(tǒng)具有支架1和連接于所述支架1上的蝶 式聚光鏡2,所述支架1由質(zhì)量輕、可塑性強和硬度高的鋁釔合金制備而成。
[0045] 上述實例中，所述儲能介質(zhì)為導(dǎo)熱油，所述導(dǎo)熱油選自氫化三聯(lián)苯、芐基甲苯或二 芐基甲苯中的任意一種。
[0046] 上述實例中，所述短纖維包括10~30wt%的玻璃纖維、20~40wt%的碳纖維和40 ~55wt %的石棉纖維，所述短纖維的長度為40~60mm。
[0047] 在另一實例中，保溫材料各具體組成及其相應(yīng)對比例的的性能參數(shù)如下表所示：
[0049] 其中，上表中保溫材料的性能測定均在常溫下進(jìn)行測定，導(dǎo)熱系數(shù)采用TC3000通 用型導(dǎo)熱系數(shù)儀進(jìn)行測定，抗壓強度采用BF-W抗壓強度試驗機(jī)進(jìn)行測定。
[0050] 從上表可以看出：
[0051] 對比例1和實例1相比，可以看出短纖維和ABS(丙烯腈-丁二烯苯丙烯接枝共聚物） 的添加可有效提高保溫層的抗壓性能，泡沫骨架的加強也可在一定程度上提高保溫層的保 溫效果尤其是保溫持久性；
[0052] 對比例2和實例2相比，可以看出，短纖維僅選用單一的玻璃纖維，保溫層的耐高溫 性能降低，24h后對比例2儲罐內(nèi)介質(zhì)溫度的降低幅度明顯高于實例2;
[0053]對比例3和實例3相比，可以看出納米粒子的添加了有效提高保溫層的抗壓性能及 隔熱持久性；
[0054]對比例4和實例4相比，可以看出僅添加單一的納米氧化鎂，在8h時儲罐內(nèi)介質(zhì)的 溫度降低幅度和實例4差別不大，但在16h和24h時溫度發(fā)生了明顯的降低，保溫層的保溫持 久性和穩(wěn)定性降低。
[0055] 在另一實例中，供暖介質(zhì)各具體組成及其相應(yīng)對比例的的性能參數(shù)如下表所示：
[0056]
[0057] 從上表可以看出：
[0058] 對比例5和實例5相比，單一溴化鑭超導(dǎo)液的熱傳導(dǎo)系數(shù)明顯低于由溴化鑭、溴化 釤和溴化鈰組成的超導(dǎo)液；
[0059] 對比例6和實例6相比，溴化鑭、溴化釤和溴化鈰配合使用可起到較好的協(xié)同作用， 提高供暖介質(zhì)的熱傳導(dǎo)速度；
[0060] 對比例7和實例7相比，超導(dǎo)液中甘露醇和聚乙二醇的添加可有效強化熱傳質(zhì)過 程，提尚能量的利用效率；
[0061] 對比例8和實例8相比，超導(dǎo)液中甘露醇的添加在一定程度上可進(jìn)一步增強聚乙二 醇的熱傳質(zhì)作用。
[0062] 這里說明的設(shè)備數(shù)量和處理規(guī)模是用來簡化本發(fā)明的說明的。對本發(fā)明的太陽能 供暖系統(tǒng)的應(yīng)用、修改和變化對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。
[0063] 盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列 運用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地 實現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限 于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項】
1. 一種低損耗高效率的太陽能供暖系統(tǒng)，其特征在于，包括： 太陽能采集系統(tǒng)，其將分散的太陽能輻射聚集起來并轉(zhuǎn)化成熱能； 儲能系統(tǒng)，其與所述太陽能采集系統(tǒng)形成儲能循環(huán)管路，所述儲能循環(huán)管路上設(shè)有儲 能罐，儲能介質(zhì)吸收所述熱能并沿所述儲能循環(huán)管路流動； 供暖系統(tǒng)，其具有熱儲存箱和散熱設(shè)備，所述熱儲存箱和散熱設(shè)備經(jīng)由供暖循環(huán)管路 相連，所述儲能循環(huán)管路貫通穿過所述熱儲存箱，用以加熱所述熱儲存箱內(nèi)的供暖介質(zhì)； 中低溫發(fā)電系統(tǒng)，其具有低沸點介質(zhì)，所述中低溫發(fā)電系統(tǒng)與所述儲能罐形成發(fā)電循 環(huán)管路，所述低沸點介質(zhì)吸收所述發(fā)電循環(huán)管路內(nèi)所述儲能介質(zhì)的熱量； 其中，所述供暖介質(zhì)包括30~50wt%的溴化鑭、20~40wt%的溴化釤、20~40wt%的溴 化鈰、0.3~0.8wt %的聚乙二醇和0.2~0.5wt %的甘露醇。2. 如權(quán)利要求1所述的低損耗高效率的太陽能供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述低沸點介質(zhì) 選自正戊烷、異戊烷、氯乙烷中的任意一種。3. 如權(quán)利要求1所述的低損耗高效率的太陽能供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能介質(zhì)進(jìn) 入所述中低溫發(fā)電系統(tǒng)的溫度高于60 °C。4. 如權(quán)利要求1所述的低損耗高效率的太陽能供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能罐、所 述熱儲存箱、暴露于外界環(huán)境中的所述儲能循環(huán)管路、供暖循環(huán)管路及發(fā)電循環(huán)管路的外 層均設(shè)有一保溫層，所述保溫層包括如下重量份材料:75~85份的聚氨酯、15~20份的ABS、 3~8份的起泡劑、8~10份的短纖維、4~6份的納米氧化鎂、5~8份的納米碳酸|丐以及3~5 份的納米氧化鋪。5. 如權(quán)利要求1所述的低損耗高效率的太陽能供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能采集 系統(tǒng)具有支架和連接于所述支架上的蝶式聚光鏡。6. 如權(quán)利要求5所述的低損耗高效率的太陽能供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述支架由鋁釔 合金制備而成。7. 如權(quán)利要求1所述的低損耗高效率的太陽能供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能介質(zhì)為 導(dǎo)熱油。8. 如權(quán)利要求7所述的低損耗高效率的太陽能供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)熱油選自 氫化三聯(lián)苯、芐基甲苯或二芐基甲苯中的任意一種。9. 如權(quán)利要求4所述的低損耗高效率的太陽能供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述短纖維包括 10~30wt%的玻璃纖維、20~40wt%的碳纖維和40~55wt%的石棉纖維。10. 如權(quán)利要求4所述的低損耗高效率的太陽能供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述短纖維的 長度為40~60mm。
【文檔編號】C08K7/12GK106091078SQ201610426075
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】王夢圓, 豐俊
【申請人】內(nèi)蒙古旭力恒新能源開發(fā)有限公司