專利名稱:一種雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明公開了一種太陽能熱利用裝置,具體地說是一種雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置。
背景技術(shù):
太陽能作為一種清潔、無污染的可再生能源,其開發(fā)和利用被認(rèn)為世界能源戰(zhàn)略 的重要組成部分。太陽能熱利用是太陽能利用中最主要的方式,其利用形式具有多樣性,按 照其介質(zhì)所達(dá)到的溫度,分為低、中、高溫利用。對于太陽能熱利用系統(tǒng),由于太陽輻射的不 穩(wěn)定性以及太陽能利用時間與輻射接收時間的不一致性,蓄熱裝置成為了太陽能熱利用系 統(tǒng)中的重要組成部分,其所采用的形式及所具有的性能直接決定了太陽能熱利用系統(tǒng)的穩(wěn) 定性和年綜合利用率。對于普通的太陽能集熱系統(tǒng),若設(shè)計的蓄熱儲液箱儲液量較大,會出現(xiàn)的問題有 熱啟動過慢,導(dǎo)致每次將水溫加熱至熱利用裝置運行所需的溫度需要較長的一段時間;太 陽能利用率較低;冷熱水?dāng)_動較大等問題。若設(shè)計的蓄熱儲液箱儲液量較小,會出現(xiàn)的問題 有受天氣影響較明顯,進(jìn)而導(dǎo)致熱水工況波動較大,熱利用系統(tǒng)無法正常運行;蓄熱量所 提供的運行時間短,陰雨天系統(tǒng)無法運行等問題。為了避免早晨熱啟動過慢,香港大學(xué)的李中付提出了分層水箱方案,利用控制管 路的切換來解決熱啟動速度和蓄熱量之間的矛盾,但切換加熱各層的方式,會出現(xiàn)上層水 箱溫度波動較大,下層水箱儲存的熱量可利用率低、冷熱水?dāng)_動較大等問題,使得綜合熱利 用率并未有顯著的提高。專利號為200920096179. X的實用新型公開了的“小型太陽能溫度 分層水箱”采用節(jié)流管的分層水箱用來減少冷熱水之間的擾動,仍存在著啟動時間慢的缺 點,年太陽能熱利用裝置的可運行時間并未提高。而且,目前現(xiàn)有的分層水箱,其各層的容 積均是不可自動調(diào)節(jié)的,難以解決太陽能蓄熱儲液箱中所存在的問題。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,本發(fā)明提供一種雙層可調(diào)節(jié)式太陽 能蓄熱裝置,實現(xiàn)了分層空間可調(diào)節(jié),解決了溫度提升慢、水溫波動大的問題,提高了太陽 能利用,降低熱損失,且可根據(jù)實際情況快速啟動。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置,包括蓄熱罐,所述蓄熱罐內(nèi)設(shè)置有將蓄熱罐內(nèi)部 容積分為上下兩層空間的移動隔熱板,在蓄熱罐罐頂設(shè)置有牽引裝置,牽引裝置與移動隔 熱板相連,移動隔熱板設(shè)置有連通裝置將上下兩層空間連通。所述牽引裝置包括控制器,與控制器連接并設(shè)置于蓄熱罐內(nèi)部空間上方的電機(jī), 連接于電機(jī)水平放置的轉(zhuǎn)軸,以及一端纏繞在轉(zhuǎn)軸上另一端連接至移動隔熱板的牽引繩 索;所述電機(jī)設(shè)置有防水外殼。所述蓄熱罐外壁設(shè)置有熱水入口、冷水出口、冷水入口和熱水出口,有熱水入口、冷水出口、冷水入口和熱水出口設(shè)置在移動隔熱板的上升上限的上方。所述移動隔熱板的 上升上限設(shè)置在蓄熱罐高度的2/3 5/6。所述冷水出口和熱水出口分別連接有盤繞的軟管,軟管的另一端固定在移動隔熱 板上表面。為了達(dá)到設(shè)置方便、操作簡易、降低費用的目的,所述連通裝置由兩根連通管道組 成,第一連通管道下端開口于移動隔熱板,上端由橡膠蓋密封延伸至蓄熱罐上層空間;第二 連通管道上端開口于移動隔熱板,下端由橡膠蓋密封延伸至蓄熱罐下層空間;所述橡膠蓋 都通過彈簧與連通管道的管壁相連。當(dāng)移動隔熱板向下運動時,下層空間水壓上升,上層空 間水壓下降,擠開第一連通管道上端的橡膠蓋,下層空間溫度較低的水通過第一連通管道 進(jìn)入上層空間;當(dāng)移動隔熱板向上運動時,上層空間水壓上升,下層空間水壓下降,擠開第 二連通管道下端的橡膠蓋,使上層空間的水進(jìn)入下層空間。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),為滿足快速加熱的要求,當(dāng)上層的溫度小于某設(shè)定值 時,移動隔熱板需要以較快速度從蓄熱罐底向上運動,為減小液壓阻力,所述第二連通管道 管徑設(shè)置大于第一連通管道。為了達(dá)到自動控制、操作性好、穩(wěn)定性高的目的,所述連通裝置包括連通管道和隔 熱腔,隔熱腔內(nèi)設(shè)置有電磁塊、移動隔熱滑塊和彈簧,彈簧固定在連通管道上,移動隔熱滑 塊的一端固定在彈簧上,另一端與電磁塊對接。所述移動隔熱板包括上夾層、下夾層、保溫層和隔水層,上夾層與下夾層通過外周 側(cè)壁封接,形成的夾層空間設(shè)置有保溫層,側(cè)壁上包裹有隔水層。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),所述上夾層與下夾層可選用高熱阻材料,比如聚苯乙 烯塑料、陶瓷、高熱阻玻璃等;所述保溫層可選用耐高溫纖維棉。所述蓄熱罐上方設(shè)置有排氣閥和補(bǔ)水閥,蓄熱罐下方設(shè)置有泄水閥。所述雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置在每天運行前,將移動隔熱板調(diào)到上升上限, 可以顯著提前熱利用裝置的運行起始時間。當(dāng)上層空間達(dá)到設(shè)定溫度值時,逐步加大上層 空間,下層空間的冷水進(jìn)入上層空間,流入固定在移動隔熱板上的軟管并通過冷水出口進(jìn) 入太陽能集熱器加熱,熱水經(jīng)熱水入口進(jìn)入上層空間,提升所儲存的熱量并且同時保證熱 利用裝置運行的穩(wěn)定性。當(dāng)上層空間的溫度小于某設(shè)定值時,上層空間迅速回到最小值,以 便熱利用裝置盡快再次開始運行,熱水流入固定在移動隔熱板上的軟管,經(jīng)熱水出口流入 熱利用裝置,經(jīng)熱交換后冷水從冷水入口回流到蓄熱罐上層空間。有益效果本發(fā)明的有益效果如下
1、所述裝置采用了移動隔熱板的雙層儲液箱,運行中通過對移動隔熱板位置的調(diào)節(jié), 同時具有大容量和小容量蓄熱儲液箱的優(yōu)點,避免二者的缺陷,縮短了裝置起始運行時間 和裝置再次運行時間,顯著增加了太陽能利用裝置的可運行時間,并且相對于同條件設(shè)計 的普通儲液箱其蓄熱工質(zhì)的平均溫度要低,熱損失進(jìn)而降低;
2、該裝置的移動隔熱板、冷熱水進(jìn)出口、牽引裝置、連通管道等具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、 可行性高等特點;
3、該裝置可采用全自動調(diào)節(jié),在設(shè)定好相關(guān)溫度閥值后,無需人工操作,太陽能熱利用 系統(tǒng)便可長期穩(wěn)定的運行;
4、該裝置尤其適合較大規(guī)模的太陽能熱利用系統(tǒng),據(jù)估算,太陽能保證系數(shù)可以提升0. 05、. 15,降低運行費用109^30%,經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排效益較為顯著。
附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖; 附圖2是本發(fā)明的立體剖面附圖3是本發(fā)明提供的牽引裝置的結(jié)構(gòu)示意圖; 附圖4是本發(fā)明提供的移動隔熱板的結(jié)構(gòu)示意圖; 附圖5是本發(fā)明實施例1的連通裝置的結(jié)構(gòu)示意圖; 附圖6是本發(fā)明實施例2的連通裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。如附圖廣2所示的雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置,該裝置包括蓄熱罐1,蓄熱罐1 內(nèi)設(shè)置有可將蓄熱罐1內(nèi)部容積分為上下兩層空間的移動隔熱板2,在蓄熱罐1罐頂設(shè)置有 牽引裝置3,牽引裝置3與移動隔熱板2相連,移動隔熱板2設(shè)置有連通裝置4將上下兩層 空間連通,蓄熱罐1外壁設(shè)置有熱水入口 5、冷水出口 6、冷水入口 7和熱水出口 8,熱水入口 5、冷水出口 6、冷水入口 7和熱水出口 8設(shè)置在移動隔熱板2的上升上限的上方。冷水出 口 6和熱水出口 8分別連接有盤繞的軟管9,軟管9的另一端固定在移動隔熱板2上表面。 如附圖4所示,移動隔熱板2包括上夾層201、下夾層202、保溫層203和隔水層204,上夾層 201與下夾層202通過外周側(cè)壁205封接,形成的夾層空間設(shè)置有保溫層203,側(cè)壁205上 包裹有隔水層204。所述移動隔熱板2的上升上限設(shè)置在蓄熱罐1高度的2/3 5/6。所述 蓄熱罐1上方設(shè)置有排氣閥和補(bǔ)水閥,蓄熱罐1下方設(shè)置有泄水閥。如附圖3所示,牽引裝置3包括控制器301,與控制器301連接并設(shè)置于蓄熱罐1 內(nèi)部空間上方的電機(jī)302,連接于電機(jī)302水平放置的轉(zhuǎn)軸303,以及一端纏繞在轉(zhuǎn)軸303 上另一端連接至移動隔熱板2的牽引繩索304 ;電機(jī)302設(shè)置有防水外殼305。實施例1
如圖1所示,本發(fā)明的雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置中的太陽能集熱器10的采光面積 為800平方米,熱利用裝置11的功率為200千瓦,蓄熱罐1為圓柱形,容積約為20立方米 (半徑1. 5米,高度2. 8米),熱利用裝置11所需溫度為180°C,移動隔熱板2的最高高度為 2. 2米;如圖4所示,上夾層201為金屬板,下夾層202和側(cè)壁205為聚苯乙烯塑料,隔水層 204采用橡膠包裹,保溫層204中的保溫隔熱材料采用耐高溫纖維棉;如圖2所示,軟管9的 出口處設(shè)置有熱電偶;見圖1,連通裝置4如圖5所示,包括連通管道401和隔熱腔,隔熱腔 內(nèi)設(shè)置有電磁塊402、移動隔熱滑塊403和彈簧404,彈簧404固定在連通管道401上,移動 隔熱滑塊403的一端固定在彈簧上404,另一端與電磁塊402對接。見圖1,連通裝置4嵌 于移動隔熱板2中,每次熱利用裝置運行前,將可移動擋板2上升到2. 2米處,可以顯著的 提前熱利用裝置的運行起始時間。當(dāng)上層空間達(dá)到設(shè)定的190°C時,逐步加大上層空間,下 層空間的冷水進(jìn)入上層空間,通過冷水出口 6進(jìn)入太陽能集熱器10加熱經(jīng)熱水入口 5進(jìn)入 上層空間,提升所儲存的熱量并且同時保證熱利用裝置運行的穩(wěn)定性。當(dāng)上層的溫度小于 170°C時,可移動擋板12上升到2. 2米處,以便熱利用裝置11盡快再次開始運行。熱水從熱水出口 8進(jìn)入熱利用裝置11,冷水從冷水入口 7回到蓄熱罐1上層空間。對于所設(shè)計的 太陽能熱利用系統(tǒng),采用常規(guī)儲水箱與本發(fā)明提供的雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置進(jìn)行理 論模擬分析,太陽能保證系數(shù)可從0. 55提升至0. 65,減少了輔助的常規(guī)能源消耗量的22%, 經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排效益較為顯著。實施例2
如圖1、圖6所示,本發(fā)明的雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置中的太陽能集熱器10的采光 面積為800平方米,熱利用裝置11的功率為200千瓦,蓄熱罐1為圓柱形,容積約為20立方 米(半徑1. 5米,高度2. 8米),熱利用裝置11所需溫度為180°C,移動隔熱板2的最高高度 為2. 2米,保溫層204中的保溫隔熱材料采用耐高溫纖維棉。如圖2所示,軟管9的出口處 設(shè)置有熱電偶。連通裝置4如圖6所示,該裝置由兩根連通管道組成,第一連通管道(411) 下端開口于移動隔熱板2,上端由橡膠蓋412密封延伸至蓄熱罐1上層空間;第二連通管道 (413)上端開口于移動隔熱板2,下端由橡膠蓋412密封延伸至蓄熱罐1下層空間;所述橡 膠蓋412都通過彈簧414與連通管道的管壁相連?;氐礁綀D1所示,參考附圖6,每次熱利用裝置11運行前,將移動隔熱板2上升到 2.2米處,移動隔熱板2向上運動時,上層空間水壓上升,下層空間水壓下降,擠開第二連 通管道(413)下端的橡膠蓋,使上層空間的水進(jìn)入下層空間,上層空間容積較小,可以顯著 地提前熱利用裝置11的運行起始時間。當(dāng)上層空間達(dá)到設(shè)定的190°C時,移動隔熱板2向下 運動,逐步加大上層空間,下層空間水壓上升,上層空間水壓下降,擠開第一連通管道(411) 上端的橡膠蓋,下層空間溫度較低的水通過第一連通管道(411)進(jìn)入上層空間,這樣在提升 儲存熱量的同時保證了熱利用裝置11運行的穩(wěn)定性。當(dāng)上層的溫度小于170°C時,移動隔 熱板2向上運動時,以便熱利用裝置11盡快再次開始運行。作為本發(fā)明的優(yōu)化實施方案, 為使熱利用裝置11盡快再次運行,移動隔熱板2需要以較快速度從蓄熱罐1底向上運動, 為減小液壓阻力,所述第二連通管道(413)的管徑設(shè)置大于第一連通管道(411)。對于本實施例所提供的雙層調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置,通過與采用常規(guī)儲水箱的太 陽能熱利用系統(tǒng)進(jìn)行理論模擬分析,太陽能保證系數(shù)從0. 55提升至0. 65,減少了輔助的常 規(guī)能源消耗量的22%,經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排效益較為顯著。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,應(yīng)當(dāng)指出對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置,包括蓄熱罐(1),其特征在于所述蓄熱罐(1) 內(nèi)設(shè)置有將蓄熱罐(1)內(nèi)部容積分為上下兩層空間的移動隔熱板(2),在蓄熱罐(1)罐頂設(shè) 置有牽引裝置(3),牽引裝置(3)與移動隔熱板(2)相連,移動隔熱板(2)設(shè)置有連通裝置 (4)將上下兩層空間連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置,其特征在于所述牽引裝 置(3)包括控制器(301),與控制器(301)連接并設(shè)置于蓄熱罐(1)內(nèi)部空間上方的電機(jī) (302 ),連接于電機(jī)(302 )水平放置的轉(zhuǎn)軸(303 ),以及一端纏繞在轉(zhuǎn)軸(303 )上另一端連接 至移動隔熱板(2)的牽引繩索(304);所述電機(jī)(302)設(shè)置有防水外殼(305)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置,其特征在于所述蓄熱罐(1) 外壁設(shè)置有熱水入口(5)、冷水出口(6)、冷水入口(7)和熱水出口(8),熱水入口(5)、冷水 出口(6)、冷水入口(7)和熱水出口(8)設(shè)置在移動隔熱板(2)的上升上限的上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置,其特征在于所述冷水出口 (6)和熱水出口(8)分別連接有盤繞的軟管(9),軟管(9)的另一端固定在移動隔熱板(2) 上表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置,其特征在于所述連通裝置 (4)由兩根連通管道組成,第一連通管道(411)下端開口于移動隔熱板(2),上端由橡膠蓋 (412)密封延伸至蓄熱罐(1)上層空間;第二連通管道(413)上端開口于移動隔熱板(2), 下端由橡膠蓋(412)密封延伸至蓄熱罐(1)下層空間;所述橡膠蓋(412)都通過彈簧(414) 與連通管道的管壁相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置,其特征在于所述連通裝置 (4)包括連通管道(401)和隔熱腔,隔熱腔內(nèi)設(shè)置有電磁塊(402)、移動隔熱滑塊(403)和彈 簧(404),彈簧(404)固定在連通管道(401)上,移動隔熱滑塊(403)的一端固定在彈簧上 (404 ),另一端與電磁塊(402 )對接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置,其特征在于所述移動 隔熱板(2 )包括上夾層(201)、下夾層(202 )、保溫層(203 )和隔水層(204 ),上夾層(201)與 下夾層(202)通過外周側(cè)壁(205)封接,形成的夾層空間設(shè)置有保溫層(203),側(cè)壁(205)上 包裹有隔水層(204)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或者7所述的雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置,其特征在于 所述移動隔熱板(2)的上升上限設(shè)置在蓄熱罐(1)高度的2/3 5/6。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、5或者8所述的雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置,其特征在于 所述蓄熱罐(1)上方設(shè)置有排氣閥和補(bǔ)水閥,蓄熱罐(1)下方設(shè)置有泄水閥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能熱利用裝置,具體地說是一種雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置。為解決目前太陽能蓄熱系統(tǒng)溫度提升慢、太陽能利用率低的問題,該發(fā)明的雙層可調(diào)節(jié)式太陽能蓄熱裝置在蓄熱罐內(nèi)設(shè)置有可將蓄熱罐內(nèi)部容積分為上下兩層空間的移動隔熱板,蓄熱罐罐頂設(shè)置有牽引裝置,牽引裝置與移動隔熱板相連,移動隔熱板通過牽引裝置在蓄熱罐內(nèi)進(jìn)行升降;移動隔熱板設(shè)置有連通裝置將上下兩層空間連通。采用本發(fā)明的技術(shù)方案解決了目前太陽能蓄熱系統(tǒng)溫度提升慢、水溫波動大的問題,顯著增加了太陽能利用裝置的可運行時間,降低熱損失,該裝置成本不高,可實現(xiàn)全自動控制。
文檔編號F24J2/46GK102003820SQ20101058500
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者余雷, 吳石亮, 張耀明, 王軍, 董巍巍, 陳龍 申請人:東南大學(xué)