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：
本實(shí)用新型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(shí)間與輻射接收時(shí)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(jì)的蓄熱儲(chǔ)液箱儲(chǔ)液量較大，會(huì)出現(xiàn)的問題有 熱啟動(dòng)過慢，導(dǎo)致每次將水溫加熱至熱利用裝置運(yùn)行所需的溫度需要較長的一段時(shí)間；太 陽能利用率較低；冷熱水?dāng)_動(dòng)較大等問題。若設(shè)計(jì)的蓄熱儲(chǔ)液箱儲(chǔ)液量較小，會(huì)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(dòng)較大，熱利用系統(tǒng)無法正常運(yùn)行；蓄熱量所 提供的運(yùn)行時(shí)間短，陰雨天系統(tǒng)無法運(yùn)行等問題。為了避免早晨熱啟動(dòng)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(dòng)速度和蓄熱量之間的矛盾，但切換加熱各層的方式，會(huì)出現(xiàn)上層水 箱溫度波動(dòng)較大，下層水箱儲(chǔ)存的熱量可利用率低、冷熱水?dāng)_動(dòng)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(shí)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(dòng)，仍存在著啟動(dòng)時(shí)間慢的缺 點(diǎn)，年太陽能熱利用裝置的可運(yùn)行時(shí)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(dòng)調(diào)節(jié)的，難以解決太陽能蓄熱儲(chǔ)液箱中所存在的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容實(shí)用新型目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種雙層可調(diào) 節(jié)式太陽能蓄熱裝置，實(shí)現(xiàn)了分層空間可調(diào)節(jié)，解決了溫度提升慢、水溫波動(dòng)大的問題，提 高了太陽能利用，降低熱損失，且可根據(jù)實(shí)際情況快速啟動(dòng)。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下—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(dòng)隔熱板，在蓄熱罐罐頂設(shè)置有牽引裝置，牽引裝置與移 動(dòng)隔熱板相連，移動(dòng)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(dòng)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(dòng)隔熱板的上升上限的上方。所述移動(dòng)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(dòng)隔熱 板上表面。為了達(dá)到設(shè)置方便、操作簡易、降低費(fèi)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(dòng)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(dòng)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(dòng)隔熱板向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)隔熱板向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，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。作為本實(shí)用新型的進(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(shí)，移動(dòng)隔熱板需要以較快速度從蓄熱罐底向上運(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(dòng)隔熱滑塊和彈簧，彈簧固定在連通管道上，移動(dòng)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(dòng)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。作為本實(shí)用新型的進(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(yùn)行前，將移動(dòng)隔熱板調(diào)到上升上限， 可以顯著提前熱利用裝置的運(yùn)行起始時(shí)間。當(dāng)上層空間達(dá)到設(shè)定溫度值時(shí)，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(dòng)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(chǔ)存的熱量并且同時(shí)保證熱 利用裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)上層空間的溫度小于某設(shè)定值時(shí)，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(yùn)行，熱水流入固定在移動(dòng)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。有益效果本實(shí)用新型的有益效果如下1、所述裝置采用了移動(dòng)隔熱板的雙層儲(chǔ)液箱，運(yùn)行中通過對移動(dòng)隔熱板位置的調(diào) 節(jié)，同時(shí)具有大容量和小容量蓄熱儲(chǔ)液箱的優(yōu)點(diǎn)，避免二者的缺陷，縮短了裝置起始運(yùn)行時(shí) 間和裝置再次運(yùn)行時(shí)間，顯著增加了太陽能利用裝置的可運(yùn)行時(shí)間，并且相對于同條件設(shè) 計(jì)的普通儲(chǔ)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(dòng)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(diǎn)；3、該裝置可采用全自動(dòng)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(yùn)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(yùn)行費(fèi)用109Γ30%，經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排效益較為顯著。
附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本實(shí)用新型的立體剖面圖；附圖3是本實(shí)用新型提供的牽引裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是本實(shí)用新型提供的移動(dòng)隔熱板的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例1的連通裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例2的連通裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作更進(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(dòng)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(dòng)隔熱板2相連，移動(dòng)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(dòng)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(dòng)隔熱板2上表面。 如附圖4所示，移動(dòng)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(dòng)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(dòng)隔熱板2的牽引繩索304 ；電機(jī)302設(shè)置有防水外殼305。實(shí)施例1 如圖1所示，本實(shí)用新型的雙層可調(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(dòng)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(dòng)隔熱滑塊403和彈簧404，彈簧404固定在連通管道 401上，移動(dòng)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(dòng)隔熱板2中，每次熱利用裝置運(yùn)行前，將可移動(dòng)擋板2上升到2. 2米處， 可以顯著的提前熱利用裝置的運(yùn)行起始時(shí)間。當(dāng)上層空間達(dá)到設(shè)定的190°C時(shí)，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(chǔ)存的熱量并且同時(shí)保證熱利用裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)上層 的溫度小于170°C時(shí)，可移動(dòng)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(yùn)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(jì)的太陽能熱利用系統(tǒng)，采用常規(guī)儲(chǔ)水箱與本實(shí)用新型提供的雙層可調(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(shí)施例2 如圖1、圖6所示，本實(shí)用新型的雙層可調(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(dòng)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(dòng)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(dòng)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。回到附圖1所示，參考附圖6，每次熱利用裝置11運(yùn)行前，將移動(dòng)隔熱板2上升到 2.2米處，移動(dòng)隔熱板2向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(yùn)行起始時(shí)間。當(dāng)上層空間達(dá)到設(shè)定的190°C時(shí)，移動(dòng)隔熱板2向下 運(yùn)動(dòng)，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(chǔ)存熱量的同時(shí)保證了熱利用裝置11運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)上層的溫度小于170°C時(shí)，移動(dòng)隔 熱板2向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，以便熱利用裝置11盡快再次開始運(yùn)行。作為本實(shí)用新型的優(yōu)化實(shí)施方 案，為使熱利用裝置11盡快再次運(yùn)行，移動(dòng)隔熱板2需要以較快速度從蓄熱罐1底向上運(yùn) 動(dòng)，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(shí)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(chǔ)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。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)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，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和 潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(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(dòng)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(dòng)隔熱板(2)相連，移動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)隔熱滑塊(403)和彈 簧(404)，彈簧(404)固定在連通管道(401)上，移動(dòng)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任意一項(xiàng)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(dòng)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，其特征在于所述移動(dòng)隔熱 板(2 )的上升上限設(shè)置在蓄熱罐(1)高度的2/3飛/6。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或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。
專利摘要本實(shí)用新型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，該實(shí)用新型的雙層可調(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(dòng)隔熱板，蓄熱罐罐頂設(shè)置有牽引裝置，牽引裝置與移動(dòng)隔熱板相連，移動(dòng)隔熱板通過牽引裝置在蓄熱罐內(nèi)進(jìn)行升降；移動(dòng)隔熱板設(shè)置有連通裝置將上下兩層空間連通。采用本實(shí)用新型的技術(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(dòng)大的問題，顯著增加了太陽能利用裝置的可運(yùn)行時(shí)間，降低熱損失，該裝置成本不高，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。
文檔編號F24J2/46GK201917098SQ20102065560
公開日2011年8月3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)