專利名稱：一種太陽(yáng)能相變蓄熱供暖裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能儲(chǔ)存和釋放技術(shù)，特別涉及一種可廣泛應(yīng)用于建筑、農(nóng)業(yè)溫室等設(shè)施的室內(nèi)采暖的太陽(yáng)能相變蓄熱供暖裝置及方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能能量供應(yīng)具有隨機(jī)性、間歇性、受地理、晝夜和季節(jié)等規(guī)律性變化的影響， 以及陰晴云雨等隨機(jī)因素的制約。因此，利用太陽(yáng)能采暖，受到太陽(yáng)輻射及其自身存在的能源密度低、周期性波動(dòng)等特點(diǎn)，大大限制了太陽(yáng)能技術(shù)的應(yīng)用。被動(dòng)太陽(yáng)能采暖技術(shù)，采用集熱墻和受益窗等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)白天的太陽(yáng)得熱，但是夜間便無(wú)法得到太陽(yáng)能。為了克服這個(gè)缺陷，通常采用電加熱來(lái)作為補(bǔ)充，需要消耗大量能源，既不經(jīng)濟(jì)又不安全。相變儲(chǔ)能具有儲(chǔ)能密度高、儲(chǔ)能溫度容易控制和選擇范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。主動(dòng)太陽(yáng)能系統(tǒng)利用相變儲(chǔ)能可以解決以上問(wèn)題，將白天太陽(yáng)能釋放的熱量通過(guò)相變材料儲(chǔ)存起來(lái)，夜間將蓄積起來(lái)的能量釋放進(jìn)行室內(nèi)供暖，已有相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)其進(jìn)行了報(bào)道。專利02109563. 9 提出了一種“太陽(yáng)能蓄熱供暖供冷方法及裝置”，通過(guò)用集熱器接受太陽(yáng)能，并將熱量?jī)?chǔ)存于地下深層土壤中，冬季或夏季供暖或制冷時(shí)，用取熱和取冷裝置取出熱量或冷量進(jìn)行供暖或供冷。但該裝置利用土壤蓄熱，裝置過(guò)于復(fù)雜，部分構(gòu)件需深埋土壤中，施工量大，成本高。專利200920M5783.4提出了一種“相變太陽(yáng)能熱風(fēng)取暖器”，通過(guò)白天將蓄熱板置于室外接受日照發(fā)生相變，置于室內(nèi)絕熱保存，待夜間無(wú)太陽(yáng)輻射且室內(nèi)溫度較低時(shí)使用。但該取暖器需要人工操作將蓄熱板取出取入以及絕熱保存，操作不便。此外，放入室內(nèi)保存以及散熱需要占用一定的房?jī)?nèi)空間。專利201010151097. 8提出了一種“高效低成本太陽(yáng)能蓄熱供暖裝置”，通過(guò)儲(chǔ)熱單元將白天太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為熱能儲(chǔ)存起來(lái)，夜間或陰天啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，帶動(dòng)空氣流動(dòng)，將熱量從儲(chǔ)熱單元中取出，為室內(nèi)供暖。但該裝置只能設(shè)置單排儲(chǔ)熱單元，且儲(chǔ)熱單元與隔熱材料之間需設(shè)置空氣流動(dòng)的空腔。因此，該裝置蓄熱能力有限，占用空間較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服太陽(yáng)能蓄熱體積大，儲(chǔ)能密度低的缺點(diǎn)，蓄熱能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊，熱效率高，使白天蓄熱裝置可以充分吸收太陽(yáng)輻射并將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，以備夜間取暖用的太陽(yáng)能相變蓄熱供暖裝置及方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括保溫隔熱材料和透明保溫板組成的蓄熱箱體，在蓄熱箱體內(nèi)設(shè)置有若干層相變蓄熱小球，在相變蓄熱小球的上、下端分別設(shè)置有進(jìn)氣通道和出氣通道，保溫隔熱材料的下端開(kāi)設(shè)有與出氣通道相連通的出氣孔，進(jìn)氣通道和出氣通道經(jīng)循環(huán)氣通道相連通，且在循環(huán)氣通道內(nèi)安裝有循環(huán)風(fēng)機(jī)；所述的進(jìn)氣通道上還設(shè)置有與大氣相連的進(jìn)氣閥門；所述的出氣通道的末端還安裝帶有溫度傳感器的供暖風(fēng)機(jī)。所述的最上層的相變蓄熱小球表面鍍上選擇性吸收涂層。
所述的相變蓄熱小球?yàn)楹锌涨坏牟讳P鋼球殼，小球直徑為30-200mm，內(nèi)部填充有相變材料，相變材料的體積為不銹鋼球殼容積的3/4，所述的蓄熱不銹鋼小球外孔處采用涂有耐高溫膠的不銹鋼塞填入外孔密封。所述的自上而下相變蓄熱小球內(nèi)部填充的相變材料采用梯度布置，即自上而下相變材料的相變溫度逐層遞減。所述的上層相變蓄熱小球內(nèi)相變材料相變溫度為40°C -60°C，下層相變蓄熱小球內(nèi)相變材料相變溫度為25°C -50°C。本發(fā)明的方法如下白天蓄熱時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣通道與大氣相連的進(jìn)氣閥門和出氣通道末端的供暖風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)循環(huán)通道內(nèi)的循環(huán)風(fēng)機(jī)，氣體通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流換熱將上層蓄熱小球未及時(shí)蓄積的熱量攜帶至下層蓄熱小球儲(chǔ)存；夜間供暖時(shí)，關(guān)閉循環(huán)風(fēng)機(jī)、打開(kāi)進(jìn)氣通道與大氣相連的閥門、啟動(dòng)供暖風(fēng)機(jī)將空氣抽入蓄熱箱體內(nèi)，空氣在流動(dòng)過(guò)程中與蓄熱小球進(jìn)行對(duì)流換熱，吸熱升溫，進(jìn)過(guò)出氣通道進(jìn)入室內(nèi)。本發(fā)明充分發(fā)揮相變材料的蓄熱能力和多孔堆積球比表面積大、換熱能力強(qiáng)的特點(diǎn)，透明保溫板和保溫隔熱材料將蓄熱小球封裝起來(lái)。白天，陽(yáng)光透過(guò)透明保溫板將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化為熱能，蓄熱小球表面吸熱，溫度升高，通過(guò)導(dǎo)熱將熱量傳遞給相變材料，相變材料熔化，儲(chǔ)存能量；同時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)風(fēng)機(jī)，氣體通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流換熱將上層蓄熱小球未及時(shí)蓄積的熱量攜帶至下層蓄熱小球儲(chǔ)存。夜間當(dāng)室內(nèi)溫度過(guò)低時(shí)，打開(kāi)進(jìn)風(fēng)口，關(guān)閉循環(huán)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)供暖風(fēng)機(jī)，帶動(dòng)空氣流動(dòng)，將熱量快速?gòu)男顭嵝∏蛑腥〕鰹槭覂?nèi)供暖。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A面剖視圖；圖3是相變蓄熱小球殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是封裝相變材料的相變蓄熱小球的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1保溫隔熱材料、2相變蓄熱小球、3透明保溫板、4進(jìn)氣通道、5出氣孔、6出氣通道、7帶有溫度傳感器的供暖風(fēng)機(jī)、8循環(huán)氣通道、9循環(huán)風(fēng)機(jī)、10進(jìn)氣閥門、2-1不銹鋼球殼、2-2相變材料、2-3外孔、2-4不銹鋼塞。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖1，2，本發(fā)明包括保溫隔熱材料1和透明保溫板3組成的蓄熱箱體，在蓄熱箱體內(nèi)設(shè)置有若干層相變蓄熱小球2，最上層的相變蓄熱小球2表面鍍上選擇性吸收涂層， 自上而下相變蓄熱小球2內(nèi)部填充的相變材料采用梯度布置，即自上而下相變材料的相變溫度逐層遞減，上層相變蓄熱小球內(nèi)相變材料相變溫度為40°C -60°C，下層相變蓄熱小球內(nèi)相變材料相變溫度為25°C _50°C。在相變蓄熱小球2的上、下端分別設(shè)置有進(jìn)氣通道4和出氣通道6，保溫隔熱材料1的下端開(kāi)設(shè)有與出氣通道6相連通的出氣孔5，進(jìn)氣通道4和出氣通道6經(jīng)循環(huán)氣通道8相連通，且在循環(huán)氣通道8內(nèi)安裝有循環(huán)風(fēng)機(jī)9 ；所述的進(jìn)氣通道4上還設(shè)置有與大氣相連的進(jìn)氣閥門；
所述的出氣通道6的末端還安裝帶有溫度傳感器的供暖風(fēng)機(jī)7。參見(jiàn)圖3，4，相變蓄熱小球2為含有空腔的不銹鋼球殼，小球直徑為30_100mm，內(nèi)部填充有相變材料2-2，相變材料2-2的體積為不銹鋼球殼2-1容積的3/4，所述的蓄熱不銹鋼小球外孔2-3處采用涂有耐高溫膠的不銹鋼塞2-4填入外孔2-3密封。白天蓄熱時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣通道4與大氣相連的閥門和出氣通道末端的供暖風(fēng)機(jī)7，陽(yáng)光透過(guò)透明保溫板將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化為熱能，蓄熱小球表面吸熱，溫度升高并通過(guò)導(dǎo)熱將熱量傳遞給相變材料，相變材料熔化，儲(chǔ)存能量；待上層蓄熱小球達(dá)到內(nèi)部相變材料相變溫度后，啟動(dòng)循環(huán)風(fēng)機(jī)將熱量及時(shí)通過(guò)對(duì)流換熱的方式傳遞至下層蓄熱小球，并將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)；夜間供暖時(shí)，關(guān)閉循環(huán)風(fēng)機(jī)9、打開(kāi)進(jìn)氣通道與大氣相連的閥門、啟動(dòng)供暖風(fēng)機(jī)7 將空氣抽入蓄熱箱體內(nèi)，空氣在流動(dòng)過(guò)程中與蓄熱小球2進(jìn)行對(duì)流換熱，吸熱升溫，進(jìn)過(guò)出氣通道進(jìn)入室內(nèi)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，最為突出的特點(diǎn)和顯著的效果是采用不銹鋼球殼蓄熱小球作為儲(chǔ)熱單元克服了相變材料導(dǎo)熱系數(shù)低，儲(chǔ)存和釋放能量速度慢的缺點(diǎn)，蓄熱能力強(qiáng)、儲(chǔ)存和釋放熱量迅速。封裝在蓄熱箱體內(nèi)的蓄熱小球之間的孔隙結(jié)構(gòu)可以使氣體流通，使得蓄熱供暖裝置體積大大減小，結(jié)構(gòu)緊湊。由于堆積小球比表面積大，可以充分接收太陽(yáng)輻射并將其轉(zhuǎn)化為熱量?jī)?chǔ)存起來(lái)有助于夜間取暖時(shí)熱量迅速釋放。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能相變蓄熱供暖裝置，其特征在于包括保溫隔熱材料(1)和透明保溫板 (3)組成的蓄熱箱體，在蓄熱箱體內(nèi)設(shè)置有若干層相變蓄熱小球O)，在相變蓄熱小球(2) 的上、下端分別設(shè)置有進(jìn)氣通道(4)和出氣通道(6)，保溫隔熱材料(1)的下端開(kāi)設(shè)有與出氣通道(6)相連通的出氣孔(5)，進(jìn)氣通道(4)和出氣通道(6)經(jīng)循環(huán)氣通道⑶相連通， 且在循環(huán)氣通道(8)內(nèi)安裝有循環(huán)風(fēng)機(jī)(9)；所述的進(jìn)氣通道(4)上還設(shè)置有與大氣相連的進(jìn)氣閥門(10)；所述的出氣通道(6)的末端還安裝帶有溫度傳感器的供暖風(fēng)機(jī)(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能相變蓄熱供暖裝置，其特征在于所述的最上層的相變蓄熱小球( 表面鍍上選擇性吸收涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能相變蓄熱供暖裝置，其特征在于所述的相變蓄熱小球(2)為含有空腔的不銹鋼球殼(2-1)，小球直徑為30-200mm，內(nèi)部填充有相變材料(2_2)， 相變材料(2- 的體積為不銹鋼球殼(2-1)容積的3/4，所述的蓄熱不銹鋼小球外孔(2-3) 處采用涂有耐高溫膠的不銹鋼塞(2-4)填入外孔(2- 密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能相變蓄熱供暖裝置，其特征在于所述的自上而下相變蓄熱小球O)內(nèi)部填充的相變材料采用梯度布置，即自上而下相變材料的相變溫度逐層遞減。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能相變蓄熱供暖裝置，其特征在于所述的上層相變蓄熱小球內(nèi)相變材料相變溫度為40°C -60°C，下層相變蓄熱小球內(nèi)相變材料相變溫度為 250C -50"C。
6.一種如權(quán)利要求1所述裝置的太陽(yáng)能相變蓄熱供暖方法，其特征在于白天蓄熱時(shí)， 關(guān)閉進(jìn)氣通道(4)與大氣相連的進(jìn)氣閥門(10)和出氣通道末端的供暖風(fēng)機(jī)(7)，啟動(dòng)循環(huán)通道內(nèi)的循環(huán)風(fēng)機(jī)(9)，氣體通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流換熱將上層蓄熱小球未及時(shí)蓄積的熱量攜帶至下層蓄熱小球儲(chǔ)存；夜間供暖時(shí)，關(guān)閉循環(huán)風(fēng)機(jī)(9)、打開(kāi)進(jìn)氣通道與大氣相連的閥門、啟動(dòng)供暖風(fēng)機(jī)(7) 將空氣抽入蓄熱箱體內(nèi)，空氣在流動(dòng)過(guò)程中與蓄熱小球( 進(jìn)行對(duì)流換熱，吸熱升溫，進(jìn)過(guò)出氣通道進(jìn)入室內(nèi)。
全文摘要
一種太陽(yáng)能相變蓄熱供暖裝置及方法，該裝置包括保溫隔熱材料和透明保溫板組成的蓄熱箱體、相變蓄熱小球、循環(huán)風(fēng)機(jī)以及供暖風(fēng)機(jī)。白天，陽(yáng)光透過(guò)透明保溫板將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化為熱能，蓄熱小球表面吸熱，溫度升高并通過(guò)導(dǎo)熱將熱量傳遞給相變材料，相變材料熔化，儲(chǔ)存能量；待上層蓄熱小球達(dá)到內(nèi)部相變材料相變溫度后，啟動(dòng)循環(huán)風(fēng)機(jī)將吸收的富余太陽(yáng)輻射能量及時(shí)通過(guò)對(duì)流換熱的方式傳遞至下層蓄熱小球，并將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)。夜間當(dāng)室內(nèi)溫度過(guò)低時(shí)，打開(kāi)進(jìn)風(fēng)口，關(guān)閉循環(huán)風(fēng)機(jī)并啟動(dòng)供暖風(fēng)機(jī)，帶動(dòng)空氣流動(dòng)，將熱量快速?gòu)男顭嵝∏蛑腥〕鰹槭覂?nèi)供暖。
文檔編號(hào)F24J2/05GK102538230SQ20111045535
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者何雅玲, 屈治國(guó), 陶文銓, 高懷斌 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)