專利名稱：一種多功能太陽能蓄能系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能蓄能技術領域，尤其涉及一種太陽能集熱蓄能系統(tǒng)。
背景技術：
近年來，隨著有限的化石燃料大量消耗，能源和環(huán)境問題已成為制約我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的主要問題之一。太陽能資源具有總量大，分布廣泛，使用清潔，不存在資源枯竭等優(yōu)點，太陽能轉化利用已成為全球可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。然而，在時間和強度上，太陽能的供應與需求并不協(xié)調。因此，如何將富余的太陽能有效儲存并在需要的時間重新釋放，成為太陽能利用領域的研究熱點之一。對于傳統(tǒng)的太陽能蓄熱過程，太陽光需先經(jīng)吸收器轉化為熱能，熱能再傳遞給換 熱流體，最終換熱流體把熱能傳輸?shù)叫顭嵫b置，傳熱環(huán)節(jié)過多。每次換熱過程都會引起能量品質的下降及數(shù)量的損耗。為此，一些學者提出把相變蓄熱材料和集熱裝置結合在一起的思路，如 Fatah HES 發(fā)表在《Renewable Energy》上的 Thermal performance of a simpledesign solar air heater with built-in thermal energy storage system一文，提出相變蓄熱材料填充的蓄熱管替代集熱裝置直接蓄熱，這種方法減少了太陽能蓄熱過程的傳熱環(huán)節(jié)，但一方面集熱裝置不再具備直接輸出熱量的功能，另一方面相變材料蓄熱后，與環(huán)境存在溫度差，熱量儲存過程損失大，導致儲能效率低下。

實用新型內容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種吸附或氣固化學反應蓄熱裝置與太陽能集熱裝置一體化的新型太陽能集熱蓄熱系統(tǒng)。本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種太陽能集熱蓄能系統(tǒng)，包括蓄能吸收器、控制閥、儲液器；蓄能吸收器內設有集熱換熱器和氣體通道，并裝有固態(tài)反應物，儲液器內設有蒸發(fā)冷凝換熱器，并裝有流態(tài)反應物液體，蓄能吸收器內的氣體通道與控制閥連接，控制閥與儲液器連接。所述固固態(tài)反應物可以是無機鹽(8&(12工&(12、51'(12、]\%(12、祖(12、似25、]\%504等)及其與水或氨形成的絡合物、氧化物(Ca0、Mg0、Ba0、Pb0等)及其與水或二氧化碳形成的組合物、沸石、硅膠、活性炭、金屬有機骨架材料和金屬氫化物等，固態(tài)反應物也可添加一些石墨、金屬粉末等導熱系數(shù)高的材料，然后壓制成型，達到強化換熱的目的。所述的流態(tài)反應物主要包括氨、二氧化碳、水和氫氣等。作為本實用新型的進一步改進，所述蓄能吸收器內還可以設有吸熱面。本實用新型所述的蓄能吸收器可以為腔式和真空集熱管式兩種，這兩種蓄能吸收器是在原有太陽能吸收器形式上增添了固體反應物和氣體通道部分，實現(xiàn)蓄能功能。其中腔式吸收器蓄能吸收器還需要設置反射面和保溫材料。本實用新型所述的集熱換熱器為普通換熱器或熱管換熱器，實現(xiàn)熱能的輸出。本實用新型所述的控制閥為節(jié)流閥，其開度范圍為0 100%。[0013]本實用新型的工作原理為蓄能吸收器和蓄能材料的一體化設計，減少流體傳熱環(huán)節(jié)，并且吸附及氣固反應蓄熱技術把熱能轉化為吸附勢能或化學能存儲起來，可實現(xiàn)常溫下無損存儲，因而這種結合方法既減少了換熱環(huán)節(jié)，又不會出現(xiàn)相變蓄熱材料保溫效果不好導致的能量損失。本實用新型所述的吸熱材料為可實現(xiàn)太陽光轉化為熱能的部件，可在其與固態(tài)反應物接觸面增加翅片，以強化傳熱。若為固態(tài)反應物為吸光材料，則吸熱面可以不要，直接利用固態(tài)反應物轉化太陽光為熱能。本實用新型所述的氣體狀態(tài)的流態(tài)反應物與固態(tài)反應物能發(fā)生可逆吸附或化學反應，其合成過程為放熱過程，分解過程為吸熱過程。本實用新型所述的太陽能集熱蓄能系統(tǒng)，運行一個周期依次經(jīng)歷集熱充能、儲能和放能三個階段在集熱充能階段，太陽光被吸熱面轉換為熱能，需要存儲的熱能加熱固態(tài)反應物與流態(tài)反應物反應或吸附生成的物質，該物質分解出流態(tài)反應物氣體，流態(tài)反應物氣體進入儲液器向蒸發(fā)冷凝換熱器放熱，冷凝為液體，剩余熱能經(jīng)集熱換熱器輸出供熱，這兩部分熱能的分配比例通過調節(jié)控制閥的開度來實現(xiàn)；在儲能階段，控制閥開度為0，固態(tài)反應物與流態(tài)反應物被隔離開，能量以吸附勢能或化學能方式存儲，可以實現(xiàn)能量的無損存儲。在放能階段，控制閥開度大于0，流態(tài)反應物從蒸發(fā)冷凝換熱器吸熱汽化，流態(tài)反應物氣體與固態(tài)反應物進行吸附或化學反應，并向集熱換熱器放出熱量，放熱速率通過控制閥的開度調節(jié)。在放能階段，系統(tǒng)可以產(chǎn)生冷量或者熱量。供冷模式運行，蒸發(fā)冷凝換熱器中通入低溫載冷劑，流態(tài)反應物蒸發(fā)制冷，流態(tài)反應物氣體與固態(tài)反應物進行吸附或化學反應，釋放出的常溫熱量經(jīng)集熱換熱器排入環(huán)境；供熱模式運行，流態(tài)反應物經(jīng)蒸發(fā)冷凝換熱器從環(huán)境吸熱蒸發(fā)，流態(tài)反應物氣體與固態(tài)反應物進行吸附或化學反應，釋放出高于環(huán)境溫度的熱量，熱量經(jīng)集熱換熱器輸出供熱。本實用新型的有益效果是本實用新型減少了太陽能蓄熱過程的傳熱環(huán)節(jié)，又同時具有集熱和無損畜能等功能。

圖I為實用新型太陽能集熱蓄能系統(tǒng)的原理示意圖。圖2為實用新型梯形腔式蓄能吸收器的剖面示意圖。圖3為實用新型真空集熱管式蓄能吸收器的剖面示意圖。圖中1為蓄能吸收器、2為控制閥、3為儲液器、4為蒸發(fā)冷凝換熱器、5為流態(tài)反應物、6為固態(tài)反應物、7為集熱換熱器、8為氣體通道、9為玻璃罩、10為吸熱面、11為反射面、12為保溫材料。
具體實施方式
實用新型
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。實用新型實施例I :[0028]圖I中，本實施例的太陽能集熱蓄能系統(tǒng)，包括蓄能吸收器I、控制閥2、儲液器3 ；圖2中，蓄能吸收器I為梯形腔式，內設集熱換熱器7、氣體通道8、玻璃罩9、吸熱面10、反射面11和保溫材料12，并裝有固態(tài)反應物6，儲液器3內設有蒸發(fā)冷凝換熱器4，并裝有流態(tài)反應物5液體，蓄能吸收器I內的氣體通道8與控制閥2連接，控制閥2與儲液器3連接。本實施例中，固態(tài)反應物6為MgCl2與石墨的混合物，流態(tài)反應物5為氨，采用聚光比為10的槽式聚光結構。本實施例中，控制閥2為節(jié)流閥，其開度范圍為0 100%。本實施例中，太陽能集熱蓄能系統(tǒng)運行一個周期依次經(jīng)歷集熱充能、儲能和放能三個階段在集熱充能階段，太陽光被吸熱面10轉換為熱能，需要存儲的熱能加熱固態(tài)反應物6與流態(tài)反應物5反應或吸附生成的物質，該物質分解出流態(tài)反應物5氣體，流態(tài)反應物5氣體進入儲液器3向蒸發(fā)冷凝換熱器4放熱，冷凝為液體，剩余熱能經(jīng)集熱換熱器7輸出 供熱，這兩部分熱能的分配比例通過調節(jié)控制閥2的開度來實現(xiàn)；在儲能階段，控制閥2開度為0，固態(tài)反應物6與流態(tài)反應物5被隔離開，能量以吸附勢能或化學能方式存儲；在放能階段，流態(tài)反應物5經(jīng)蒸發(fā)冷凝換熱器4從環(huán)境吸熱蒸發(fā)，流態(tài)反應物5氣體與固態(tài)反應物6進行吸附或化學反應，釋放出高于環(huán)境溫度的熱量，熱量經(jīng)集熱換熱器7輸出供熱，放熱速率通過控制閥2的開度調節(jié)。本實施例中，蓄熱能量密度大約為1500 2000KJ/Kg，放能溫度約200°C。實施例2 圖3中，本實施例的太陽能集熱蓄能系統(tǒng)，包括蓄能吸收器I、控制閥2、儲液器3 ；蓄能吸收器I為真空集熱管式，內設集熱換熱器7、氣體通道8、玻璃罩9和吸熱面10，并裝有固態(tài)反應物6，儲液器3內設有蒸發(fā)冷凝換熱器4，并裝有流態(tài)反應物5液體，蓄能吸收器I內的氣體通道8與控制閥2連接，控制閥2與儲液器3連接。本實施例中，固態(tài)反應物6為MgO，流態(tài)反應物5為水，采用聚光比為4的CPC聚光結構。在放能階段，蒸發(fā)冷凝換熱器4中通入低溫載冷劑，流態(tài)反應物5蒸發(fā)制冷，流態(tài)反應物5氣體與固態(tài)反應物6進行吸附或化學反應，釋放出的常溫熱量經(jīng)集熱換熱器7排入環(huán)境；本實施例其余過程與實施例I相同。本實施例中，蓄冷能量密度大約為1000KJ/Kg，供冷溫度約15°C。實施例3 本實施例的太陽能集熱蓄能系統(tǒng)，包括蓄能吸收器I、控制閥2、儲液器3 ;蓄能吸收器I為真空集熱管式，內設集熱換熱器7、氣體通道8和玻璃罩9，并裝有固態(tài)反應物6，儲液器3內設有蒸發(fā)冷凝換熱器4，并裝有流態(tài)反應物5液體，蓄能吸收器I內的氣體通道8與控制閥2連接，控制閥2與儲液器3連接。本實施例中，固態(tài)反應物6為Na2SO4與石墨的混合物，流態(tài)反應物5為水，無聚光結構。本實施例中，在集熱充能階段，太陽光被固態(tài)反應物6直接轉換為熱能。[0046]在放能階段，流態(tài)反應物5經(jīng)蒸發(fā)冷凝換熱器4從環(huán)境吸熱蒸發(fā)，流態(tài)反應物5氣體與固態(tài)反應物6進行吸附或化學反應，釋放出高于環(huán)境溫度的熱量，熱量經(jīng)集熱換熱器7輸出供熱，放熱速率通過控制閥2的開度調節(jié)。本實施例其余過程與實施例2相同。本實施例中，可以實現(xiàn)太陽能跨季節(jié)儲存，把夏秋季節(jié)富裕的太陽能儲存到冬季供暖，蓄熱能量密度大約為2000KJ/Kg，供熱溫度約50°C。上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。
權利要求1.一種太陽能集熱蓄能系統(tǒng)，其特征是，包括蓄能吸收器、控制閥、儲液器；蓄能吸收器內設有集熱換熱器和氣體通道，并裝有固態(tài)反應物，儲液器內設有蒸發(fā)冷凝換熱器，并裝有流態(tài)反應物液體，蓄能吸收器內的氣體通道與控制閥連接，控制閥與儲液器連接。
2.如權利要求I所述的太陽能集熱蓄能系統(tǒng)，其特征是，所述蓄能吸收器內還設有吸熱面。
3.如權利要求I所述的太陽能集熱蓄能系統(tǒng)，其特征是，所述蓄能吸收器為腔式，蓄能吸收器內還設有反射面和保溫材料。
4.如權利要求I所述的太陽能集熱蓄能系統(tǒng)，其特征是，所述蓄能吸收器為真空集熱管式。
5.如權利要求I所述的太陽能集熱蓄能系統(tǒng)，其特征是，所述集熱換熱器為普通換熱器或熱管換熱器。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能集熱蓄能系統(tǒng)，包括蓄能吸收器、控制閥、儲液器；蓄能吸收器內設有集熱換熱器和氣體通道，并裝有固態(tài)反應物，儲液器內設有蒸發(fā)冷凝換熱器，并裝有流態(tài)反應物液體，蓄能吸收器內的氣體通道與控制閥連接，控制閥與儲液器連接。本實用新型減少了太陽能蓄熱過程的傳熱環(huán)節(jié)，提高太陽能存儲效率，減少了有用功的損耗，又同時具有集熱和無損蓄能等功能。
文檔編號F24J2/34GK202792618SQ20122029252
公開日2013年3月13日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權日2012年6月21日
發(fā)明者賴艷華, 董震, 呂明新 申請人:山東大學