本發(fā)明屬于太陽能設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種太陽能制熱蓄熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

能源是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動力，能源的相對短缺以及能源開發(fā)與利用過程中的低效率、所造成的環(huán)境污染正成為我國經(jīng)濟(jì)與社會可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素，開發(fā)潔凈的可持續(xù)能源迫在眉睫。作為新能源之一的太陽能，其具有兩大優(yōu)勢：一是蘊藏豐富，取之不竭，用之不盡；二是安全、干凈，不會威脅人類和破壞環(huán)境。

太陽能集熱器是利用太陽能輻射能的關(guān)鍵裝置，它實現(xiàn)了將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給熱工質(zhì)。國內(nèi)應(yīng)用比較多的太陽能集熱器為真空管太陽能集熱器。

真空管太陽能集熱器的核心部件是真空集熱管，真空管主要由內(nèi)部吸熱體和外層玻璃管組成，吸熱體與外層玻璃之間為真空夾層，吸熱體表面涂有選擇性吸收涂層。真空層的存在消除了吸熱體與玻璃管之間的傳導(dǎo)傳熱和對流傳熱，大大降低了集熱器向外的散熱損失。真空管太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)簡單、實用性好，但是由于傳熱工質(zhì)為水，其最高溫度低于100℃，在太陽能充足的時候不能高效地利用太陽能，并且存在脹管破裂的危險。其次，由于太陽能受地域、天氣等因素影響，不能24小時源源不斷地為用戶提供能量，這種間隙性和分散性的缺點，嚴(yán)重阻礙了太陽能真空管的廣泛利用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可高效利用太陽能且可解決太陽能間隙性利用缺陷的太陽能制熱蓄熱系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的這種太陽能制熱蓄熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱器和與太陽能集熱器連通的蓄能罐，太陽能集熱器真空管內(nèi)換熱管中的換熱介質(zhì)采用導(dǎo)熱油，蓄能罐中設(shè)置有供能換熱管和取能換熱管，蓄能罐的殼體中有傳熱介質(zhì)和封裝的相變材料，供能換熱管與太陽能集熱器的換熱管連通；太陽能集熱器換熱管中的導(dǎo)熱油流經(jīng)蓄能罐中的供能換熱管中將熱量傳遞給蓄能罐殼體中的傳熱介質(zhì)和相變材料，取能換熱管的換熱介質(zhì)吸收傳熱介質(zhì)中的熱量，并傳遞熱量供相關(guān)設(shè)備直接使用，相變材料吸收熱量后儲存以供需要時釋放使用。

所述太陽能集熱器包括若干并列的真空管和一個保溫罐，真空管通過傾斜布置的金屬支架支撐，保溫罐位于真空管的上方，固定于金屬支架上；進(jìn)油總管伸入所述保溫罐內(nèi)分流進(jìn)入各真空管內(nèi)換熱后在保溫罐內(nèi)匯集經(jīng)回油總管流出，進(jìn)油總管和回油總管分別與所述蓄能罐內(nèi)供能換熱管的兩端連接，回油總管上連接有循環(huán)泵。

所述真空管包括共軸向中心線套裝的內(nèi)、外玻璃管，兩玻璃管之間為真空層，內(nèi)玻璃管的外壁有吸熱涂層、內(nèi)壁設(shè)置有沿徑向布置的板狀翅片，板狀翅片采用超導(dǎo)材料制作。

所述真空管內(nèi)的換熱管采用螺旋紫銅管，沿所述內(nèi)玻璃管軸向布置。

所述內(nèi)玻璃管中填充有相變材料，相變材料的填充高度為內(nèi)玻璃管的四分之三。

所述內(nèi)玻璃管內(nèi)沿軸向布置有橡膠管，橡膠管的下端為封閉端、上端為開口端，下端位于內(nèi)玻璃管的底部、上端面高于內(nèi)玻璃管內(nèi)相變材料膨脹時的最高高度，這樣在相變材料不均勻融化時，相變材料膨脹后可擠壓橡膠管，從而防止內(nèi)玻璃管脹裂。

所述蓄能罐的殼體采用不銹鋼板制作，殼體外依次設(shè)置有氣凝膠層和聚氨酯的保溫層，蓄能罐的殼體內(nèi)采用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)，殼體的底部設(shè)置導(dǎo)熱油輔助加熱器。

所述蓄能罐中的供能換熱管和取能換熱管均為螺旋紫銅管，兩者均沿蓄能罐的高度方向共軸向中心線布置，供能換熱管的螺旋內(nèi)徑大于取能換熱管的螺旋外徑。

所述取能換熱管的內(nèi)孔中、供能換熱管和取能換熱管圍成的空腔中、供能換熱管和蓄能罐殼體圍成的空腔中均布置有沿蓄能罐高度方向的相變材料封裝罐。

所述相變材料封裝罐內(nèi)沿高度方向設(shè)置有可增強(qiáng)罐內(nèi)換熱強(qiáng)度的十字型加強(qiáng)板。

本發(fā)明將太陽能集熱器與蓄能罐有機(jī)結(jié)合，通過太陽能集熱器將太陽能通過導(dǎo)熱油傳遞給蓄能罐中的取能換熱管及相變材料。導(dǎo)熱油作為換熱介質(zhì)跟現(xiàn)有技術(shù)相比可提高太陽能集熱器的制熱效率。取能換熱管的介質(zhì)吸收熱量后可供相關(guān)設(shè)備直接利用，相變材料將吸收的熱量先儲存起來等到?jīng)]有太陽能的時候再釋放出來以供使用，經(jīng)實驗測試本系統(tǒng)的蓄能罐保溫效果可以達(dá)到半個月左右，有效地解決了太陽能間隙性利用的缺陷。即本發(fā)明通過高效制能后可實現(xiàn)直接取能使用和蓄能待需要時使用，最大限度地利用太陽能這種可再生資源。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的設(shè)備布置示意圖。

圖2為圖1中太陽能集熱器真空管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1中蓄能罐的立面剖視示意圖。

圖4為圖3的俯視示意圖。

圖5為蓄能罐內(nèi)相變蓄能封裝罐的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為圖5中的A-A示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例公開的這種太陽能制熱蓄熱系統(tǒng)，主要設(shè)備為太陽能集熱器1和蓄能罐2。太陽能集熱器1包括若干并聯(lián)的真空管11和一個保溫罐12，真空管11通過傾斜布置的金屬支架3支撐。真空管11內(nèi)的換熱介質(zhì)采用導(dǎo)熱油，金屬支撐架3的角度可根據(jù)不同地區(qū)的太陽能高度角進(jìn)行調(diào)節(jié)。保溫罐12位于真空管11的上方，固定于金屬支架3上。進(jìn)油總管4伸入保溫罐12內(nèi)分流進(jìn)入各真空管11內(nèi)換熱后在保溫罐12內(nèi)匯集經(jīng)回油總管5流出，回油總管5上連接有循環(huán)泵6。

如圖2所示，太陽能集熱器1的真空管包括內(nèi)玻璃管111、外玻璃管112、換熱管113、橡膠管114、板狀翅片115。

內(nèi)玻璃管111的外壁有吸熱涂層，內(nèi)玻璃管111和外玻璃管112之間為真空層。真空層可大大降低太陽能真空管向外散失的熱損失。換熱管113采用螺旋紫銅管，管徑約8-10mm,沿內(nèi)玻璃管111軸向布置。橡膠管114的下端為封閉端、上端留有細(xì)小開口，沿內(nèi)玻璃管111軸向布置。板狀翅片115沿內(nèi)玻璃管111的徑向布置于其內(nèi)壁。板狀翅片采用超導(dǎo)材料制作以提高換熱效率。內(nèi)玻璃管111中填充有石蠟作為相變材料116，其相變溫度為130-150℃，填充體積占內(nèi)玻璃管的四分之三，為了增加相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)，在其內(nèi)部加入10%的按1:1比例混合的石墨與碳纖維的混合物。橡膠管114的上端面高于相變材料膨脹時的最高高度，這樣在相變材料不均勻融化時，相變材料膨脹后可擠壓橡膠管14，從而防止內(nèi)玻璃管111脹裂。

換熱管113位于真空管11外的管段外和保溫罐12外均設(shè)置巖棉保溫層，換熱管113外的保溫層厚度約30mm，保溫罐12外的保溫層約50mm。

如圖3、圖4所示，蓄能罐2的殼體21采用不銹鋼板制作，殼體21外依次設(shè)置有氣凝膠層22和聚氨酯保溫層23，殼體21內(nèi)采用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)，殼體21的底部設(shè)置導(dǎo)熱油輔助加熱器7。蓄能罐2中布置有供能換熱管24和取能換熱管25，供能換熱管24和取能換熱管25均為螺旋紫銅管，兩者均沿蓄能罐2的高度方向共軸向中心線布置，供能換熱管24的螺旋內(nèi)徑大于取能換熱管25的螺旋外徑。取能換熱管25的內(nèi)孔中、供能換熱管24和取能換熱管25圍成的空腔中、供能換熱管24和殼體21圍成的空腔中均布置有沿蓄能罐2高度方向的相變材料封裝罐26。氣凝膠層22和聚氨酯保溫層23的厚度分別以20cm和2cm為宜，經(jīng)實驗測試本系統(tǒng)的蓄能罐保溫效果可以達(dá)到半個月左右。

如圖5、圖6所示，相變材料封裝罐26內(nèi)沿高度方向設(shè)置有可增強(qiáng)罐內(nèi)換熱強(qiáng)度的十字型加強(qiáng)板27。相變材料封裝罐26的罐體采用不銹鋼制作，罐體內(nèi)的相變材料采用相變溫度為90℃的石蠟，石蠟中加入10%的按1:1比例混合的石墨與碳纖維的混合物。

結(jié)合圖1和圖2可以看出，太陽能集熱器1的供油總管和回油總管分別與蓄能罐2中的供能換熱管24兩端連通，循環(huán)泵6使導(dǎo)熱油作為吸能、供能介質(zhì)在太陽能集熱器和蓄能罐中循環(huán)流動。

本發(fā)明的工作過程如下：

在太陽能充足的時段，太陽光穿過太陽能真空管的外玻璃管照到內(nèi)玻璃管外壁的吸收涂層上，該吸收涂層具有高吸收率和低發(fā)射率，將吸收的太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能，內(nèi)玻璃管與外玻璃管之間的真空層阻隔了熱量的散失，絕大部分熱量通過超導(dǎo)材料的板狀翅片將熱量快速傳給真空管內(nèi)的換熱管和相變材料，相變材料達(dá)到相變溫度后融化蓄能，為換熱管提供更穩(wěn)定的換熱熱源。換熱管內(nèi)的高溫導(dǎo)熱油通過循環(huán)泵將熱量輸送到蓄能罐。蓄能罐內(nèi)也以導(dǎo)熱油為導(dǎo)熱介質(zhì)，螺旋狀的供能換熱管將熱量傳遞給導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油吸收熱量，并將一部分的熱量供給螺旋狀的取能換熱管，取能換熱管的末端可以為太陽能空調(diào)、供暖末端等；另一部分的熱量儲存到相變蓄能封裝罐中待用。