CN104654622A - 低温太阳能采集双腔蓄热墙系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低温太阳能双腔蓄热墙系统，将太阳能采集后的热能储存在蓄热器内，实现大规模的储存，然后再将其进行利用。本发明包含至少一个含有二个腔体，其中一个腔体为蓄热腔体，一个为换热腔体；以及包含至少一组太阳能低温采集系统，设置在腔体的外部，设置有第一换热器件完成太阳能低温采集系统与蓄热腔体和换热腔体之间的换热，以及设置有第二换热器件，完成蓄热腔体与换热腔体的换热或者与外部使用热能的器件之间的换热；采用将太阳能采集建设成为一个墙体的结构，从而可以提供一种适合于大规模的采集以及储存系统，将太阳能低温采集部分设置在墙体的一侧，腔体内部设置有蓄热材料，从而实现热能的采集与储存一体化。

Description

低温太阳能采集双腔蓄热墙系统

技术领域

本发明涉及热能利用，特别是利用太阳能低温热采集系统的蓄热利用以及大规模跨季利用。 

背景技术

太阳能低温热利用主要是热水及供暖等利用，也可以用于制冷，但是基本上是属于当天当季使用，也是主要以家庭及小规模的使用为主，主要原因在于其存储和采集能力有限，因而无法大规模、跨季节使用。 

如果实现跨季节使用，首先需要完善蓄热器，蓄热器是对热能进行储存的设备，现有的蓄热器为蒸汽型和液体蓄热器； 

在工业节能领域，将余热进行回收并储存，通常采用相变技术进行蓄热，在低温领域采用蓄冰技术实现蓄热；

在太阳能领域，采用熔融盐蓄热，虽然熔融盐可以实现高温的储存，但是由于其需要从固态转变为液体，因而需要热能将其加热，同时熔融盐的毒性、经济型、安全性也存在问题，因而熔融盐蓄热的使用受到限制。

在太阳能领域，也采用空气或其他气体进行蓄热，但其热熔小，无法实现大规模的热能存储。 

蓄能电站采用电能进行储存，特别是风电及光伏组成的电能，由于其无法实现储存，因而不得不大量的抛弃，造成大量的浪费。如果采用热能进行储存，需要具备大功率的存储能力的储存器。 

如何实现太阳能采集和蓄热有机的结合，并适合于大规模的跨季节的使用，这是为太阳能跨季节的使用，急需解决的问题。 

发明内容

本发明的目的是提供一种低温太阳能双腔蓄热墙系统，可以实现大规模、低成本、高效率、跨季节的使用，本发明采用低温太阳能热采集系统，属于非跟踪型的太阳能系统，将太阳能采集后的热能储存在蓄热器内，实现大规模的储存，然后再将其进行利用。 

本发明采用将太阳能采集建设成为一个墙体的结构，从而可以提供一种适合于大规模的采集以及储存系统，将太阳能低温采集部分设置在墙体的一侧，腔体内部设置有蓄热材料，从而实现热能的采集与储存一体化； 

本发明通过墙体结构的采集与储存，可以实现大规模的采集和存储，特别是可以实现跨季节的采集和使用。

  

具体发明内容如下：

    低温太阳能采集双腔蓄热墙系统，包括蓄热材料，太阳能低温采集系统，热管，保温材料，壳体，保温材料等，其特征是：

    包含至少一个含有二个腔体，其中一个腔体为蓄热腔体，一个为换热腔体；

    以及包含至少一组太阳能低温采集系统，设置在腔体的外部，设置有第一换热器件完成太阳能低温采集系统与蓄热腔体和换热腔体之间的换热，以及设置有第二换热器件，完成蓄热腔体与换热腔体的换热或者与外部使用热能的器件之间的换热；

    太阳能低温采集系统将采集的热能通过第一换热器件将热能交换给蓄热腔体的蓄热材料，蓄热腔室内的蓄热材料通过第二换热器件将热能交换给换热腔室使用热能或者交换给外部器件完成使用；

    蓄热腔体和换热腔体设置在地面以上，蓄热腔体和换热腔体的外部设置有保温材料，构成一个墙体结构。

    当蓄热腔室内的蓄热材料与太阳能采集系统持续的换热后达到设定温度后，采用下列方案之一进行操作： 

    A、将蓄热材料从蓄热蓄热腔体和换热腔体中卸载出到换热腔体；并将低温的蓄热材料装入到蓄热腔体内继续采集；

    B、通过第二换热器件，完成蓄热腔体与外部使用热能的器件之间的换热。

    C、换热腔室大于蓄热腔室，将太阳能采集的热能达到设定的温度后直接交换到换热腔室内进行储存，多次采集和交换的热能直接被交换到换热器中，以便当期或跨季使用； 

    D、设置一个移动蓄热器，将移动蓄热器通过第二换热器件与换热腔体进行换热，可以将热能运送到需要的地方进行使用；

    E、地面下设置一个蓄热腔体，将换热腔体的热能交换后进行存储，以备当期使用或跨季使用。

    太阳能低温采集系统选择下列一种或多种： 

A、真空管采集系统；

B、平板采集系统；

C、热管真空管采集系统；

D、热管平板采集系统；

E、CPC真空管采集系统；

F、CPC热管采集系统。

    太阳能低温采集系统中，太阳能转换涂层的面积小于换热器中与蓄热材料之间进行换热的换热面积，这样保证实现大规模的采集，并将热能储存给蓄热材料，以便当期或跨季使用。 

    所述的蓄热腔体和换热腔体被设置成为一个建筑在地面的墙体，蓄热腔体和换热腔体的延南北方向或东西方向建设，对于按照南北方向建设的墙体，其太阳能低温采集系统设置在墙体的东面或者西面，以及东面和西面；对于东西方向建设的墙体，其太阳能低温采集系统设置在墙体的南面。 

    太阳能低温采集系统的太阳能涂层采集端设置在墙体蓄热腔体和换热腔体的外部，并组成按照当地维度的角度进行设置，其另外一段设置在蓄热腔体和换热腔体蓄热腔体内，并与蓄热腔体进行换热。 

    第一换热器件或第二换热器件选择自下列一种： 

    A、热管换热，热管的蒸发端设置在太阳能采集部位，墙体的外侧，冷凝端设置在蓄热腔体内，并于蓄热材料进行紧密接触换热；

    B、流体动力换热：设置有一个流体箱以及一个动力装置，动力装置提供动力使得流通进行循环，流体的管道一部分设置太阳能低温采集端，另一部分设置在蓄热腔体内，并于蓄热材料进行接触，通过流体动力循环实现将采集的热能与蓄热材料进行换热；

    C、流体温差换热：设置有一个流体管道，流体的管道一部分设置太阳能低温采集端，另一部分设置在蓄热腔体内，并于蓄热材料进行接触，通过流体温差循环实现热能的交换，并将热能交换给蓄热材料。

    流体采用下列一种或者多种： 

A、液体；包括水、导热油、熔融盐、液态金属；

B、气体

C、等离子体；

D、超临界流体。

     所述的热管采用重力热管、循环热管、自激震荡热管、分离热管中的一种或多种。 

    所述的蓄热材料，包括显热蓄热材料、潜热蓄热、相变蓄热材料、化学蓄热材料中的一种或多种；显热蓄热材料，包括水、导热油、钢渣、铁渣、尾矿（包括矿厂选矿所剩余的矿砂），固体粒块、混凝土；所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在额度沙粒、鹅卵石、小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状。 

  

采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：

1、 本发明实现大规模跨季度的太阳能低温热利用；

2、 本发明可以有效的利用土地，将太阳能采集部分与蓄热部分设计成为墙体建筑，可以与建筑物有效的结合为一体；

3、本发明可以实现移动蓄热，将蓄热器移动到需要的地方实现热能的采集及利用。

本发明可以应用于太阳能低温热利用等多种应用。 

附图说明

图1是流体循环低温太阳能采集双腔蓄热墙系统示意图； 

图2是流体热管换热太阳能采集双腔蓄热墙系统示意图；

图3是建筑物一体化太阳能采集双腔蓄热墙系统示意图。

  

图中标号含义：

1：进口，2：出口，3：壳体，4：蓄热材料，5：第二换热器 6：太阳能地温采集系统，7：第一换热器，8：热管，9：建筑物，10：蓄热墙，11：第二腔体换热腔体，12：第一腔体蓄热腔体,13、建筑物楼地板采暖系统。

具体实施方式

实施例1、流体循环低温太阳能采集双腔蓄热墙系统 

图1所示包含蓄热腔体12和换热腔体11，在蓄热腔体12内设置有蓄热材料4；包含至少二组太阳能平板采集系统6，太阳能平板采集部分6设置在蓄热腔体和换热腔体的外部，设置有第一换热器件7完成太阳能低温采集系统与蓄热腔体内蓄热材料之间的换热；第一换热器件采用流体换热方式，采用导热油进行换热，第一换热器件的部分设置在太阳能平板采集系统6中，另外一部分设置在蓄热腔体内，并与蓄热腔体中的蓄热材料4紧密接触，所实现热能的交换，处于下面的太阳能平板采集系统在蓄热材料中多次的在管道内反复多次循环，实现了与蓄热材料4的热交换，在腔体上设置有进口1和出口2，蓄热材料可以从蓄热进口进入并从出口流出，蓄热材料采用50三水醋酸钠、八水氢氧化钡、十水硼酸钠混合而成，太阳能平板采集系统将采集的热能通过第一换热器件7将热能交换给蓄热腔体的蓄热材料4。

在蓄热腔体和换热腔体内设置有第二换热器5，第二换热器为一个双边具有一个连接管的四个平管道组成，第二换热器5与换热腔体进行连接，流体从顶部的入口进入1，在经与蓄热器换热后从出口2流出，实现将热能与换热腔体进行交换利用。换热腔体为一个可以移动的蓄热器，将采集的热能交换到换热腔体的蓄热器后，将热能移动到所需要的区域，实现热能的利用。 

  

实施例2、流体热管换热低温太阳能双腔蓄热墙系统

图2所示包含蓄热腔体12和换热腔体11，在蓄热腔体内设置有蓄热材料4；包含至少二组太阳能真空管热管采集系统6，太阳能真空管热管采集部分6设置在蓄热腔体和换热腔体的外部，设置有第一换热器件7完成太阳能低温采集系统与蓄热腔体内蓄热材料之间的换热；第一换热器件采用热管换热的方式，热管的蒸发端设置在太阳能采集器6中，其冷凝端设置在蓄热腔体内并与蓄热材料4紧密连接；

在腔体上设置有进口1和出口2，蓄热材料可以从蓄热进口进入并从出口流出，蓄热材料采用导热油，太阳能真空管热管6将采集的热能通过第一换热器件7将热能交换给蓄热腔体的蓄热材料4。

在蓄热腔体和换热腔体内设置有第二换热器5，第二换热器由六个重力热管组成，热管的蒸发段设置在蓄热腔体中并与蓄热材料4紧密接触，热管的冷凝段设置在换热腔体11内，将采集后的热能通过设置的连接蓄热腔体12与换热腔体11的热管作为第二换热器件完成换热，等需要使蓄热器的热能时，通过流体进入到第二蓄热腔体和换热腔体的内部，与热管的冷凝段进行换热，实现热能的当地使用。 

  

实施例3、建筑物一体化低温太阳能双腔蓄热墙系统

图3所示包含蓄热腔体12和换热腔体11组成的蓄热墙10，蓄热腔体和换热腔体设置在9层的建筑物9的南侧，形成一个蓄热墙10，蓄热墙由7层太阳能真空管采集系统组成，每层太阳能采集系统设置有第一换热器，在蓄热腔体11的蓄热墙内设置有蓄热材料4；包含至少多组太阳能真空管热管采集系统6，太阳能真空管热管采集部分6设置在蓄热墙10的外部，设置有第一换热器件7完成太阳能低温采集系统与蓄热腔体内蓄热材料之间的换热；第一换热器件采用热管换热的方式，热管的蒸发端设置在太阳能采集器6中，其冷凝端设置在蓄热腔体内并与蓄热材料4紧密连接；

在蓄热腔体上设置有进口1和出口2，蓄热材料可以从蓄热进口进入并从出口流出，蓄热材料采用导热油，太阳能真空管热管6将采集的热能通过第一换热器件7将热能交换给蓄热腔体的蓄热材料4。

设置有换热腔体11，换热腔体设置在蓄热腔体附近，换热腔体内设置有第二换热器5，第二换热器的一端与蓄热材料进行换热，另外一端与9层的每层地板采暖系统13进行换热，蓄热材料采用石蜡以及固体沙粒等组成，通过设置在换热腔体内的流体换热实现热能的利用。 

此蓄热墙10可以在夏季采集，将热能储存在蓄热墙内的蓄热材料内部，冬季使用，因而可以实现跨季节大规模使用。 

  

    根据本发明的原理及结构，可以设计其他的实施案例，只要符合本发明的原理及结构，都属于本发明的实施。

Claims (10)

1.低温太阳能采集双腔蓄热墙系统，包括蓄热材料，太阳能低温采集系统，热管，保温材料，壳体等，其特征是：

包含至少一个含有二个腔体，其中一个腔体为蓄热腔体，一个为换热腔体；

以及包含至少一组太阳能低温采集系统，设置在腔体的外部，设置有第一换热器件完成太阳能低温采集系统与蓄热腔体之间的换热，以及设置有第二换热器件，完成蓄热腔体与换热腔体的换热或者与外部使用热能的器件之间的换热；

太阳能低温采集系统将采集的热能通过第一换热器件将热能交换给蓄热腔体的蓄热材料，蓄热腔室内的蓄热材料通过第二换热器件将热能交换给换热腔室使用热能或者交换给外部器件完成使用；

蓄热腔体和换热腔体设置在地面以上，蓄热腔体和换热腔体的外部设置有保温材料，构成一个墙体结构。

2.根据权利要求1所述的低温太阳能采集双腔蓄热墙系统，其特征是：当蓄热腔体内的蓄热材料与太阳能采集系统持续的换热后达到设定温度后，采用下列方案之一进行操作：

A、将蓄热材料从蓄热腔体中卸载出到换热腔体；并将低温的蓄热材料装入到蓄热腔体内继续采集；

B、通过第二换热器件，完成蓄热腔体与外部使用热能的器件之间的换热；

C、换热腔体大于蓄热腔体，将太阳能采集的热能达到设定的温度后直接交换到换热腔体内进行储存，多次采集和交换的热能直接被交换到换热器中，以便当期或跨季使用；

D、设置一个移动蓄热器，将移动蓄热器通过第二换热器件与换热腔体进行换热，可以将热能运送到需要的地方进行使用；

E、地面下设置一个蓄热腔体，将换热腔体的热能交换后进行存储，以备当期使用或跨季使用。

3.根据权利要求1所述的低温太阳能采集双腔蓄热墙系统，其特征是：太阳能低温采集系统选择下列一种或多种：

A、真空管采集系统；

B、平板采集系统；

C、热管真空管采集系统；

D、热管平板采集系统；

E、CPC真空管采集系统；

F、CPC热管采集系统。

4.根据权利要求1或3所述的低温太阳能采集双腔蓄热墙系统，其特征是：太阳能低温采集系统中，太阳能转换涂层的面积小于换热器中与蓄热材料之间进行换热的换热面积，这样保证实现大规模的采集，并将热能储存给蓄热材料，以便当期或跨季使用。

5.根据权利要求1或2所述的低温太阳能采集双腔蓄热墙系统，其特征是：所述的蓄热腔体和换热腔体被设置成为一个建筑在地面的墙体，蓄热腔体和换热腔体的延南北方向或东西方向建设，对于按照南北方向建设的墙体，其太阳能低温采集系统设置在墙体的东面或者西面，以及东面和西面；对于东西方向建设的墙体，其太阳能低温采集系统设置在墙体的南面。

6.根据权利要求1所述的低温太阳能采集双腔蓄热墙系统，其特征是：太阳能低温采集系统的太阳能涂层采集端设置在墙体蓄热腔体和换热腔体的外部，并组成按照当地维度的角度进行设置，其另外一段设置在蓄热腔体和换热腔体蓄热腔体内，并与蓄热腔体进行换热。

7.根据权利要求1所述的低温太阳能采集双腔蓄热墙系统，其特征是：第一换热器件或第二换热器件选择自下列一种：

A、热管换热，热管的蒸发端设置在太阳能采集部位，墙体的外侧，冷凝端设置在蓄热腔体内，并于蓄热材料进行紧密接触换热；

B、流体动力换热：设置有一个流体箱以及一个动力装置，动力装置提供动力使得流通进行循环，流体的管道一部分设置太阳能低温采集端，另一部分设置在蓄热腔体内，并于蓄热材料进行接触，通过流体动力循环实现将采集的热能与蓄热材料进行换热；

C、流体温差换热：设置有一个流体管道，流体的管道一部分设置太阳能低温采集端，另一部分设置在蓄热腔体内，并于蓄热材料进行接触，通过流体温差循环实现热能的交换，并将热能交换给蓄热材料。

8.根据权利要求1或7所述的低温太阳能采集双腔蓄热墙系统，其特征是：流体采用下列一种或者多种：

A、液体：包括水、导热油、熔融盐、液态金属；

B、气体；

C、等离子体；

D、超临界流体。

9.根据权利要求3或7所述的低温太阳能采集双腔蓄热墙系统，其特征是：所述的热管采用重力热管、循环热管、自激震荡热管、分离热管中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的低温太阳能采集双腔蓄热墙系统，其特征是：所述的蓄热材料，包括显热蓄热材料、潜热蓄热、相变蓄热材料、化学蓄热材料中的一种或多种；显热蓄热材料，包括水、导热油、钢渣、铁渣、尾矿、固体粒块、混凝土；所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在额度沙粒、鹅卵石、小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状。