本发明专利技术公开了一种无动力太阳能相变蓄能床垫，包括集热器、热水箱、第一水管、缓冲箱、储能管和床垫，集热器的上端通过管道与热水箱连接，热水箱上端与第一水管底端相连，第一水管上端为相互并联的水管支路，水管支路分别与储能管的一端连接，储能管的另一端与缓冲箱连接；橡胶气球通过绳子连接在热水箱的底部；第一水管上设有单向浮球阀门；储能管包括第二水管、相变材料层和保温层，保温层包括下保温层和上保温层，下保温层位于下层床垫中，上保温层位于上层床垫的下部。该无动力太阳能相变蓄能床垫，可减少了热媒水的供应量，使得夜晚处于室外的集热端的热量损失不会影响到室内供热终端，从而有效提高太阳能利用率。
【技术实现步骤摘要】
一种无动力太阳能相变蓄能床垫
本专利技术涉及一种无需额外动力的利用相变材料储存的太阳能装置，具体来说，涉及一种无动力太阳能相变蓄能床垫，适用于太阳能充足，无电力或电力缺乏地区的冬季供暖。
技术介绍
目前，太阳能的有效利用，以太阳能热水器居多。太阳能热水器由于其利用自来水压力自动供水，使用过的水也无需再循环使用，使得系统操作简单，方便适用，备受人们青睐。在中西部山区或高原地带，空气质量非常好，冬季太阳能充足，太阳能热水器得到了较为普遍的应用。而对于同样以太阳能作为热源的太阳能供暖装置，却很少见，人们冬季采暖往往还是使用空调、电热毯等耗电设备，而太阳能资源则未得到有效利用。空调耗电量大，增加了人们的经济负担也增加了二氧化碳的排放。而使用电热毯则由于电热毯的辐射以及安全性问题，使得人们心存顾虑。特别是对于电力缺乏地区，如何有效利用太阳能采暖是一个需要深入发掘的课题。太阳能供暖系统通常以水作为循环介质，以相变材料或者热水作为储能和供暖介质。白天采集太阳能获得热水或加热相变材料，晚上从热水或相变材料中获得热量用以室内供暖。水作为循环介质，可分为满液式和非满液式供暖系统。满液式循环供暖系统，其中水在供暖终端(室内)和太阳能集热端(室外)以及中间连接管路连续分布，不间断。非满液式供暖系统中水在供暖终端(室内)和太阳能集热端(室外)不连续，通过泵将水抽到供暖终端和太阳能集热端交替使用，多用于供暖终端(室内)和太阳能集热端(室外)距离较远的地方。 对于非满液式太阳能供暖系统，太阳能集热器和供暖终端中的水不连续，白天水从集热系统中获得采集太阳能存放在水箱(或相变材料)中，晚上水箱中的水(或相变材料)给室内供暖，第二天白天，还需要用泵将水再打回集热系统来再次获得热量，这需要耗费动力，系统较为复杂，而且操作繁琐。对于满液式水供暖系统，其用水量较大，而用水量增大的时候，水的温升较小，使得供暖终端的热利用效果变差。再者，虽然太阳能集热器采用发射率很低的表面，但是由于冬季温度很低，而集热器散失的热量与温度四次方成正比，所以在冬季低温的时候，对于满液式采暖系统的热量会从集热管中损失很大一部分。这也是冬季为何太阳能热水器往往无法获得较高温度的热水的原因。而用阀门使得太阳能集热器和供暖终端在白天连通，晚上隔开的方法，会使得太阳能供暖系统操作复杂，使用起来不方便。另外，由于太阳能能量密度较低，往往难以维持房间内的整夜的供暖需要，所以小型太阳能采暖系统往往只适用于室内局部定点供暖。
技术实现思路
技术问题:本专利技术所要解决的技术问题是:提供一种无动力太阳能相变蓄能床垫，可减少了热媒水的供应量，并利用单向浮球阀门，使得夜晚处于室外的集热端的热量损失不会影响到室内供热终端，从而有效提高太阳能利用率，并且无需任何动力设备，具备较好的智能化。技术方案:为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是: 一种无动力太阳能相变蓄能床垫，该床垫包括集热器、热水箱、第一水管、缓冲箱、储能管和床垫，集热器位于室外，床垫位于室内，床垫包括上层床垫和位于上层床垫下方的下层床垫，缓冲箱和储能管位于下层床垫中；集热器的上端通过管道与热水箱连接，热水箱上端与第一水管底端相连，第一水管上端为相互并联的水管支路，水管支路分别与储能管的一端连接，储能管的另一端与缓冲箱连接；热水箱内设有橡胶气球，橡胶气球通过绳子连接在热水箱的底部；第一水管上设有单向浮球阀门；储能管包括第二水管、包裹在第二水管外侧的相变材料层，以及包裹在相变材料层外侧的保温层，保温层包括下保温层和上保温层，下保温层位于下层床垫中，上保温层位于上层床垫的下部。进一步，所述的储能管为3 — 10根，且储能管均匀分布在下层床垫中。进一步，所述的储能管倾斜布设，且储能管靠近缓冲箱的一端高于靠近水管支路的一端。进一步，所述的储能管的顶部涂有全红外波段光谱发射率大于0.9的涂层。进一步，所述的单向浮球阀门为2个，2个单向浮球阀门串联在第一水管中，且2个单向浮球阀门位于第一水管的竖直管道部分。进一步，所述的单向浮球阀门包括设有定位孔的阀座、周向定位凸台、轴向定位凸台、橡胶密封垫片、由叶片连接组成的阀片、浮球和连接杆；阀座固定连接在第一水管的内腔壁面上，阀座的定位孔数量等于阀片的叶片数量，且阀座的定位孔与阀片的叶片相适配；橡胶密封垫片固定连接在轴向定位凸台上；轴向定位凸台和周向定位凸台分别固定连接在阀座的内腔壁面上，且周向定位凸台位于轴向定位凸台上方，周向定位凸台沿着阀座的内腔壁面向上延伸；周向定位凸台上设有直径为l_2mm的纵向通孔；浮球位于阀片下方，且浮球通过连接杆固定连接在阀片上；阀片上设有定位凹槽，阀片的定位凹槽与周向定位凸台相适配。进一步，所述的第一水管为塑料制成，所述的第二水管由金属制成。进一步，所述的热水箱、第一水管和缓冲箱的外部均设有保温材料层。进一步，所述的第一水管和第二水管的总体积Vg和橡胶气球的体积满足式(I): Vg=Vd-Vn式(I) 其中:Vd为橡胶气球在白天集热工况水箱温度下的体积；Vn为橡胶气球在夜间冷却工况水箱温度下的体积。进一步，所述的缓冲箱的体积大于所有水管内腔体积的10倍，并且缓冲箱及水管路的初始压力满足式(2): PO=Pt-Ph式(2) 其中=PO为缓冲箱及水管路的初始压力，Pt为以白天集热工况下，热水箱温度作为沸点所对应的水的压力，Ph为热水箱与储能管的高度差形成的压差。有益效果:与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果:本专利技术的无动力太阳能相变蓄能床垫，利用橡胶气球的受热膨胀使得热水自动供应到室内并加热相变材料存储能量，减少了热媒水的供应量，使得热水温升更大，可利用性增强。在白天集热工况下，热水吸收太阳能使得水温升高，热水箱中的橡胶气球膨胀使得水位上升，当第一水管中的水位漫过浮球时，由于浮球的浮力作用，使得单向浮球阀门打开，使得热水能进入室内储能管中加热相变材料，并储存能量。在夜晚供暖工况下，房间外环境温度降低，热水箱内气体收缩使得水位下降，水位下降至浮球以下时，阀门在重力作用下自动闭合，使得储能管中相变材料的热量不会散失到室外的热水箱中。夜晚使用相变材料供暖时，只需移动上层床垫一定距离，使得上层床垫中的上保温层与储能管脱离接触，利用储能管外的高发射率涂层进行供暖利用。单向浮球阀门使得集热端和供热终端能自动实现连通与脱离，使得夜晚处于室外的集热端的热量损失不会影响到室内供热终端。同时，本装置能有效提高太阳能利用率，并且无需任何动力设备，具备较好的智能化和人性化。【附图说明】图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术中床垫的剖面图。图3为本专利技术中单向浮球阀门的阀座的主视剖面图。图4为本专利技术中单向浮球阀门的阀座的俯视剖面图。图5为本专利技术中单向浮球阀门的阀片的主视剖面图。图6为本专利技术中单向浮球阀门的阀片的俯视剖面图。图7为本专利技术中单向浮球阀门的主视剖面图。图8为本专利技术中单向浮球阀门的俯视剖面图。图中有:集热器1、橡胶气球2、热水箱3、第一水管4、房间5、单向浮球阀门6、储能管7、床垫8、下层床垫801、上层床垫802、缓冲箱9、床架10、阀座601、周向定位凸台602、纵向通孔603、轴向定位凸台604、橡胶密封垫片605、阀片606、浮球607、连接杆60本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无动力太阳能相变蓄能床垫，其特征在于，该床垫包括集热器（1）、热水箱（3）、第一水管（4）、缓冲箱（9）、储能管（7）和床垫（8），集热器（1）位于室外，床垫（8）位于室内，床垫（8）包括上层床垫（802）和位于上层床垫（802）下方的下层床垫（801），缓冲箱（9）和储能管（7）位于下层床垫（801）中；集热器（1）的上端通过管道与热水箱（3）连接，热水箱（3）上端与第一水管（4）底端相连，第一水管（4）上端为相互并联的水管支路，水管支路分别与储能管（7）的一端连接，储能管（7）的另一端与缓冲箱（9）连接；热水箱（3）内设有橡胶气球（2），橡胶气球（2）通过绳子连接在热水箱（3）的底部；第一水管（4）上设有单向浮球阀门（6）；储能管（7）包括第二水管（701）、包裹在第二水管（701）外侧的相变材料层（702），以及包裹在相变材料层（702）外侧的保温层，保温层包括下保温层（703）和上保温层（704），下保温层（703）位于下层床垫（801）中，上保温层（704）位于上层床垫（802）的下部。
【技术特征摘要】
1.一种无动力太阳能相变蓄能床垫，其特征在于，该床垫包括集热器(I)、热水箱(3)、第一水管(4)、缓冲箱(9)、储能管(7)和床垫(8)，集热器(I)位于室外，床垫(8)位于室内，床垫(8)包括上层床垫(802)和位于上层床垫(802)下方的下层床垫(801)，缓冲箱(9)和储能管(7)位于下层床垫(801)中； 集热器(I)的上端通过管道与热水箱(3 )连接，热水箱(3 )上端与第一水管(4 )底端相连，第一水管(4)上端为相互并联的水管支路，水管支路分别与储能管(7)的一端连接，储能管(7)的另一端与缓冲箱(9)连接； 热水箱(3 )内 设有橡胶气球(2 )，橡胶气球(2 )通过绳子连接在热水箱(3 )的底部；第一水管(4 )上设有单向浮球阀门(6 );储能管(7 )包括第二水管(701)、包裹在第二水管(701)外侧的相变材料层(702)，以及包裹在相变材料层(702)外侧的保温层，保温层包括下保温层(703 )和上保温层(704 )，下保温层(703 )位于下层床垫(801)中，上保温层(704 )位于上层床垫(802)的下部。2.按照权利要求1所述的无动力太阳能相变蓄能床垫，其特征在于，所述的储能管(7)为3 —10根，且储能管(7)均匀分布在下层床垫(801)中。3.按照权利要求1所述的无动力太阳能相变蓄能床垫，其特征在于，所述的储能管(7)倾斜布设，且储能管(7)靠近缓冲箱(16)的一端高于靠近水管支路的一端。4.按照权利要求1所述的无动力太阳能相变蓄能床垫，其特征在于，所述的储能管(7)的顶部涂有全红外波段光谱发射率大于0.9的涂层。5.按照权利要求1所述的无动力太阳能相变蓄能床垫，其特征在于，所述的单向浮球阀门(6 )为2个，2个单向浮球阀门(6 )串联在第一水管(4 )中，且2个单向浮球阀门(6 )位于第一水管(4)的竖直管道部分。6.按照权利要求1所述的无动力太阳能相变蓄能床垫，其特征在于，所述的单向浮球阀门(6)包括设有定位孔的阀座(601)、周向定位凸台(602)、轴向定位凸...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳，陈谢磊，杜垲，李舒宏，张小松，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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