一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统，系统在太阳能真空集热管内腔设置螺旋换热管，同时在螺旋换热管和太阳能真空集热管内腔空隙部分填充相变材料，利用螺旋管结构紧凑、传热面积大和相变材料蓄能多、蓄能过程等温发生的优点，提出一种兼具集热和储热功能的太阳能真空集热管。本发明专利技术在高硼硅玻璃管背阴面涂上反射涂层，将斜射太阳光反射至金属内管外表面的选择性吸收涂层上，减少了光照损失。相变材料分级填充到太阳能真空集热管、集水器、热水水箱三部分，相比集中储热装置，节省了空间，减小了材料堆积厚度，增强了传热效率。整个系统以太阳能作主要热源，电能为辅助热源，可以满足各种工况下的用户需求。

A Multi-stage Phase Change Heat Storage Solar Heating and Heating Water System

【技术实现步骤摘要】
一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统
本专利技术涉及太阳能热利用领域，尤其涉及一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统。
技术介绍
随着环境污染问题的加剧，太阳能资源的利用得到了人们的重视。太阳能热水器在生活中已经得到了普遍的应用，然而，用太阳能同时进行供暖、供热水的情况较少，主要原因分为以下两个方面：一方面太阳能资源具有周期性、间歇性、不稳定性的天然弊端，受到光照变化的影响较大，无法实现稳定的热量传输，仅仅依靠水储热，效率低，散热快，难以满足长时间的暖气、热水需求；另一方面，白天太阳能资源丰富，但居民暖气、热水需求小，夜晚太阳能资源匮乏，居民暖气、热水需求多，存在资源和需求时间上的不匹配性。相变材料是目前储能领域的一个研究热点，其在发生相变时温度不发生变化，并且能储存大量的潜热，相比其他储能材料，相变材料在有限的空间内可以储存更多的能量，同时对换热工质起到控温作用。然而目前相变材料主要和太阳能供热水系统结合，且停留在单一部件，或者需要建立集中式储热装置，占据较大的空间，难以实现居民生活使用。同时集中式储热装置中相变材料的堆积厚度大，传热效果差，储热效果不理想。目前，市场上正缺乏一种结构紧凑、占地小又能够同时实现供暖、供热水的太阳能系统。
技术实现思路
本专利技术针对上述
技术介绍
中存在的问题，提出一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统。本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术涉及的一级相变材料6、二级相变材料12、三级相变材料15分散填充在系统的不同位置，相比集中式储热装置更加节省空间，材料堆积厚度薄，传热效果好，储热效率更高，使用更加灵活。2.本专利技术涉及的太阳能真空集热管4内腔设置了螺旋换热管5，同时在螺旋换热管5和太阳能真空集热管4内腔空隙部分填充一级相变材料6，以此利用螺旋管道结构紧凑、传热面积大、温差应力小和相变材料单体蓄能高、蓄能过程等温发生的优点，使太阳能真空集热管4集热更加高效，同时兼备了储热功能。3.本专利技术涉及的高硼硅玻璃管9背阴面部分涂有反射涂层10，通过反射涂层10将斜射到外管的太阳光反射到金属内管8外表面，被金属内管8外表面的选择性吸收涂层所吸收，减少了光照损失率，提高了集热效率。4.本专利技术涉及的集水器11内腔设置集水电加热棒22，热水水箱13内腔设置电加热棒16作为辅助热源，可满足各种工况下的供暖、供热水需求，且能够灵活选择集水电加热棒22或者电加热棒16的开启组合方式，有利于节省更多的电能。本专利技术的技术方案是：一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统，主体包括给水箱1、稳压罐2、分水器3、太阳能真空集热管4、集水器11、热水水箱13、暖气片18、淋浴喷头19、水龙头20，其结构特征在于：给水箱1进口通过给水管道25连接自来水，给水箱1出口和稳压罐2进口连接，稳压罐2出口连接分水器3进口，分水器3出口和螺旋换热管5进口连接；螺旋换热管5设置在太阳能真空集热管4的内腔，螺旋换热管5外表面和金属内管8接触，金属内管8外表面涂有选择性吸收涂层，金属内管8外部设置真空层7，真空层7外部为透光率和强度都较高的高硼硅玻璃管9，高硼硅玻璃管9的背阴面涂有反射涂层10，反射涂层10的表面积占到高硼硅玻璃管9表面积的1/3~1/2；一级相变材料6填充在螺旋换热管5和太阳能真空集热管4内腔空隙部分；螺旋换热管5出口和集水器11进口连接，集水器11为双层管壁结构，两层管壁之间填充二级相变材料12，集水器11内腔设置集水电加热棒22和集水热电偶23；集水器11出口设置热水管道17和供暖管道21，其中，热水管道17和热水水箱13进口连接，热水水箱13设置双层管壁结构，双层管壁之间填充三级相变材料15，热水水箱13内设置热电偶14和电加热棒16，热水水箱13出口分别连接淋浴喷头19和水龙头20；供暖管道21出口和暖气片18进口连接，暖气片18通过回水管道24和给水箱1连接，从而构成了整个系统。本专利技术所述的一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统，其工作原理在于：给水箱1通过给水管道25充入一定量的水，根据使用需求对稳压罐2设置一定压力，在小于设定压力时，稳压罐2从给水箱1中抽水送至分水器3，分水器3将水分路送到太阳能真空集热管4内腔的各个螺旋换热管5；白天光照情况下，冷水流经螺旋换热管5，吸收来自于太阳光照的热量，同时，一级相变材料6吸收多余热量，进行储热。冷水流过螺旋换热管5被加热，进入集水器11内；集水器11内的热水状态分为两种情况：在末端使用情况下，集水器11内的热水一部分通过热水管道17进入热水水箱13供热水，另一部分通过供暖管道21进入暖气片18进行供暖，多余的热量传递给二级相变材料12进行储热；在末端不使用的情况下，集水器11内的热水首先通过热水管道17将热水水箱13充满待用户使用，热水水箱13充满后，集水器11内热水的多余热量将传递给二级相变材料12进行储热；热水水箱13内的热水在不使用情况下，把多余热量传递给三级相变材料15进行储存；整个系统进入无光照状态时，一级相变材料6、二级相变材料12、三级相变材料15开始发生相变进行放热，对太阳能真空集热管4、集水器11、热水水箱13的水进行加热；当水温无法满足使用要求，且室内需要同时供暖、供热水时，集水器11内腔的集水电加热棒22开始工作，保证暖气、热水的正常供应；当水温无法满足使用要求，但无需供暖时，热水水箱13内的电加热棒16开始工作，保证热水的供应。进一步，本专利技术所述的一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统，其特征在于，所述的太阳能真空集热管4内腔设置螺旋换热管5，同时在螺旋换热管5和太阳能真空集热管4内腔空隙部分填充一级相变材料6，以此利用螺旋管道结构紧凑、传热面积大、温差应力小和相变材料单体蓄能高、蓄能过程等温发生的优点，以使太阳能真空集热管4兼具高效集热和储热的功能。进一步，本专利技术所述的一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统，其特征在于，所述的高硼硅玻璃管9背阴面涂有反射涂层10，通过反射涂层10将斜射到外管的太阳光反射到金属内管8外表面，被金属内管8外表面的选择性吸收涂层所吸收，以减少光照损失率。进一步，本专利技术所述的一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统，其特征在于，所述的一级相变材料6填充在螺旋换热管5和太阳能真空集热管4内腔空隙部分，二级相变材料12填充在集水器11的两层外壁之间，三级相变材料15填充在热水水箱13的两层外壁之间，一方面利用相变材料发生相变时温度不发生变化的特点，对水的温度起到控温作用，同时通过显热和潜热的方式储存多余的热量，以备晚上或者光照变弱时加热水使用；另一方面，通过多级分散填充，相比集中储热装置更加节省空间，减少相变材料堆积厚度，相变材料吸收热量更加高效，发生相变更加容易。进一步，本专利技术所述的一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统，其特征在于，所述的一级相变材料6、二级相变材料12、三级相变材料15的选择遵循“相变潜热大、无腐蚀、相变温度100℃以内”的原则，以保证储热性能好、使用寿命长、换热工质不气化的效果，可以选择石蜡或者其他符合要求的相变材料，一级相变材料6、二级相变材料12、三级相变材料15可以选择相同的相变材料也可以选择不同的相变材料。进一步，本专利技术所述的一种多级相变储热式太阳能供暖、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统，主体包括给水箱(1)、稳压罐(2)、分水器(3)、太阳能真空集热管(4)、集水器(11)、热水水箱(13)、暖气片(18)、淋浴喷头(19)、水龙头(20)，其结构特征在于：给水箱(1)进口通过给水管道(25)连接自来水，给水箱(1)出口和稳压罐(2)进口连接，稳压罐(2)出口连接分水器(3)进口，分水器(3)出口和螺旋换热管(5)进口连接；螺旋换热管(5)设置在太阳能真空集热管(4)的内腔，螺旋换热管(5)外表面和金属内管(8)接触，金属内管(8)外表面涂有选择性吸收涂层，金属内管(8)外部设置真空层(7)，真空层(7)外部为透光率和强度都较高的高硼硅玻璃管(9)，高硼硅玻璃管(9)的背阴面涂有反射涂层(10)；一级相变材料(6)填充在螺旋换热管(5)和太阳能真空集热管(4)内腔空隙部分；螺旋换热管(5)出口和集水器(11)进口连接，集水器(11)为双层管壁结构，两层管壁之间填充二级相变材料(12)，集水器(11)内腔设置集水电加热棒(22)和集水热电偶(23)；集水器(11)出口设置热水管道(17)和供暖管道(21)，其中，热水管道(17)和热水水箱(13)进口连接，热水水箱(13)设置双层管壁结构，双层管壁之间填充三级相变材料(15)，热水水箱(13)内设置热电偶(14)和电加热棒(16)，热水水箱(13)出口分别连接淋浴喷头(19)和水龙头(20)；供暖管道(21)出口和暖气片(18)进口连接，暖气片(18)通过回水管道(24)和给水箱(1)连接，从而构成了整个系统。...

【技术特征摘要】
1.一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统，主体包括给水箱(1)、稳压罐(2)、分水器(3)、太阳能真空集热管(4)、集水器(11)、热水水箱(13)、暖气片(18)、淋浴喷头(19)、水龙头(20)，其结构特征在于：给水箱(1)进口通过给水管道(25)连接自来水，给水箱(1)出口和稳压罐(2)进口连接，稳压罐(2)出口连接分水器(3)进口，分水器(3)出口和螺旋换热管(5)进口连接；螺旋换热管(5)设置在太阳能真空集热管(4)的内腔，螺旋换热管(5)外表面和金属内管(8)接触，金属内管(8)外表面涂有选择性吸收涂层，金属内管(8)外部设置真空层(7)，真空层(7)外部为透光率和强度都较高的高硼硅玻璃管(9)，高硼硅玻璃管(9)的背阴面涂有反射涂层(10)；一级相变材料(6)填充在螺旋换热管(5)和太阳能真空集热管(4)内腔空隙部分；螺旋换热管(5)出口和集水器(11)进口连接，集水器(11)为双层管壁结构，两层管壁之间填充二级相变材料(12)，集水器(11)内腔设置集水电加热棒(22)和集水热电偶(23)；集水器(11)出口设置热水管道(17)和供暖管道(21)，其中，热水管道(17)和热水水箱(13)进口连接，热水水箱(13)设置双层管壁结构，双层管壁之间填充三级相变材料(15)，热水水箱(13)内设置热电偶(14)和电加热棒(16)，热水水箱(13)出口分别连接淋浴喷头(19)和水龙头(20)；供暖管道(21)出口和暖气片(18)进口连接，暖气片(18)通过回水管道(24)和给水箱(1)连接，从而构成了整个系统。2.一种多级相变储热式太阳能供暖、供热水系统，其工作原理在于：给水箱(1)通过给水管道(25)充入一定量的水，根据使用需求对稳压罐(2)设置一定压力，在小于设定压力时，稳压罐(2)从给水箱(1)中抽水送至分水器(3)，分水器(3)将水分路送到太阳能真空集热管(4)内腔的各个螺旋换热管(5)；白天光照情况下，冷水流经螺旋换热管(5)，吸收来自于太阳光照的热量，同时，一级相变材料(6)吸收多余热量，进行储热；冷水流过螺旋换热管(5)被加热，进入集水器(11)内；集水器(11)内的热水状态分为两种情况：在末端使用情况下，集水器(11)内的热水一部分通过热水管道(17)进入热水水箱(13)供热水，另一部分通过供暖管道(21)进入暖气片(18)进行供暖，多余的热量传递给二级相变材料(12)进行储热；在末端不使用的情况下，集水器(11)内的热水首先通过热水管道(17)将热水水箱(13)充满待用户使用，热水水箱(13)充满后，集水器(11)内热水的多余热量将传递给二级相变材料(12)进行储热；热水水箱(13)内的热水在不使用情况下，把多余热量传递给三级相变材料(15)进行储...

【专利技术属性】
技术研发人员：解树宽，王华，马晓蒙，张安超，孙志君，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41