[發明專利]一種太陽能相變蓄熱供暖裝置及方法

有效

• 申請號: 201110455355.6
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102538230A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 屈治國;高懷斌;何雅玲;陶文銓
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F24J2/05
• 分類號: F24J2/05;F24J2/34;F24J2/48;F24J2/50;F24J2/51
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種太陽能儲存和釋放技術，特別涉及一種可廣泛應用于建筑、農業溫室等設施的室內采暖的太陽能相變蓄熱供暖裝置及方法。

背景技術

太陽能能量供應具有隨機性、間歇性、受地理、晝夜和季節等規律性變化的影響，以及陰晴云雨等隨機因素的制約。因此，利用太陽能采暖，受到太陽輻射及其自身存在的能源密度低、周期性波動等特點，大大限制了太陽能技術的應用。被動太陽能采暖技術，采用集熱墻和受益窗等方法來實現白天的太陽得熱，但是夜間便無法得到太陽能。

為了克服這個缺陷，通常采用電加熱來作為補充，需要消耗大量能源，既不經濟又不安全。相變儲能具有儲能密度高、儲能溫度容易控制和選擇范圍廣等優點。主動太陽能系統利用相變儲能可以解決以上問題，將白天太陽能釋放的熱量通過相變材料儲存起來，夜間將蓄積起來的能量釋放進行室內供暖，已有相關文獻對其進行了報道。專利02109563.9提出了一種“太陽能蓄熱供暖供冷方法及裝置”，通過用集熱器接受太陽能，并將熱量儲存于地下深層土壤中，冬季或夏季供暖或制冷時，用取熱和取冷裝置取出熱量或冷量進行供暖或供冷。但該裝置利用土壤蓄熱，裝置過于復雜，部分構件需深埋土壤中，施工量大，成本高。專利200920245783.4提出了一種“相變太陽能熱風取暖器”，通過白天將蓄熱板置于室外接受日照發生相變，置于室內絕熱保存，待夜間無太陽輻射且室內溫度較低時使用。但該取暖器需要人工操作將蓄熱板取出取入以及絕熱保存，操作不便。此外，放入室內保存以及散熱需要占用一定的房內空間。專利201010151097.8提出了一種“高效低成本太陽能蓄熱供暖裝置”，通過儲熱單元將白天太陽輻射能轉化為熱能儲存起來，夜間或陰天啟動風機，帶動空氣流動，將熱量從儲熱單元中取出，為室內供暖。但該裝置只能設置單排儲熱單元，且儲熱單元與隔熱材料之間需設置空氣流動的空腔。因此，該裝置蓄熱能力有限，占用空間較大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠克服太陽能蓄熱體積大，儲能密度低的缺點，蓄熱能力強，結構緊湊，熱效率高，使白天蓄熱裝置可以充分吸收太陽輻射并將能量儲存起來，以備夜間取暖用的太陽能相變蓄熱供暖裝置及方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：包括保溫隔熱材料和透明保溫板組成的蓄熱箱體，在蓄熱箱體內設置有若干層相變蓄熱小球，在相變蓄熱小球的上、下端分別設置有進氣通道和出氣通道，保溫隔熱材料的下端開設有與出氣通道相連通的出氣孔，進氣通道和出氣通道經循環氣通道相連通，且在循環氣通道內安裝有循環風機；

所述的進氣通道上還設置有與大氣相連的進氣閥門；

所述的出氣通道的末端還安裝帶有溫度傳感器的供暖風機。

所述的最上層的相變蓄熱小球表面鍍上選擇性吸收涂層。

所述的相變蓄熱小球為含有空腔的不銹鋼球殼，小球直徑為30-200mm，內部填充有相變材料，相變材料的體積為不銹鋼球殼容積的3/4，所述的蓄熱不銹鋼小球外孔處采用涂有耐高溫膠的不銹鋼塞填入外孔密封。

所述的自上而下相變蓄熱小球內部填充的相變材料采用梯度布置，即自上而下相變材料的相變溫度逐層遞減。

所述的上層相變蓄熱小球內相變材料相變溫度為40℃-60℃，下層相變蓄熱小球內相變材料相變溫度為25℃-50℃。

本發明的方法如下：白天蓄熱時，關閉進氣通道與大氣相連的進氣閥門和出氣通道末端的供暖風機，啟動循環通道內的循環風機，氣體通過強制對流換熱將上層蓄熱小球未及時蓄積的熱量攜帶至下層蓄熱小球儲存；

夜間供暖時，關閉循環風機、打開進氣通道與大氣相連的閥門、啟動供暖風機將空氣抽入蓄熱箱體內，空氣在流動過程中與蓄熱小球進行對流換熱，吸熱升溫，進過出氣通道進入室內。

本發明充分發揮相變材料的蓄熱能力和多孔堆積球比表面積大、換熱能力強的特點，透明保溫板和保溫隔熱材料將蓄熱小球封裝起來。白天，陽光透過透明保溫板將太陽輻射轉化為熱能，蓄熱小球表面吸熱，溫度升高，通過導熱將熱量傳遞給相變材料，相變材料熔化，儲存能量；同時，啟動循環風機，氣體通過強制對流換熱將上層蓄熱小球未及時蓄積的熱量攜帶至下層蓄熱小球儲存。夜間當室內溫度過低時，打開進風口，關閉循環風機啟動供暖風機，帶動空氣流動，將熱量快速從蓄熱小球中取出為室內供暖。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是圖1的A-A面剖視圖；

圖3是相變蓄熱小球殼體的結構示意圖；

圖4是封裝相變材料的相變蓄熱小球的結構示意圖。