[發明專利]一種多功能太陽能蓄能系統及蓄能方法

有效

• 申請號: 201210205693.9
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN102679563A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 賴艷華;董震;呂明新
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F24J1/00
• 分類號: F24J1/00;F24J2/34;F24J2/40;F24J2/46
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄧建國

技術領域

本發明涉及太陽能蓄能技術領域，尤其涉及一種太陽能集熱蓄能系統及蓄能方法。

背景技術

近年來，隨著有限的化石燃料大量消耗，能源和環境問題已成為制約我國國民經濟可持續發展的主要問題之一。太陽能資源具有總量大，分布廣泛，使用清潔，不存在資源枯竭等優點，太陽能轉化利用已成為全球可再生能源發展戰略的重要組成部分。然而，在時間和強度上，太陽能的供應與需求并不協調。因此，如何將富余的太陽能有效儲存并在需要的時間重新釋放，成為太陽能利用領域的研究熱點之一。

對于傳統的太陽能蓄熱過程，太陽光需先經吸收器轉化為熱能，熱能再傳遞給換熱流體，最終換熱流體把熱能傳輸到蓄熱裝置，傳熱環節過多。每次換熱過程都會引起能量品質的下降及數量的損耗。為此，一些學者提出把相變蓄熱材料和集熱裝置結合在一起的思路，如Fatah?HES發表在《Renewable?Energy》上的Thermal?performance?of?a?simple?design?solar?air?heater?with?built-in?thermal?energy?storage?system一文，提出相變蓄熱材料填充的蓄熱管替代集熱裝置直接蓄熱，這種方法減少了太陽能蓄熱過程的傳熱環節，但一方面集熱裝置不再具備直接輸出熱量的功能，另一方面相變材料蓄熱后，與環境存在溫度差，熱量儲存過程損失大，導致儲能效率低下。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種吸附或氣固化學反應蓄熱裝置與太陽能集熱裝置一體化的新型太陽能集熱蓄熱系統及蓄能方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種太陽能集熱蓄能系統，包括蓄能吸收器、控制閥、儲液器；蓄能吸收器內設有集熱換熱器和氣體通道，并裝有固態反應物，儲液器內設有蒸發冷凝換熱器，并裝有流態反應物液體，蓄能吸收器內的氣體通道與控制閥連接，控制閥與儲液器連接。

所述固固態反應物可以是無機鹽（BaCl₂、CaCl₂、SrCl₂、MgCl₂、NiCl₂、Na₂S、MgSO₄等）及其與水或氨形成的絡合物、氧化物（CaO、MgO、BaO、PbO等）及其與水或二氧化碳形成的組合物、沸石、硅膠、活性炭、金屬有機骨架材料和金屬氫化物等，固態反應物也可添加一些石墨、金屬粉末等導熱系數高的材料，然后壓制成型，達到強化換熱的目的。

所述的流態反應物主要包括氨、二氧化碳、水和氫氣等。

作為本發明的進一步改進，所述蓄能吸收器內還可以設有吸熱面。

本發明所述的蓄能吸收器可以為腔式和真空集熱管式兩種，這兩種蓄能吸收器是在原有太陽能吸收器形式上增添了固體反應物和氣體通道部分，實現蓄能功能。其中腔式吸收器蓄能吸收器還需要設置反射面和保溫材料。

本發明所述的集熱換熱器為普通換熱器或熱管換熱器，實現熱能的輸出。

本發明所述的控制閥為節流閥，其開度范圍為0～100%。

本發明的工作原理為：蓄能吸收器和蓄能材料的一體化設計，減少流體傳熱環節，并且吸附及氣固反應蓄熱技術把熱能轉化為吸附勢能或化學能存儲起來，可實現常溫下無損存儲，因而這種結合方法既減少了換熱環節，又不會出現相變蓄熱材料保溫效果不好導致的能量損失。

所述的吸熱材料為可實現太陽光轉化為熱能的部件，可在其與固態反應物接觸面增加翅片，以強化傳熱。若為固態反應物為吸光材料，則吸熱面可以不要，直接利用固態反應物轉化太陽光為熱能。

本發明所述的氣體狀態的流態反應物與固態反應物能發生可逆吸附或化學反應，其合成過程為放熱過程，分解過程為吸熱過程。

本發明所述的太陽能集熱蓄能系統，運行一個周期依次經歷集熱充能、儲能和放能三個階段：

在集熱充能階段，太陽光被吸熱面轉換為熱能，需要存儲的熱能加熱固態反應物與流態反應物反應或吸附生成的物質，該物質分解出流態反應物氣體，流態反應物氣體進入儲液器向蒸發冷凝換熱器放熱，冷凝為液體，剩余熱能經集熱換熱器輸出供熱，這兩部分熱能的分配比例通過調節控制閥的開度來實現；

在儲能階段，控制閥開度為0，固態反應物與流態反應物被隔離開，能量以吸附勢能或化學能方式存儲，可以實現能量的無損存儲。

在放能階段，控制閥開度大于0，流態反應物從蒸發冷凝換熱器吸熱汽化，流態反應物氣體與固態反應物進行吸附或化學反應，并向集熱換熱器放出熱量，放熱速率通過控制閥的開度調節。