[發明專利]一種相變換熱型中溫儲熱器及其制造和應用

無效

• 申請號: 201210552646.1
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103017368A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 劉振華;陳彥君;趙峰;肖紅升
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;桑夏太陽能股份有限公司
• 主分類號: F24J2/34
• 分類號: F24J2/34;F24F5/00;F25B29/00;C09K5/06
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 祖志翔

技術領域

本發明涉及一種太陽能利用設備，具體涉及一種相變換熱型中溫儲熱器及其制造和應用，屬于能源技術領域。

背景技術

太陽能是一種清潔、環保、高效和永不衰竭的新能源，太陽能熱利用產品市場巨大，所以各個國家都將太陽能資源利用作為可持續發展戰略的重要內容。目前，在太陽能熱利用當中，太陽能熱水器的技術已相對成熟，但是仍然有些不盡如人意的地方。例如，這些熱水器大多都只能提供80度以下的低溫熱水用于日常生活，而不能提供工業所需要的水溫達到一百多度的高溫空氣或水蒸氣。

太陽能空調系統是太陽能熱利用的一個極有前途的領域，目前已有很多樣板性工程運行，也有大量系統專利提出。為了實現陰雨天和夜間也能利用太陽能制冷，太陽能空調系統必須帶有完整的儲熱換熱系統，但目前尚沒有帶有儲熱換熱器的太陽能空調系統在實際運行，其主要原因是現在的太陽能空調系統的太陽能集熱器只能將水加熱到接近90℃上下，然后熱水直接進入溴化鋰吸收式制冷機，而溴化鋰吸收式制冷機熱源工質的溫度最低為80℃，如果要使用儲熱器的儲熱/放熱過程來為溴化鋰吸收式制冷機提供熱源工質80℃以上的熱水，現有的集熱器或儲熱器都無法完成這一任務。目前國內外雖然已經有很多太陽能儲熱技術的實驗研究、工程技術開發和專利，并且使用的儲熱材料也種類繁多，但是他們多集中于太陽能低溫熱水儲熱，而在100℃至200℃區間的太陽能儲熱應用寥寥無幾。此外，已有的各類儲熱器在結構和儲熱放熱原理方面大致相同：一類方法是在致密性的儲熱材料內埋設傳熱管道，通過儲熱材料和管路間導熱方式吸熱/放熱；另一類是將致密性的儲熱材料封閉在各種管道和容器中，管道和容器沉浸在換熱工質中。這些儲熱器的性能直接與儲熱材料的導熱系數有關，因為現在儲熱材料幾乎都是低導熱系數材料，雖然已經采用各種技術強化儲熱材料導熱系數以及改變換熱管道布置方式，但是目前各類儲熱換熱器的換熱性能都不高。對于此類儲熱器，提高儲熱材料導熱系數現在依然是一個研究重點。一般的方法是將儲熱材料填充進各類泡沫金屬或石墨材料組成一種致密性復合儲熱材料，這類復合相變儲熱材料研究和專利目前是儲熱材料技術專利的主流。

在已有的相變換熱儲熱器中，雖然也有利用儲熱器中傳熱介質的相變換熱傳遞熱量，但是全部儲熱材料依然是被包裹在密封金屬管道或密封金屬容器中，密封容器沉浸在傳熱介質中。儲熱時，高溫熱源加熱傳熱介質(液體)產生池內沸騰，熱量通過金屬壁面進入儲熱材料，通過儲熱材料整體的導熱在內部傳遞熱量。在放熱時，儲熱材料作為熱源，通過整體材料導熱將熱量通過金屬壁面傳遞到傳熱介質液體中，液體蒸發再將熱量傳遞給冷源工質。儲熱材料內部導熱依然是主要熱阻。另外，儲熱材料的傳熱面僅僅是金屬包裹容器的壁面表面積。而在本專利究中，相變傳熱介質直接和顆粒狀儲熱材料填層接觸，全部顆粒狀儲熱材料的巨大的表面積都是傳熱面，單個儲熱材料顆粒的體積很小，內部導熱熱阻幾乎可以忽略。

在現有的相關太陽能集熱儲熱技術文獻中發現：公開號為CN201032291的中國專利，名稱為：一種太陽能儲熱單元及其構成的整體式太陽能熱水器，其特征在于包括真空集熱管和儲熱組件，儲熱組件設置在真空集熱管內，儲熱組件又包括封閉管、進水管和出水管。其儲熱介質為水，屬于一種初級的儲熱技術，但比較有代表性。與其相似的專利中，儲熱材料可以是各種相變材料，如石蠟，石蠟和其他材料的混合物等，如中國專利公開號：CN201327216，發明名稱為：復合能源太陽能相變蓄熱供熱裝置，其主要含有太陽能集熱管、相變蓄熱體，特點是相變蓄熱體置于太陽能集熱管內，出水支管置于相變蓄熱體中，進水支管置于出水支管內。其所采用的是石蠟類低溫固液相變材料。

在現有的相關太陽能空調系統技術文獻中發現：中國專利號為200620050140.0，專利名稱：太陽能空調系統。該專利由雙效吸收式制冷機和太陽能集熱系統兩大部分組成，而太陽能集熱系統又由太陽能集熱器、太陽能控制組、管路構成，太陽能集熱器為桁架上固定拋物面板和設于拋物境面焦點處的集熱管，集熱管通過管路、太陽能控制組與雙效吸收式制冷機的高溫發生器連通。該專利是一種能夠在陰天也能提供較高溫度熱水太陽能空調系統。中國專利號為200920185550.X，專利名稱：太陽能空調系統。該太陽能空調系統有采暖和制冷兩部分組成，采暖通過太陽能集熱器提供熱源，由太陽能集熱器直接向室內散熱器提供熱水；而制冷由太陽能光伏電板提供太陽能轉變的電力，向蒸發式冷氣機供電，由蒸發式冷氣機供冷。這兩個專利基本代表了目前太陽能空調系統的主流技術，其特點是；集熱器集熱溫度較低，直接提供熱水供給制冷機，沒有儲熱器或者只象征性地帶有一個低溫儲熱器。