一种太阳能相变蓄热供暖装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及太阳能供暖技术领域，具体为一种太阳能相变蓄热供暖装置及其使用方法。


背景技术：

2.近年来，随着全球气候变暖、环境污染、能源危机等问题的出现，人们逐渐开始采用环保高效的新兴能源来代替传统能源。太阳能作为一种可再生能源，具有总量巨大、采集方便、无污染等优点，是最清洁能源之一，因而逐渐得到人们的重视。但其存在的能流密度低和不稳定性、效率低等缺点在一定程度上限制了太阳能的进一步利用。
3.槽式太阳能集热器利用光热转化方式，通过聚焦、反射、吸收等过程实现光能到热能的转化，很大程度上改善了太阳能的能流密度低的缺点，如今已在太阳能利用系统中占据主导地位。另外，相变材料蓄能可以提高太阳能由于受到昼夜、季节和海拔高度等自然因素引起的不稳定性。在白天，相变材料将由太阳能集热器转化而来的热能储存下来，在夜间，将储存的热能释放进行室内供暖。
4.中国专利201721492353.3提出了一种“采用相变蓄热供暖的家用太阳能系统”，白天通过太阳能集热器加热工质，将能量储存在晶体格蓄热箱内的相变材料中以供夜晚使用。但该系统中，晶体格蓄热箱中相变材料只能从外部由外向内与工质进行热交换，在外部的相变材料凝固后内部的相变材料再很难进行热交换，传热效率大大降低，蓄热能力有限，因此本发明需要设计一种太阳能相变蓄热供暖装置及其使用方法来解决上述出现的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种太阳能相变蓄热供暖装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出可以改善太阳能能流密度低、稳定性差等缺点，通过相变材料蓄能将白天的太阳能以热能的形式储存下来，用来实现晚上供暖的装置，另外，当白天蓄热能力达到饱和后，太阳能直接用于日间供暖的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种太阳能相变蓄热供暖装置，所述槽式太阳能集热器包括反射镜面和底座，所述底座的顶部安装有反射镜面，所述反射镜面的一侧安装有等距分布的支架，两个所述支架之间均安装有真空集热管，所述真空集热管的内部安装有玻璃套管，所述玻璃套管的内部填充有导热油；
7.所述蓄热箱内设置有蓄热管、纵隔板和隔热板，所述蓄热箱的内部安装有等距分布的横隔板，所述蓄热箱的内部安装有等距分布的纵隔板，所述横隔板与纵隔板交错分布，所述横隔板的上方均安装有等距分布的蓄热管，所述蓄热管的内部填充有相变材料；
8.所述供暖装置包括有轴流风机、翅片式换热器主体、进气通道和出气通道。
9.优选的，所述真空集热管与玻璃套管之间开设有真空腔。
10.优选的，所述蓄热箱的一侧安装有外入口，所述外入口的一侧安装有内入口，所述外入口的下方安装有外出口，所述外出口的一侧安装有内出口，所述内入口、内出口、外入
口和外出口内部均设置有温度传感器，所述蓄热箱内部开设有回路，所述回路中设置有循环泵和与控制器相连的分流三通阀。
11.优选的，所述内入口和外入口处均设置有三通。
12.优选的，所述蓄热管的内部安装有内轴，所述蓄热管的内部且位于内轴的外侧安装有等距分布的纯铜片。
13.优选的，所述翅片式换热器主体的外侧安装有等距分布的翅片。
14.优选的，所述翅片的结构为螺旋绕片结构。
15.优选的，所述的蓄热管内部的相变材料的体积为内外管之间容积的5/6。
16.优选的，所述轴流风机包括风机叶轮和机壳，轴流风机用于使空气平行于风机轴流动。
17.一种太阳能相变蓄热供暖装置的使用方法，包括以下步骤：
18.s1、白天蓄热时，保持槽式太阳能集热器与蓄热箱之间通路开启，高温的导热油通入蓄热箱内部，相变材料遇热熔化，将能量储存下来，当蓄热能力达到饱和后，太阳能集热器与供暖装置之间通路开启，直接进行日间供暖；
19.s2、夜间供暖时，保持蓄热箱与供暖装置之间通路开启，以蓄热箱充当热源进行供暖，高温的导热油流入供暖装置中的翅片式换热器主体内部，在轴流风机的作用下，空气快速通过翅片式换热器主体表面，热量通过紧绕在不锈钢管外的翅片传给空气，加热后的空气从出风通道通向室内供暖，换热后导热油温度降低，重新流回蓄热箱与相变材料进行热交换，温度升高后再次流入供暖装置，实现整个循环过程。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.1、本发明设置有供暖装置，翅片式换热器主体通过在普通的不锈钢管上加装翅片来达到强化传热的目的，翅片式换热器主体采用螺旋绕片的形式，翅片与不锈钢管接触面大，传热性能良好，具有一定的稳定性，空气通过阻力小，翅片式换热器主体采用导热性能较好的纯铜，轴流风机用于使空气平行于风机轴流动，导热油流经不锈钢管时，热量通过紧绕在不锈钢管上的翅片传给经过翅片间的空气，达到加热空气的作用，从而给室内供暖，白天，太阳光照射到槽式太阳能集热器的槽型集热面上，反射到真空集热管，加热导热油，分流三通阀保持a回路开启，在循环泵1的作用下高温的导热油经三通分别由内入口和外入口通入蓄热箱内，蓄热箱内的相变材料内外同时遇热发生熔化，将热量储存下来，高温的导热油进行热交换后温度降低，从内出口和外出口流出，经三通合流再次回到真空集热管进行加热从而实现整个循环过程；
22.2、设置有槽式太阳能集热器和蓄热箱，通过在蓄热箱出入口处均设有温度传感器，并与外部控制器相连，当内入口和外出口出口处的温度传感器检测到流出的导热油温度与入口处导热油温度相等时，证明相变材料与导热油的换热过程结束，相变材料已完全熔化，蓄热能力达到饱和，此时与控制器相连的三通阀切断太阳能集热器与蓄热箱之间的通路，与供暖装置之间的通路随之打开，实现b循环过程，进行日间供暖，夜晚，真空集热管已丧失集热能力，三通阀切断蓄热箱与太阳能集热器之间的通路，与供暖装置之间的通路打开，在循环泵2的作用下，实现c循环过程，由蓄热箱充当热源进行夜间供暖，高温的导热油流入供暖装置中的翅片式换热器主体中，在轴流风机的作用下，空气快速通过翅片式换热器表面，热量通过紧绕在不锈钢管外的翅片传给空气，加热后的空气从出风通道通向室
内供暖，换热后导热油温度降低，重新流回蓄热箱与相变材料进行热交换，温度升高后再次流入供暖装置，实现整个循环过程。
附图说明
23.图1是本发明的整体结构框图；
24.图2是本发明槽式太阳能集热器简图；
25.图3是本发明真空集热管剖面图；
26.图4是本发明蓄热箱内部结构简图；
27.图5是本发明蓄热箱横剖面图；
28.图6是本发明蓄热箱纵剖面图；
29.图7是本发明蓄热管剖面图；
30.图8是本发明部分翅片式换热器简图。
31.附图标记说明：1-反射镜面、2-真空集热管、3-支架、4-底座、5-玻璃套管、6-不锈钢内管、7-蓄热管、8-横隔板、9-纵隔板、10-内入口、11-内出口、12-外入口、13-外出口、14-隔热板、15-相变材料、16-纯铜片、17-翅片、18-翅片式换热器主体、19-蓄热箱、20-真空腔、21-导热油、22-内轴。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，本发明提供一种技术方案：一种太阳能相变蓄热供暖装置，包括槽式太阳能集热器、蓄热箱19和供暖装置；所述槽式太阳能集热器包括反射镜面1和底座4，所述底座4的顶部安装有反射镜面1，所述反射镜面1的一侧安装有等距分布的支架3，两个所述支架3之间均安装有真空集热管2，配合进行使用，所述真空集热管2的内部安装有玻璃套管5，所述玻璃套管5的内部填充有导热油21；所述蓄热箱19内设置有蓄热管7、纵隔板9和隔热板14，所述蓄热箱19的内部安装有等距分布的横隔板8，配合进行分隔安装，所述蓄热箱19的内部安装有等距分布的纵隔板9，所述横隔板8与纵隔板9交错分布，所述横隔板8的上方均安装有等距分布的蓄热管7，所述蓄热管7的内部填充有相变材料15；所述供暖装置包括有轴流风机、翅片式换热器主体18、进气通道和出气通道，在进行使用时，翅片式换热器主体18通过在普通的不锈钢管上加装翅片17来达到强化传热的目的，翅片式换热器主体18采用螺旋绕片的形式，翅片17与不锈钢管接触面大，传热性能良好，具有一定的稳定性，空气通过阻力小，翅片式换热器主体18采用导热性能较好的纯铜，轴流风机用于使空气平行于风机轴流动，导热油21流经不锈钢管时，热量通过紧绕在不锈钢管上的翅片17传给经过翅片17间的空气，达到加热空气的作用，从而给室内供暖，白天，太阳光照射到槽式太阳能集热器的槽型集热面上，反射到真空集热管2，加热导热油21，分流三通阀保持a回路开启，在循环泵1的作用下高温的导热油21经三通分别由内入口10和外入口12通入蓄热箱19内，蓄热箱19内的相变材料15内外同时遇热发生熔化，将热量储存
下来，高温的导热油21进行热交换后温度降低，从内出口11和外出口13流出，经三通合流再次回到真空集热管2进行加热从而实现整个循环过程，通过在蓄热箱19出入口处均设有温度传感器，并与外部控制器相连，当内入口10和外出口13出口处的温度传感器检测到流出的导热油21温度与入口处导热油21温度相等时，证明相变材料15与导热油21的换热过程结束，相变材料15已完全熔化，蓄热能力达到饱和，此时与控制器相连的三通阀切断太阳能集热器与蓄热箱19之间的通路，与供暖装置之间的通路随之打开，实现b循环过程，进行日间供暖，夜晚，真空集热管2已丧失集热能力，三通阀切断蓄热箱19与太阳能集热器之间的通路，与供暖装置之间的通路打开，在循环泵2的作用下，实现c循环过程，由蓄热箱19充当热源进行夜间供暖，高温的导热油21流入供暖装置中的翅片式换热器主体18中，在轴流风机的作用下，空气快速通过翅片17式换热器表面，热量通过紧绕在不锈钢管外的翅片17传给空气，加热后的空气从出风通道通向室内供暖，换热后导热油21温度降低，重新流回蓄热箱19与相变材料15进行热交换，温度升高后再次流入供暖装置，实现整个循环过程。
34.进一步的，所述真空集热管2与玻璃套管5之间开设有真空腔20，配合正常使用。
35.进一步的，所述蓄热箱19的一侧安装有外入口12，所述外入口12的一侧安装有内入口10，所述外入口12的下方安装有外出口13，所述外出口13的一侧安装有内出口11，所述内入口10、内出口10、外入口12和外出口13内部均设置有温度传感器，所述蓄热箱19内部开设有回路，所述回路中设置有循环泵和与控制器相连的分流三通阀，通过在蓄热箱19内部设置有横纵隔板9，横隔板8确保导热油21从上到下逐层流过，交错布置的纵隔板9为每一层的导热油21提供s型通路，在通路的末端，即横隔板8上留有一个开口，以便导热油21流入下一层。
36.进一步的，所述内入口10和外入口12处均设置有三通，通过切换阀门来实现不同回路的开启与关闭，使得槽式太阳能集热器中加热的导热油21分流，分别通入蓄热箱19中蓄热管7内部和外部，内外部同时与蓄热管7内的相变材料15进行热交换。
37.进一步的，所述蓄热管7的内部安装有内轴22，所述蓄热管7的内部且位于内轴22的外侧安装有等距分布的纯铜片16，蓄热管7内的相变材料15中掺入纯铜片16，以提高传热效率。
38.进一步的，所述翅片式换热器主体18的外侧安装有等距分布的翅片17，配合进行正常使用。
39.进一步的，所述翅片17的结构为螺旋绕片结构，空气快速流经其表面时进行热交换，将热量带走给室内供暖。
40.进一步的，所述的蓄热管7内部的相变材料15的体积为内外管之间容积的5/6，配合进行使用。
41.进一步的，所述轴流风机包括风机叶轮和机壳，轴流风机用于使空气平行于风机轴流动，导热油21流经不锈钢管时，热量通过紧绕在不锈钢管上的翅片17传给经过翅片17间的空气，达到加热空气的作用，从而给室内供暖。
42.一种太阳能相变蓄热供暖装置的使用方法，包括以下步骤：
43.s1、白天蓄热时，保持槽式太阳能集热器与蓄热箱19之间通路开启，高温的导热油21通入蓄热箱19内部，相变材料15遇热熔化，将能量储存下来，当蓄热能力达到饱和后，太阳能集热器与供暖装置之间通路开启，直接进行日间供暖；
44.s2、夜间供暖时，保持蓄热箱19与供暖装置之间通路开启，以蓄热箱19充当热源进行供暖，高温的导热油21流入供暖装置中的翅片式换热器主体18内部，在轴流风机的作用下，空气快速通过翅片式换热器主体18表面，热量通过紧绕在不锈钢管外的翅片18传给空气，加热后的空气从出风通道通向室内供暖，换热后导热油21温度降低，重新流回蓄热箱19与相变材料15进行热交换，温度升高后再次流入供暖装置，实现整个循环过程。
45.具体的，使用本发明时：在进行使用时，翅片式换热器主体18通过在普通的不锈钢管上加装翅片17来达到强化传热的目的，翅片式换热器主体18采用螺旋绕片的形式，翅片17与不锈钢管接触面大，传热性能良好，具有一定的稳定性，空气通过阻力小，翅片式换热器主体18采用导热性能较好的纯铜，轴流风机用于使空气平行于风机轴流动，导热油21流经不锈钢管时，热量通过紧绕在不锈钢管上的翅片17传给经过翅片17间的空气，达到加热空气的作用，从而给室内供暖，白天，太阳光照射到槽式太阳能集热器的槽型集热面上，反射到真空集热管2，加热导热油21，分流三通阀保持a回路开启，在循环泵1的作用下高温的导热油21经三通分别由内入口10和外入口12通入蓄热箱19内，蓄热箱19内的相变材料15内外同时遇热发生熔化，将热量储存下来，高温的导热油21进行热交换后温度降低，从内出口11和外出口13流出，经三通合流再次回到真空集热管2进行加热从而实现整个循环过程，通过在蓄热箱19出入口处均设有温度传感器，并与外部控制器相连，当内入口10和外出口13出口处的温度传感器检测到流出的导热油21温度与入口处导热油21温度相等时，证明相变材料15与导热油21的换热过程结束，相变材料15已完全熔化，蓄热能力达到饱和，此时与控制器相连的三通阀切断太阳能集热器与蓄热箱19之间的通路，与供暖装置之间的通路随之打开，实现b循环过程，进行日间供暖，夜晚，真空集热管2已丧失集热能力，三通阀切断蓄热箱19与太阳能集热器之间的通路，与供暖装置之间的通路打开，在循环泵2的作用下，实现c循环过程，由蓄热箱19充当热源进行夜间供暖，高温的导热油21流入供暖装置中的翅片式换热器主体18中，在轴流风机的作用下，空气快速通过翅片17式换热器表面，热量通过紧绕在不锈钢管外的翅片17传给空气，加热后的空气从出风通道通向室内供暖，换热后导热油21温度降低，重新流回蓄热箱19与相变材料15进行热交换，温度升高后再次流入供暖装置，实现整个循环过程。
46.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种太阳能相变蓄热供暖装置，其特征在于：包括槽式太阳能集热器、蓄热箱(19)和供暖装置；所述槽式太阳能集热器包括反射镜面(1)和底座(4)，所述底座(4)的顶部安装有反射镜面(1)，所述反射镜面(1)的一侧安装有等距分布的支架(3)，两个所述支架(3)之间均安装有真空集热管(2)，所述真空集热管(2)的内部安装有玻璃套管(5)，所述玻璃套管(5)的内部填充有导热油(21)；所述蓄热箱(19)内设置有蓄热管(7)、纵隔板(9)和隔热板(14)，所述蓄热箱(19)的内部安装有等距分布的横隔板(8)，所述蓄热箱(19)的内部安装有等距分布的纵隔板(9)，所述横隔板(8)与纵隔板(9)交错分布，所述横隔板(8)的上方均安装有等距分布的蓄热管(7)，所述蓄热管(7)的内部填充有相变材料(15)；所述供暖装置包括有轴流风机、翅片式换热器主体(18)、进气通道和出气通道。2.根据权利要求1所述的太阳能相变蓄热供暖装置，其特征在于：所述真空集热管(2)与玻璃套管(5)之间开设有真空腔(20)。3.根据权利要求1所述的太阳能相变蓄热供暖装置，其特征在于：所述蓄热箱(19)的一侧安装有外入口(12)，所述外入口(12)的一侧安装有内入口(10)，所述外入口(12)的下方安装有外出口(13)，所述外出口(13)的一侧安装有内出口(11)，所述内入口(10)、内出口(10)、外入口(12)和外出口(13)内部均设置有温度传感器，所述蓄热箱(19)内部开设有回路，所述回路中设置有循环泵和与控制器相连的分流三通阀。4.根据权利要求3所述的太阳能相变蓄热供暖装置，其特征在于：所述内入口(10)和外入口(12)处均设置有三通。5.根据权利要求1所述的太阳能相变蓄热供暖装置，其特征在于：所述蓄热管(7)的内部安装有内轴(22)，所述蓄热管(7)的内部且位于内轴(22)的外侧安装有等距分布的纯铜片(16)。6.根据权利要求1所述的太阳能相变蓄热供暖装置，其特征在于：所述翅片式换热器主体(18)的外侧安装有等距分布的翅片(17)。7.根据权利要求6所述的太阳能相变蓄热供暖装置，其特征在于：所述翅片(17)的结构为螺旋绕片结构。8.根据权利要求1所述的太阳能相变蓄热供暖装置，其特征在于：所述的蓄热管(7)内部的相变材料(15)的体积为内外管之间容积的5/6。9.根据权利要求1所述的一种太阳能相变蓄热供暖装置，其特征在于：所述轴流风机包括风机叶轮和机壳，轴流风机用于使空气平行于风机轴流动。10.根据权利要求1-9任一所述的一种太阳能相变蓄热供暖装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、白天蓄热时，保持槽式太阳能集热器与蓄热箱(19)之间通路开启，高温的导热油(21)通入蓄热箱(19)内部，相变材料(15)遇热熔化，将能量储存下来，当蓄热能力达到饱和后，太阳能集热器与供暖装置之间通路开启，直接进行日间供暖；s2、夜间供暖时，保持蓄热箱(19)与供暖装置之间通路开启，以蓄热箱(19)充当热源进行供暖，高温的导热油(21)流入供暖装置中的翅片式换热器主体(18)内部，在轴流风机的作用下，空气快速通过翅片式换热器主体(18)表面，热量通过紧绕在不锈钢管外的翅片
(18)传给空气，加热后的空气从出风通道通向室内供暖，换热后导热油(21)温度降低，重新流回蓄热箱(19)与相变材料(15)进行热交换，温度升高后再次流入供暖装置，实现整个循环过程。

技术总结
本发明公开了一种太阳能相变蓄热供暖装置及其使用方法，涉及太阳能供暖技术领域，所述槽式太阳能集热器包括反射镜面和底座，所述底座的顶部安装有反射镜面，本发明的有益增效：本发明设置有供暖装置，蓄热箱内的相变材料内外同时遇热发生熔化，将热量储存下来，高温的导热油进行热交换后温度降低，从内出口和外出口流出，经三通合流再次回到真空集热管进行加热从而实现整个循环过程；设置有槽式太阳能集热器和蓄热箱，热量通过紧绕在不锈钢管外的翅片传给空气，加热后的空气从出风通道通向室内供暖，换热后导热油温度降低，重新流回蓄热箱与相变材料进行热交换，温度升高后再次流入供暖装置，实现整个循环过程。实现整个循环过程。实现整个循环过程。


技术研发人员：范凯兴 郭永锋 董欣 洪流 郑永强
受保护的技术使用者：西安航天神舟建筑设计院有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/2