[发明专利]一种相变换热型中温储热器及其制造和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能利用设备，具体涉及一种相变换热型中温储热器及其制造和应用，属于能源技术领域。

背景技术

太阳能是一种清洁、环保、高效和永不衰竭的新能源，太阳能热利用产品市场巨大，所以各个国家都将太阳能资源利用作为可持续发展战略的重要内容。目前，在太阳能热利用当中，太阳能热水器的技术已相对成熟，但是仍然有些不尽如人意的地方。例如，这些热水器大多都只能提供80度以下的低温热水用于日常生活，而不能提供工业所需要的水温达到一百多度的高温空气或水蒸气。

太阳能空调系统是太阳能热利用的一个极有前途的领域，目前已有很多样板性工程运行，也有大量系统专利提出。为了实现阴雨天和夜间也能利用太阳能制冷，太阳能空调系统必须带有完整的储热换热系统，但目前尚没有带有储热换热器的太阳能空调系统在实际运行，其主要原因是现在的太阳能空调系统的太阳能集热器只能将水加热到接近90℃上下，然后热水直接进入溴化锂吸收式制冷机，而溴化锂吸收式制冷机热源工质的温度最低为80℃，如果要使用储热器的储热/放热过程来为溴化锂吸收式制冷机提供热源工质80℃以上的热水，现有的集热器或储热器都无法完成这一任务。目前国内外虽然已经有很多太阳能储热技术的实验研究、工程技术开发和专利，并且使用的储热材料也种类繁多，但是他们多集中于太阳能低温热水储热，而在100℃至200℃区间的太阳能储热应用寥寥无几。此外，已有的各类储热器在结构和储热放热原理方面大致相同：一类方法是在致密性的储热材料内埋设传热管道，通过储热材料和管路间导热方式吸热/放热；另一类是将致密性的储热材料封闭在各种管道和容器中，管道和容器沉浸在换热工质中。这些储热器的性能直接与储热材料的导热系数有关，因为现在储热材料几乎都是低导热系数材料，虽然已经采用各种技术强化储热材料导热系数以及改变换热管道布置方式，但是目前各类储热换热器的换热性能都不高。对于此类储热器，提高储热材料导热系数现在依然是一个研究重点。一般的方法是将储热材料填充进各类泡沫金属或石墨材料组成一种致密性复合储热材料，这类复合相变储热材料研究和专利目前是储热材料技术专利的主流。

在已有的相变换热储热器中，虽然也有利用储热器中传热介质的相变换热传递热量，但是全部储热材料依然是被包裹在密封金属管道或密封金属容器中，密封容器沉浸在传热介质中。储热时，高温热源加热传热介质(液体)产生池内沸腾，热量通过金属壁面进入储热材料，通过储热材料整体的导热在内部传递热量。在放热时，储热材料作为热源，通过整体材料导热将热量通过金属壁面传递到传热介质液体中，液体蒸发再将热量传递给冷源工质。储热材料内部导热依然是主要热阻。另外，储热材料的传热面仅仅是金属包裹容器的壁面表面积。而在本专利究中，相变传热介质直接和颗粒状储热材料填层接触，全部颗粒状储热材料的巨大的表面积都是传热面，单个储热材料颗粒的体积很小，内部导热热阻几乎可以忽略。

在现有的相关太阳能集热储热技术文献中发现：公开号为CN201032291的中国专利，名称为：一种太阳能储热单元及其构成的整体式太阳能热水器，其特征在于包括真空集热管和储热组件，储热组件设置在真空集热管内，储热组件又包括封闭管、进水管和出水管。其储热介质为水，属于一种初级的储热技术，但比较有代表性。与其相似的专利中，储热材料可以是各种相变材料，如石蜡，石蜡和其他材料的混合物等，如中国专利公开号：CN201327216，发明名称为：复合能源太阳能相变蓄热供热装置，其主要含有太阳能集热管、相变蓄热体，特点是相变蓄热体置于太阳能集热管内，出水支管置于相变蓄热体中，进水支管置于出水支管内。其所采用的是石蜡类低温固液相变材料。

在现有的相关太阳能空调系统技术文献中发现：中国专利号为200620050140.0，专利名称：太阳能空调系统。该专利由双效吸收式制冷机和太阳能集热系统两大部分组成，而太阳能集热系统又由太阳能集热器、太阳能控制组、管路构成，太阳能集热器为桁架上固定抛物面板和设于抛物境面焦点处的集热管，集热管通过管路、太阳能控制组与双效吸收式制冷机的高温发生器连通。该专利是一种能够在阴天也能提供较高温度热水太阳能空调系统。中国专利号为200920185550.X，专利名称：太阳能空调系统。该太阳能空调系统有采暖和制冷两部分组成，采暖通过太阳能集热器提供热源，由太阳能集热器直接向室内散热器提供热水；而制冷由太阳能光伏电板提供太阳能转变的电力，向蒸发式冷气机供电，由蒸发式冷气机供冷。这两个专利基本代表了目前太阳能空调系统的主流技术，其特点是；集热器集热温度较低，直接提供热水供给制冷机，没有储热器或者只象征性地带有一个低温储热器。