一种太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置的制造方法
一种太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环保储能领域，具体涉及一种太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置。
【背景技术】
[0002] 随着我国产业结构变化和人民生活水平的提高，白天高峰用电量不断增加，夜间 低谷时段用电量大幅降低，供电峰谷差逐年加大，给电网运行带来较大困难和较高的经济 损失。大力推广在低谷段运行的电蓄热储能装置，是"削峰填谷"的有效办法。而且固体蓄 热储能装置不仅克服了传统蓄热方式的缺点，而且兼具环保、高效、节能、安全等多项优势， 有望替代一部分传统的取暖设备。
[0003] 当前的固体蓄热技术，多集中于供暖效率的提高，即结构上的改进，或者与其他能 源，如太阳能的联合利用。比如在专利《一种固体蓄热电暖器》（申请号CN201310572126. 1) 中，通过散热翅片式散热器和固体蓄热储热内胆双重供暖功能达到最佳散热效果，由小功 率蓄热，大功率供暖，双重功能来满足室内热能需求。供热的同时，还能将热能储存起来，但 是只是采用普通保温材料，断电后保温散热时间持续8~16小时。在专利《一种太阳能、峰 谷电蓄热的热水供应与辐射供暖复合装置》（申请号CN200310108327. 2)中，是通过太阳能 集热器、金属固体式峰谷电蓄热电热水箱、换热式储热水箱串联得到热水，同时辐射供暖装 置与供暖循环泵串联后并联于金属固体式峰谷电蓄热电热水箱与换热式储热水箱间的回 路上，从而进行辐射供暖。在专利《太阳能高温固体蓄热系统》（申请号CN201120318064. 8) 中，利用太阳能集热器以及谷能固体蓄热装置联合使用，产生热风，适用于住宅、商场、写字 楼、办公楼、厂房等采暖。还有一部分专利致力于蓄热材料的开发方面，比如在专利《主要 利用低谷电贮能的蓄热砖的制作方法》（申请号CN200410015038. 2)中，以磁铁矿石为主 要原料，经碎料、半干法机压成型，通过高温烧结而成蓄热砖。可广泛应用于贮热式房间加 热器和供热锅炉等多种热工领域。在专利《高性能相变蓄热材料及其应用技术》（申请号 CN03148548. 0)中，也主要是涉及一种具有高蓄热能力的相变材料的配方和生产工艺。综上 所述，当前专门针对固体蓄热的保温技术层面研宄还较少，而目前谷能固体蓄热储能装置 主要存在着白天热量散失大，内部温度波动大的问题，对用户难以长时间持续供暖。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为解决现有技术中谷能固体蓄热储能装置存在的白天热量散失大，内 部温度波动大，对用户难以长时间持续供暖的问题，本发明提供了一种太阳能辅助谷能固 体相变蓄热装置。
[0005] 技术方案：为实现上述技术目的，本发明公开了一种太阳能辅助谷能固体相变蓄 热装置，包括太阳能光伏装置、蓄电装置、相变保温结构、温控装置和蓄热固体，所述蓄热固 体设置于所述相变保温结构内，所述蓄电装置与所述相变保温结构电连接，所述温控装置 的信号输入端与所述相变保温结构的各层相变保温层连接，所述温控装置的信号输出端与 所述蓄电装置的信号输入端连接，所述太阳能光伏装置与所述相变保温结构通过所述蓄电 装置连接；其中，所述相变保温结构为密封保温结构，包括从内到外依次交替叠加设置的绝 热保温层和相变保温层，其中，最外层为绝热保温层，所述蓄热固体设置于最内层的绝热保 温层内，所述相变保温层的相变材料的相变温度从内层到外层逐渐减小。
[0006] 优选地，所述相变保温层的层数为2~4层。
[0007] 具体地，每层的相变保温层的内部包括相变材料、两个导电片和若干电热阻丝，每 根电热阻丝的两端分别固定在两个导电片之间，所述相变材料填充于相变保温层内；两个 导电片均与蓄电装置通过电线连接；每层的绝热保温层内只填充保温材料。
[0008] 其中，所述的导电片为铜条、铝条或铁片中的任意一种。
[0009] 进一步地，每层相变保温层的导电片通过选择连通开关与蓄电装置连接，每个选 择连通开关的连通互不干扰，且均通过总接通开关与蓄电装置连接。
[0010] 优选地，每层相变保温层内部的相变材料为单一无机盐或多元混合熔盐中的一 种；每层绝热保温层内部的保温材料为硬质聚氨脂泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料和聚乙烯 塑料泡沫中的任意一种。
[0011] 为进一步提高系统的效果，最内层的相变保温层的相变材料熔点等于或略高于蓄 热固体的温度，优选地等于或高于蓄热固体的温度5~20°C，从内到外相邻相变保温层内 的相变材料熔点相差90~100°C且依次降低至于最外层相变保温层的熔点与环境温度相 差100°C以内。
[0012] 在一种优选的实施方案中，相变保温层的层数为三层，从内到外分别为内层相变 保温层、中层相变保温层、外层相变保温层；绝热保温层的层数为四层，从内到外分别为第 一绝热保温层、第二绝热保温层、第三绝热保温层和第四绝热保温层，其中，第一绝热保温 层、第二绝热保温层和第三绝热保温层的厚度为30mm~50mm，第四绝热保温层的厚度为 150mm~ 200mm〇
[0013] 其中，假设各层绝热保温层内填充的保温材料均一样，则各层绝热保温层的厚度 以及各层相变保温层内部填充的相变材料的质量满足如下公式：
[0017] 其中，mi、!112和m3分别为内层相变保温层、中层相变保温层和外层相变保温层内部 填充的相变材料质量；〇为相变材料单位质量的潜热量；T为潜热释放时间；A为内层相变 保温层、中层相变保温层或外层相变保温层外表面表面积；At为相变材料熔点与环境温 度温差；4为内层相变保温层外表面换热系数；1!2为中层相变保温层外表面换热系数；1! 3为 外层相变保温层外表面换热系数；A为第一绝热保温层、第二绝热保温层和第三绝热保温 层的保温材料的导热系数；Ai为中层相变保温层的导热系数；X2为中层相变保温层的导 热系数；A3为外层相变保温层的导热系数；8。为第二绝热保温层的厚度；S'。为第三绝 热保温层的厚度；S为第四绝热保温层的厚度；S2为中层相变保温层的厚度；S3为外层 相变保温层的厚度。
[0018]优选地，每层相变保温层均采用耐蚀合金材料进行围护。
[0019]有益效果：本发明的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置通过将绝热保温层和相变 保温层依次相间布置，其中相变保温结构为密封结构，填充有合适的相变材料，电热阻丝布 置内部，可对相变保温层进行补热，使相变材料始终处在相变温度，同时绝热保温层可以减 小由于相变材料温度降低而引起的温度波动，延缓相变材料的热量损失，这样相变保温结 构与蓄热固体之间近似为绝热，使得两者之间温度波动很小，从而实现蓄热固体的长时间 保温。同时，根据用户所需的热环境，可选择接通相变温度不同的相变保温层，以获得不同 的供暖温度，或可选择同时接通相变温度不同的相变保温层，获得更长时间的供暖温度。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的结构示意图；
[0021] 图2为相变保温层结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 本发明提出了一种太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，包括太阳能光伏装置、蓄 电装置、相变保温结构、温控装置和蓄热固体，所述蓄热固体设置于所述相变保温结构内， 所述蓄电装置与所述相变保温结构电连接，所述温控装置的信号输出端与所述蓄电装置的 信号输入端连接，所述太阳能光伏装置与所述相变保温结构通过所述蓄电装置连接；其中， 所述相变保温结构为密封保温结构，包括从内到外依次交替叠加设置的绝热保温层和相变 保温层，其中，最外层为绝热保温层，所述蓄热固体设置于最内层的绝热保温层内，所述相 变保温层的相变材料的相变温度从内层到外层逐渐减小。
[0023] 其中，每层的相变保温层的内部包括相变材料、两个导电片和若干电热阻丝，每根 电热阻丝的两端分别固定在两个导电片之间，所述相变材料填充于相变保温层内；两个导 电片均与蓄电装置通过电线连接。导电片的材料可以是铜条、铝条或铁片中的任意一种。 每层相变保温层的导电片通过选择连通开关与蓄电装置连接，每个选择连通开关的连通互 不干扰，且均通过总接通开关与蓄电装置连接。每层相变保温层内部的相变材料以及绝热 保温层内部的保温材料均可以根据实际需要进行选择。通常，最内层的相变保温层的相变 材料熔点等于或略高于蓄热固体的温度，从内到外相邻相变保温层内的相变材料熔点相差 90~KKTC且依次降低至于最外层相变保温层的熔点与环境温度相差KKTC以内。
[0024] 发明原理：本发明的太阳能辅助谷能固 体相变蓄热装置通过将绝热保温层和相变 保温层依次相间布置，其中相变保温结构为密封结构，填充有合适的相变材料，电热阻丝布 置内部，可对相变保温层进行补热，使相变材料始终处在相变温度，同时绝热保温层可以减 小由于相变材料温度降低而引起的温度波动，延缓相变材料的热量损失，这样相变保温结 构与蓄热固体之间近似为绝热，使得两者之间温度波动很小，从而实现蓄热固体的长时间 保温。同时，根据用户所需的热环境，可选择接通相变温度不同的相变保温层，以获得不同 的供暖温度，或可选择同时接通相变温度不同的相变保温层，获得更长时间的供暖温度。
[0025] 下面通过具体的实施例详细说明本发明。
[0026] 如图1所示，本发明蓄热固体9为氧化镁蓄热砖，堆砌成立方体形状。蓄热砖 的蓄热目标温度为300°C，环境温度为5°C，选择在蓄热固体外侧依次布置第一绝热保温 层10,内层相变保温层11，第二绝热保温层12,中层相变保温层13,第三绝热保温层14， 外层相变保温层15,第四绝热保温层16。其中，内层相变保温层材料可选择NaN03(熔点 310°C)、KN03/4. 5KC1 (熔点320°C)中的一种，（熔点310°C)，中层相变保温层可选择 SolarSalt(熔点220°C)、NaN02/73Na0H* (熔点237°C)中的一种，外层相变保温层可选择 HitecXL(熔点120°C)，各层相变保温层中相变材料的填充质量依据所选择的具体相变材 料性质，按照如下公式进行计算：
[0030] 其中，mi、!112和m3分别为内层相变保温层、中层相变保温层和外层相变保温层内部 填充的相变材料质量；Q为相变材料单位质量的潜热量；T为潜热释放时间；A为内层相变 保温层、中层相变保温层或外层相变保温层外表面表面积；At为相变材料熔点与环境温 度温差；4为内层相变保温层外表面换热系数；1!2为中层相变保温层外表面换热系数；1! 3为 外层相变保温层外表面换热系数；A为第一绝热保温层、第二绝热保温层和第三绝热保温 层的保温材料的导热系数；Ai为中层相变保温层的导热系数；X2为中层相变保温层的导 热系数；A3为外层相变保温层的导热系数；8。为第二绝热保温层的厚度；S'。为第三绝 热保温层的厚度；S为第四绝热保温层的厚度；S2为中层相变保温层的厚度；S3为外层 相变保温层的厚度。
[0031] 四层绝热保温层均只填充硬质聚氨脂泡沫塑料，其中第一绝热保温层10、第二绝 热保温层12、第三绝热保温层14及第四保温层16厚度依次为30mm，40mm，50mm，200mm。如 图2所示，每层相变保温层均布置有导电片18与电热阻丝19,并利用电线17与蓄电装置 2相连。内层相变保温层11，中层相变保温层13,外层相变保温层15,均采用耐蚀合金材 料一一镍基高温合金进行围护。在夜晚无阳光时段，利用夜间谷电为蓄热砖9加热至目标 温度300°C。在白天有阳光时段，太阳能光伏装置1产生电能，通过蓄电装置2传输至电热 阻丝19,继而产生热能，使得内层相变保温层11的相变材料加热至释放潜热状态，使得内 部蓄热砖9的温度保持在300°C以上，其中第一绝热保温层10、第二绝热保温层12、第三绝 热保温层14及第四绝热保温层16均可减小由于相变材料向环境自然散热而引起的温度波 动，同时内层相变保温层11向外界自然散热时，中层相变保温层13及外层相变保温层15 均逐渐被加热，并可能达到释放潜热状态，可进一步减少内部热量的散失。当内层相变保温 层11，中层相变保温层13,外层相变保温层15各自潜热释放结束，低于相变温度时，温控装 置4便开始接通蓄电装置2开始补热，将各层相变保温层维持在相变温度。
[0032] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，包括太阳能光伏装置、蓄电装 置、相变保温结构、温控装置和蓄热固体，所述蓄热固体设置于所述相变保温结构内，所述 蓄电装置与所述相变保温结构电连接，所述温控装置的信号输入端与所述相变保温结构的 各层相变保温层连接，所述温控装置的信号输出端与所述蓄电装置的信号输入端连接，所 述太阳能光伏装置与所述相变保温结构通过所述蓄电装置连接；其中，所述相变保温结构 为密封保温结构，包括从内到外依次交替叠加设置的绝热保温层和相变保温层，其中，最外 层为绝热保温层，所述蓄热固体设置于最内层的绝热保温层内，所述相变保温层的相变材 料的相变温度从内层到外层逐渐减小。2. 根据权利要求1所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，所述相变 保温层的层数为2~4层。3. 根据权利要求1所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，每层的相 变保温层的内部包括相变材料、两个导电片和若干电热阻丝，每根电热阻丝的两端分别固 定在两个导电片之间，所述相变材料填充于相变保温层内；两个导电片均与蓄电装置通过 电线连接；每层的绝热保温层内填充保温材料。4. 根据权利要求3所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，所述的导 电片为铜条、铝条或铁片中的任意一种。5. 根据权利要求3所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，每层相变 保温层的导电片通过选择连通开关与蓄电装置连接，每个选择连通开关的连通互不干扰， 且均通过总接通开关与蓄电装置连接。6. 根据权利要求1所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，每层相变 保温层内部的相变材料为单一无机盐或多元混合熔盐中的一种；每层绝热保温层内部的保 温材料为硬质聚氨脂泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料和聚乙烯塑料泡沫中的任意一种。7. 根据权利要求1所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，最内层的 相变保温层的相变材料熔点等于或略高于蓄热固体的温度，从内到外相邻相变保温层内的 相变材料熔点相差90~KKTC且依次降低至于最外层相变保温层的熔点与环境温度相差 l〇〇°C以内。8. 根据权利要求1或2所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，相变保 温层的层数为三层，从内到外分别为内层相变保温层、中层相变保温层、外层相变保温层； 绝热保温层的层数为四层，从内到外分别为第一绝热保温层、第二绝热保温层、第三绝热保 温层和第四绝热保温层，其中，第一绝热保温层、第二绝热保温层和第三绝热保温层的厚度 为30mm~50mm，第四绝热保温层的厚度为150mm~200mm。9. 根据权利要求8所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，各层绝热 保温层的厚度以及各层相变保温层内部填充的相变材料的质量满足如下公式：其中，Hl1、!112和m 3分别为内层相变保温层、中层相变保温层和外层相变保温层内部填充 的相变材料质量；Q为相变材料单位质量的潜热量；T为潜热释放时间；A为内层相变保温 层、中层相变保温层或外层相变保温层外表面表面积；Δ t为相变材料熔点与环境温度温 差；Ii1为内层相变保温层外表面换热系数；h2为中层相变保温层外表面换热系数；h3为外层 相变保温层外表面换热系数；λ为第一绝热保温层、第二绝热保温层和第三绝热保温层的 保温材料的导热系数；λ i为中层相变保温层的导热系数；λ 2为中层相变保温层的导热系 数；λ 3为外层相变保温层的导热系数；δ ^为第二绝热保温层的厚度；δ '。为第三绝热保 温层的厚度；S为第四绝热保温层的厚度；δ 2为中层相变保温层的厚度；δ 3为外层相变 保温层的厚度。10.根据权利要求1~9任一项所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在 于，每层相变保温层均采用耐蚀合金材料进行围护。
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，包括太阳能光伏装置、蓄电装置、温控装置、相变保温结构和蓄热固体，所述蓄热固体设置在相变保温结构内，所述太阳能光伏装置与相变保温结构通过蓄电装置连接，所述温控装置的信号输入端与所述相变保温结构的各层相变保温层连接，所述温控装置的信号输出端与所述蓄电装置的信号输入端连接。本发明通过太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，根据用户的不同需求，长时间持续满足用户所需的热环境。
【IPC分类】F28D20/02
【公开号】CN104896984
【申请号】CN201510274470
【发明人】陆勇, 鹿浩伟, 田野, 李先宁, 钟文琪
【申请人】东南大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月26日
【技术领域】
[0001] 本发明属于环保储能领域，具体涉及一种太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置。
【背景技术】
[0002] 随着我国产业结构变化和人民生活水平的提高，白天高峰用电量不断增加，夜间 低谷时段用电量大幅降低，供电峰谷差逐年加大，给电网运行带来较大困难和较高的经济 损失。大力推广在低谷段运行的电蓄热储能装置，是"削峰填谷"的有效办法。而且固体蓄 热储能装置不仅克服了传统蓄热方式的缺点，而且兼具环保、高效、节能、安全等多项优势， 有望替代一部分传统的取暖设备。
[0003] 当前的固体蓄热技术，多集中于供暖效率的提高，即结构上的改进，或者与其他能 源，如太阳能的联合利用。比如在专利《一种固体蓄热电暖器》（申请号CN201310572126. 1) 中，通过散热翅片式散热器和固体蓄热储热内胆双重供暖功能达到最佳散热效果，由小功 率蓄热，大功率供暖，双重功能来满足室内热能需求。供热的同时，还能将热能储存起来，但 是只是采用普通保温材料，断电后保温散热时间持续8~16小时。在专利《一种太阳能、峰 谷电蓄热的热水供应与辐射供暖复合装置》（申请号CN200310108327. 2)中，是通过太阳能 集热器、金属固体式峰谷电蓄热电热水箱、换热式储热水箱串联得到热水，同时辐射供暖装 置与供暖循环泵串联后并联于金属固体式峰谷电蓄热电热水箱与换热式储热水箱间的回 路上，从而进行辐射供暖。在专利《太阳能高温固体蓄热系统》（申请号CN201120318064. 8) 中，利用太阳能集热器以及谷能固体蓄热装置联合使用，产生热风，适用于住宅、商场、写字 楼、办公楼、厂房等采暖。还有一部分专利致力于蓄热材料的开发方面，比如在专利《主要 利用低谷电贮能的蓄热砖的制作方法》（申请号CN200410015038. 2)中，以磁铁矿石为主 要原料，经碎料、半干法机压成型，通过高温烧结而成蓄热砖。可广泛应用于贮热式房间加 热器和供热锅炉等多种热工领域。在专利《高性能相变蓄热材料及其应用技术》（申请号 CN03148548. 0)中，也主要是涉及一种具有高蓄热能力的相变材料的配方和生产工艺。综上 所述，当前专门针对固体蓄热的保温技术层面研宄还较少，而目前谷能固体蓄热储能装置 主要存在着白天热量散失大，内部温度波动大的问题，对用户难以长时间持续供暖。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为解决现有技术中谷能固体蓄热储能装置存在的白天热量散失大，内 部温度波动大，对用户难以长时间持续供暖的问题，本发明提供了一种太阳能辅助谷能固 体相变蓄热装置。
[0005] 技术方案：为实现上述技术目的，本发明公开了一种太阳能辅助谷能固体相变蓄 热装置，包括太阳能光伏装置、蓄电装置、相变保温结构、温控装置和蓄热固体，所述蓄热固 体设置于所述相变保温结构内，所述蓄电装置与所述相变保温结构电连接，所述温控装置 的信号输入端与所述相变保温结构的各层相变保温层连接，所述温控装置的信号输出端与 所述蓄电装置的信号输入端连接，所述太阳能光伏装置与所述相变保温结构通过所述蓄电 装置连接；其中，所述相变保温结构为密封保温结构，包括从内到外依次交替叠加设置的绝 热保温层和相变保温层，其中，最外层为绝热保温层，所述蓄热固体设置于最内层的绝热保 温层内，所述相变保温层的相变材料的相变温度从内层到外层逐渐减小。
[0006] 优选地，所述相变保温层的层数为2~4层。
[0007] 具体地，每层的相变保温层的内部包括相变材料、两个导电片和若干电热阻丝，每 根电热阻丝的两端分别固定在两个导电片之间，所述相变材料填充于相变保温层内；两个 导电片均与蓄电装置通过电线连接；每层的绝热保温层内只填充保温材料。
[0008] 其中，所述的导电片为铜条、铝条或铁片中的任意一种。
[0009] 进一步地，每层相变保温层的导电片通过选择连通开关与蓄电装置连接，每个选 择连通开关的连通互不干扰，且均通过总接通开关与蓄电装置连接。
[0010] 优选地，每层相变保温层内部的相变材料为单一无机盐或多元混合熔盐中的一 种；每层绝热保温层内部的保温材料为硬质聚氨脂泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料和聚乙烯 塑料泡沫中的任意一种。
[0011] 为进一步提高系统的效果，最内层的相变保温层的相变材料熔点等于或略高于蓄 热固体的温度，优选地等于或高于蓄热固体的温度5~20°C，从内到外相邻相变保温层内 的相变材料熔点相差90~100°C且依次降低至于最外层相变保温层的熔点与环境温度相 差100°C以内。
[0012] 在一种优选的实施方案中，相变保温层的层数为三层，从内到外分别为内层相变 保温层、中层相变保温层、外层相变保温层；绝热保温层的层数为四层，从内到外分别为第 一绝热保温层、第二绝热保温层、第三绝热保温层和第四绝热保温层，其中，第一绝热保温 层、第二绝热保温层和第三绝热保温层的厚度为30mm~50mm，第四绝热保温层的厚度为 150mm~ 200mm〇
[0013] 其中，假设各层绝热保温层内填充的保温材料均一样，则各层绝热保温层的厚度 以及各层相变保温层内部填充的相变材料的质量满足如下公式：
[0017] 其中，mi、!112和m3分别为内层相变保温层、中层相变保温层和外层相变保温层内部 填充的相变材料质量；〇为相变材料单位质量的潜热量；T为潜热释放时间；A为内层相变 保温层、中层相变保温层或外层相变保温层外表面表面积；At为相变材料熔点与环境温 度温差；4为内层相变保温层外表面换热系数；1!2为中层相变保温层外表面换热系数；1! 3为 外层相变保温层外表面换热系数；A为第一绝热保温层、第二绝热保温层和第三绝热保温 层的保温材料的导热系数；Ai为中层相变保温层的导热系数；X2为中层相变保温层的导 热系数；A3为外层相变保温层的导热系数；8。为第二绝热保温层的厚度；S'。为第三绝 热保温层的厚度；S为第四绝热保温层的厚度；S2为中层相变保温层的厚度；S3为外层 相变保温层的厚度。
[0018]优选地，每层相变保温层均采用耐蚀合金材料进行围护。
[0019]有益效果：本发明的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置通过将绝热保温层和相变 保温层依次相间布置，其中相变保温结构为密封结构，填充有合适的相变材料，电热阻丝布 置内部，可对相变保温层进行补热，使相变材料始终处在相变温度，同时绝热保温层可以减 小由于相变材料温度降低而引起的温度波动，延缓相变材料的热量损失，这样相变保温结 构与蓄热固体之间近似为绝热，使得两者之间温度波动很小，从而实现蓄热固体的长时间 保温。同时，根据用户所需的热环境，可选择接通相变温度不同的相变保温层，以获得不同 的供暖温度，或可选择同时接通相变温度不同的相变保温层，获得更长时间的供暖温度。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的结构示意图；
[0021] 图2为相变保温层结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 本发明提出了一种太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，包括太阳能光伏装置、蓄 电装置、相变保温结构、温控装置和蓄热固体，所述蓄热固体设置于所述相变保温结构内， 所述蓄电装置与所述相变保温结构电连接，所述温控装置的信号输出端与所述蓄电装置的 信号输入端连接，所述太阳能光伏装置与所述相变保温结构通过所述蓄电装置连接；其中， 所述相变保温结构为密封保温结构，包括从内到外依次交替叠加设置的绝热保温层和相变 保温层，其中，最外层为绝热保温层，所述蓄热固体设置于最内层的绝热保温层内，所述相 变保温层的相变材料的相变温度从内层到外层逐渐减小。
[0023] 其中，每层的相变保温层的内部包括相变材料、两个导电片和若干电热阻丝，每根 电热阻丝的两端分别固定在两个导电片之间，所述相变材料填充于相变保温层内；两个导 电片均与蓄电装置通过电线连接。导电片的材料可以是铜条、铝条或铁片中的任意一种。 每层相变保温层的导电片通过选择连通开关与蓄电装置连接，每个选择连通开关的连通互 不干扰，且均通过总接通开关与蓄电装置连接。每层相变保温层内部的相变材料以及绝热 保温层内部的保温材料均可以根据实际需要进行选择。通常，最内层的相变保温层的相变 材料熔点等于或略高于蓄热固体的温度，从内到外相邻相变保温层内的相变材料熔点相差 90~KKTC且依次降低至于最外层相变保温层的熔点与环境温度相差KKTC以内。
[0024] 发明原理：本发明的太阳能辅助谷能固 体相变蓄热装置通过将绝热保温层和相变 保温层依次相间布置，其中相变保温结构为密封结构，填充有合适的相变材料，电热阻丝布 置内部，可对相变保温层进行补热，使相变材料始终处在相变温度，同时绝热保温层可以减 小由于相变材料温度降低而引起的温度波动，延缓相变材料的热量损失，这样相变保温结 构与蓄热固体之间近似为绝热，使得两者之间温度波动很小，从而实现蓄热固体的长时间 保温。同时，根据用户所需的热环境，可选择接通相变温度不同的相变保温层，以获得不同 的供暖温度，或可选择同时接通相变温度不同的相变保温层，获得更长时间的供暖温度。
[0025] 下面通过具体的实施例详细说明本发明。
[0026] 如图1所示，本发明蓄热固体9为氧化镁蓄热砖，堆砌成立方体形状。蓄热砖 的蓄热目标温度为300°C，环境温度为5°C，选择在蓄热固体外侧依次布置第一绝热保温 层10,内层相变保温层11，第二绝热保温层12,中层相变保温层13,第三绝热保温层14， 外层相变保温层15,第四绝热保温层16。其中，内层相变保温层材料可选择NaN03(熔点 310°C)、KN03/4. 5KC1 (熔点320°C)中的一种，（熔点310°C)，中层相变保温层可选择 SolarSalt(熔点220°C)、NaN02/73Na0H* (熔点237°C)中的一种，外层相变保温层可选择 HitecXL(熔点120°C)，各层相变保温层中相变材料的填充质量依据所选择的具体相变材 料性质，按照如下公式进行计算：
[0030] 其中，mi、!112和m3分别为内层相变保温层、中层相变保温层和外层相变保温层内部 填充的相变材料质量；Q为相变材料单位质量的潜热量；T为潜热释放时间；A为内层相变 保温层、中层相变保温层或外层相变保温层外表面表面积；At为相变材料熔点与环境温 度温差；4为内层相变保温层外表面换热系数；1!2为中层相变保温层外表面换热系数；1! 3为 外层相变保温层外表面换热系数；A为第一绝热保温层、第二绝热保温层和第三绝热保温 层的保温材料的导热系数；Ai为中层相变保温层的导热系数；X2为中层相变保温层的导 热系数；A3为外层相变保温层的导热系数；8。为第二绝热保温层的厚度；S'。为第三绝 热保温层的厚度；S为第四绝热保温层的厚度；S2为中层相变保温层的厚度；S3为外层 相变保温层的厚度。
[0031] 四层绝热保温层均只填充硬质聚氨脂泡沫塑料，其中第一绝热保温层10、第二绝 热保温层12、第三绝热保温层14及第四保温层16厚度依次为30mm，40mm，50mm，200mm。如 图2所示，每层相变保温层均布置有导电片18与电热阻丝19,并利用电线17与蓄电装置 2相连。内层相变保温层11，中层相变保温层13,外层相变保温层15,均采用耐蚀合金材 料一一镍基高温合金进行围护。在夜晚无阳光时段，利用夜间谷电为蓄热砖9加热至目标 温度300°C。在白天有阳光时段，太阳能光伏装置1产生电能，通过蓄电装置2传输至电热 阻丝19,继而产生热能，使得内层相变保温层11的相变材料加热至释放潜热状态，使得内 部蓄热砖9的温度保持在300°C以上，其中第一绝热保温层10、第二绝热保温层12、第三绝 热保温层14及第四绝热保温层16均可减小由于相变材料向环境自然散热而引起的温度波 动，同时内层相变保温层11向外界自然散热时，中层相变保温层13及外层相变保温层15 均逐渐被加热，并可能达到释放潜热状态，可进一步减少内部热量的散失。当内层相变保温 层11，中层相变保温层13,外层相变保温层15各自潜热释放结束，低于相变温度时，温控装 置4便开始接通蓄电装置2开始补热，将各层相变保温层维持在相变温度。
[0032] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，包括太阳能光伏装置、蓄电装 置、相变保温结构、温控装置和蓄热固体，所述蓄热固体设置于所述相变保温结构内，所述 蓄电装置与所述相变保温结构电连接，所述温控装置的信号输入端与所述相变保温结构的 各层相变保温层连接，所述温控装置的信号输出端与所述蓄电装置的信号输入端连接，所 述太阳能光伏装置与所述相变保温结构通过所述蓄电装置连接；其中，所述相变保温结构 为密封保温结构，包括从内到外依次交替叠加设置的绝热保温层和相变保温层，其中，最外 层为绝热保温层，所述蓄热固体设置于最内层的绝热保温层内，所述相变保温层的相变材 料的相变温度从内层到外层逐渐减小。2. 根据权利要求1所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，所述相变 保温层的层数为2~4层。3. 根据权利要求1所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，每层的相 变保温层的内部包括相变材料、两个导电片和若干电热阻丝，每根电热阻丝的两端分别固 定在两个导电片之间，所述相变材料填充于相变保温层内；两个导电片均与蓄电装置通过 电线连接；每层的绝热保温层内填充保温材料。4. 根据权利要求3所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，所述的导 电片为铜条、铝条或铁片中的任意一种。5. 根据权利要求3所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，每层相变 保温层的导电片通过选择连通开关与蓄电装置连接，每个选择连通开关的连通互不干扰， 且均通过总接通开关与蓄电装置连接。6. 根据权利要求1所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，每层相变 保温层内部的相变材料为单一无机盐或多元混合熔盐中的一种；每层绝热保温层内部的保 温材料为硬质聚氨脂泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料和聚乙烯塑料泡沫中的任意一种。7. 根据权利要求1所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，最内层的 相变保温层的相变材料熔点等于或略高于蓄热固体的温度，从内到外相邻相变保温层内的 相变材料熔点相差90~KKTC且依次降低至于最外层相变保温层的熔点与环境温度相差 l〇〇°C以内。8. 根据权利要求1或2所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，相变保 温层的层数为三层，从内到外分别为内层相变保温层、中层相变保温层、外层相变保温层； 绝热保温层的层数为四层，从内到外分别为第一绝热保温层、第二绝热保温层、第三绝热保 温层和第四绝热保温层，其中，第一绝热保温层、第二绝热保温层和第三绝热保温层的厚度 为30mm~50mm，第四绝热保温层的厚度为150mm~200mm。9. 根据权利要求8所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在于，各层绝热 保温层的厚度以及各层相变保温层内部填充的相变材料的质量满足如下公式：其中，Hl1、!112和m 3分别为内层相变保温层、中层相变保温层和外层相变保温层内部填充 的相变材料质量；Q为相变材料单位质量的潜热量；T为潜热释放时间；A为内层相变保温 层、中层相变保温层或外层相变保温层外表面表面积；Δ t为相变材料熔点与环境温度温 差；Ii1为内层相变保温层外表面换热系数；h2为中层相变保温层外表面换热系数；h3为外层 相变保温层外表面换热系数；λ为第一绝热保温层、第二绝热保温层和第三绝热保温层的 保温材料的导热系数；λ i为中层相变保温层的导热系数；λ 2为中层相变保温层的导热系 数；λ 3为外层相变保温层的导热系数；δ ^为第二绝热保温层的厚度；δ '。为第三绝热保 温层的厚度；S为第四绝热保温层的厚度；δ 2为中层相变保温层的厚度；δ 3为外层相变 保温层的厚度。10.根据权利要求1~9任一项所述的太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，其特征在 于，每层相变保温层均采用耐蚀合金材料进行围护。
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，包括太阳能光伏装置、蓄电装置、温控装置、相变保温结构和蓄热固体，所述蓄热固体设置在相变保温结构内，所述太阳能光伏装置与相变保温结构通过蓄电装置连接，所述温控装置的信号输入端与所述相变保温结构的各层相变保温层连接，所述温控装置的信号输出端与所述蓄电装置的信号输入端连接。本发明通过太阳能辅助谷能固体相变蓄热装置，根据用户的不同需求，长时间持续满足用户所需的热环境。
【IPC分类】F28D20/02
【公开号】CN104896984
【申请号】CN201510274470
【发明人】陆勇, 鹿浩伟, 田野, 李先宁, 钟文琪
【申请人】东南大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月26日
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