阅读说明：本技术 脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器 (Pulsating heat pipe heat transfer type solar energy step heat accumulator ) 是由 刘彪 章学来 喻彩梅 纪珺 华维三 王迎辉 房满庭 赵银旭 王绪哲 于 2019-03-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器,包括太阳能真空集热管、梯级相变材料储能芯、脉动热管、真空集热器盖、储能芯固定座、低温区储能腔、中温区储能腔、高温区储能腔,其中,所述太阳能真空集热管内外层之间为真空,内玻璃管的表面采用电镀方法镀有黑铬涂层,所述太阳能真空集热管内层装有所述梯级相变材料储能芯。所述脉动热管贯穿所述相变材料储能芯。所述太阳能真空集热管白天收集的热量储存在所述梯级相变材料储能芯中。由所述脉动热管将储存的能量传递到待加热的冷水中,该装置充分利用了太阳能和相变材料储能技术,可以解决太阳光照间歇性,能量密度低等问题,具有效率高、经济性好、绿色、环保等优点,可以满足家用和工业级别的应用。(The invention discloses a pulsating heat pipe heat transfer type solar energy stepped heat accumulator which comprises a solar energy vacuum heat collecting pipe, a stepped phase change material energy storage core, a pulsating heat pipe, a vacuum heat collector cover, an energy storage core fixing seat, a low temperature region energy storage cavity, a medium temperature region energy storage cavity and a high temperature region energy storage cavity, wherein vacuum is formed between the inner layer and the outer layer of the solar energy vacuum heat collecting pipe, the surface of an inner glass pipe is plated with a black chromium coating by adopting an electroplating method, and the stepped phase change material energy storage core is arranged on the inner layer of the solar energy vacuum heat collecting pipe. The pulsating heat pipe penetrates through the phase-change material energy storage core. The heat collected by the solar vacuum heat collecting tube in the daytime is stored in the step phase-change material energy storage core. The device makes full use of solar energy and phase-change material energy storage technology, can solve the problems of intermittent solar illumination, low energy density and the like, has the advantages of high efficiency, good economy, environmental protection and the like, and can meet the requirements of household and industrial level application.)

脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器

技术领域

本专利属于太阳蓄热器领域，尤其涉及一种脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器

背景技术

传统蓄热器在蓄热过程中存在的局部过热、放热慢、保温能力差、蓄热量小、与太阳能不匹配等问题。传统太阳能采用真空集热管和水箱耦合的方式，但是蓄热能力差、水箱占据较大空间，且普通太阳能水管裸露在环境中，冬季温度低时很容易冻裂，受季节和天气影响较大。新型无水箱式太阳能热管集热器采用热管传热，传热效率低。

利用相变材料和太阳能真空集热管高效地储存太阳能，解决了传统蓄热器在蓄热过程中存在的局部过热、保温能力差、蓄热能力不强等问题，同时强化了流体的传热，提高了蓄热器的蓄热性能。解决了传统相变材料储能装置材料易泄露、易产生污染等问题。

发明内容

鉴于现有太阳能集热器的上述缺陷，本发明所采取解决问题的方法包括：太阳能照射到所述太阳能真空集热管上，所述太阳能真空集热管通过对流传热方式加热所述梯级相变材料储能芯，所述梯级相变材料储能芯加热不同温区的相变材料，相变材料采用分层封装，所述低温区储能腔，封装相变材料的相变温度为10～30℃，所述中温区储能腔，封装相变材料的相变温度为30～60℃，所述高温区储能腔，封装相变材料的相变温度为60～100℃，三个相变材料储能腔采用焊接的连接方式连接在所述梯级相变材料储能芯里面。所述梯级相变材料储能芯封装有梯级相变温度的材料，可以最大限度地利用太阳能，所述低温区储能腔中的相变材料发生相变以后，开始加热所述脉动热管中的工质，相变材料温度升高是分区段的，每一段温度升高的幅度大小和材料的比热容成反比，由Q＝cm△t，吸收热量一定时，相变材料的比热容越大，温度变化量越小；整个装置放置在屋顶上面，所述脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器采取多个并联集热的集热方式，白天太阳光照射到所述脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器上，所述太阳能真空集热管收集的热量储存在所述梯级相变材料储能芯中的相变材料里面，当傍晚需要热水的时候，冷水从所述水管的左端流进，从所述水管右端流出，在所述换热器中冷水被加热，相变材料储存的能量通过和所述脉动热管热交换将能量传输给所述脉动热管的冷凝端，在所述脉动热管冷凝端将热量传输给冷水。冷水冲刷所述脉动热管的冷凝端，冷凝端的工质开始冷凝，在所述梯级相变材料储能腔中，由于相变材料的加热作用，所述脉动热管中蒸发端工质吸热产生气泡，迅速膨胀和升压，推动工质流向低温冷凝端，工质在流动的过程中，经过所述中温区储能腔中相变材料加热，能量增加，所述高温区储能腔对所述脉动热管中的工质继续加热，能量进一步被提高，工质流到冷凝端，气泡冷却收缩并破裂，压力下降，由于蒸发端和冷凝端之间存在压差以及相邻管子之间存在的压力不平衡，使得工质在蒸发端和冷凝端之间振荡流动，从而实现热量的传递，整个装置简单、操作性强，比传统的单一相变材料储能效率高，可以在家庭和工业范围内使用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器,包括太阳能真空集热管、相变材料储能芯、脉动热管、真空集热器盖、储能芯固定座。

进一步地，在所述太阳能真空集热管内层装有所述梯级相变材料储能芯，所述梯级相变材料储能芯包括低温区储能腔、中温区储能腔和高温区储能腔三个相变材料储能腔，分别装有不同温区相变材料。

进一步地，贯穿所述梯级相变材料储能芯为所述脉动热管，所述脉动热管采用常温下热导率为399W/(m·K)的纯铜。

进一步地，所述脉动热管采用圆柱状的外部结构，也可以采用平板状的外部结构。

进一步地，在安装所述脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器时可以采用多组并联在一起，也可以采用单个所述脉动热管和所述太阳能真空集热管耦合。

进一步地，在所述太阳能真空集热管管口部分采用所述真空集热器盖。

本发明能够利用太阳能实现白天蓄热、保温、晚上放热的功能，释放热量大，释放速率快，循环稳定性好，无污染等优点，能满足家用和工业级别的应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的梯级相变材料储能芯。

图3是本发明的一种脉动热管。

图4是利用脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器的太阳能装置。

图中：1、太阳能真空集热管；2、梯级相变材料储能芯；3、脉动热管；4、真空集热器盖；5、储能芯固定座；6、换热器；7、连接支架；8、水管；9、低温区储能腔； 10、中温区储能腔；11、高温区储能腔。

具体实施方式

所述梯级相变材料储能芯2三个部分采用焊接方式连接在一起，所述梯级相变材料储能芯2底部采用所述储能芯固定座5固定，所述太阳能真空集热管1和所述真空集热器盖4采用螺纹连接的方式连接，构成所述脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器的保温结构，所述相变材料储能芯2组成所述脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器的蓄热结构，所述相变储能芯2中间嵌有脉动热管3，所述脉动热管3工质为水、甲醇、乙醇、氟利昂、丙酮等其中的一种。

白天太阳照射到所述太阳能真空集热管1上，所述太阳能真空集热管1通过对流传热方式加热所述梯级相变材料储能芯2，所述梯级相变材料储能芯2被加热后通过热传导的方式加热装在里面的相变材料，由于所述梯级相变材料储能芯2有3个储能腔体，每个腔体获得相同的能量，如图2所示，分别为所述低温区储能腔9、所述中温区储能腔10、所述高温区储能腔11，所述低温区储能腔9中采用比热容比小，相变温度在10～30℃低温相变的相变材料。

所述低温区储能腔9中相变材料发生相变以后，开始加所述热脉动热管中的工质，当白天太阳光照充足的时候，所述脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器效率最高，如图1所示。整个所述梯级相变材料储能芯温度升高是分区段的，每一段温度升高的幅度大小和材料的比热容成反比，由Q＝cm△t，吸收热量一定时，材料的比热容越大，温度变化量越小，可以根据当地日照强度和日照时间选择相应的相变储能材料和所述脉动热管中的工质，当所述低温区储能腔9中相变材料发生相变后，如果当地光照充足，所述中温区储能腔10中的相变材料和所述高温区储能腔11中的相变材料均会发生相变，所述低温区储能腔9中相变材料完全相变以后可以对所述中温区储能腔10中相变材料加热，所述中温区储能腔10中相变材料完全相变以后可以对所述高温区储能腔11中相变材料加热，中层和上层相变材料熔化能量不仅来源于太阳能，同时也可能来源于所述低温区储能腔9中的相变材料。

所述太阳能真空集热管1收集的热量储存在相变材料里面，如图1所示，同时所述太阳能真空集热管1和真空集热器盖4对相变材料起到保温作用，蓄热的同时可以达到保温的目的。当傍晚需要热水的时候，冷水冲刷所述脉动热管3冷凝端，冷凝端开始冷凝。在所述梯级相变材料储能芯2中，由于相变材料的加热作用，所述脉动热管3中工质吸热产生气泡，迅速膨胀和升压，推动工质流向低温冷凝端，工质在流动的过程中，经过所述中温区储能腔10中相变材料加热，能量增加，所述高温区储能腔11对所述脉动热管3中的工质继续加热，如图3所示，能量进一步被提高，工质流到冷凝端，气泡冷却收缩并破裂，压力下降，由于蒸发端和冷凝端之间存在压差以及相邻管子之间存在的压力不平衡，使得工质在蒸发端和冷凝端之间振荡流动，从而实现热量的传递。

所述脉动热管，如图3所示，冷凝端部分的结构可以提高所述脉动热管3换热效率进而提高整个装置的效率，可以将两个或者多个所述太阳能真空集热器并联起来安装在如图4所示利用脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器的太阳能装置。

冬季太阳照射不足的时候，所述梯级相变材料储能芯2中低温区储能腔9中低温区相变材料发生相变储能，所述中温区储能腔10和所述高温区储能腔11中相变材料仍然可以通过显热储能。夏季比较热，太阳光照充足，所述梯级相变材料储能芯2 的三个温区段的相变材料都发生相变储能，此时效率最高。所述相变材料储能芯2储存的能量通过所述脉动热管3传输给外部冷水，如图4所示，所述脉动热管传热式太阳能梯级蓄热器将热量储存起来，需要热水的时候，冷水从水管8的左端流进，从右端流出，在换热器6中冷水被加热，相变材料储存的能量通过和所述脉动热管3热交换将能量传输给所述脉动热管3的冷凝端，在所述脉动热管3的冷凝端将热量传输给冷水。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。