CN101256029A - 建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建筑平板型太阳能蒸汽集热器及其传热设备，解决了太阳能高温集热、高效传热、与建筑协调的难题，开拓了高温太阳能应用新领域；在玻璃真空集热管内设翅片U型管，其回液端并联在与液位调节器、循环回液管及冷凝器顺序连接的回液联集管上，翅片U型管的出口分别连接在汽液分离器的预分离器的接口端，汽液分离器的汽相出口通过循环蒸汽管与冷凝器的进汽口连接，其液相出口与回液联集管连通，液位调节器的调节液面低于预分离器且高于回液联集管；系统内形成真空并由储液器充入液态工作介质，冷凝器置于受热器中，构成太阳能开水器、采暖器、空调热水器等；集热器方正扁平、镶挂于建筑屋面、阳台墙面、美观协调，具有－30℃抗冻、130℃高温、成本适中特点，是建筑一体化太阳能的理想技术。

Description

建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置
技术领域
本发明属于太阳能光热技术领域，涉及一种用于建筑阳台墙壁镶挂的分离结构的太阳能集热设备。
背景技术
直插式玻璃真空集热管组成的太阳能设备以热水器为代表，因其影响建筑美观、容易结垢、存水冻堵等固有弊病，应用存在很大局限；现在出现的分体型建筑一体化太阳热水器，其集热器形态扁平方正、可以与建筑美观结合，蓄热器水箱可以与集热器分离置于室内非常易于保温也延长寿命，克服了直插式真空管热水器的主要缺陷；这种分体型太阳热水器的代表结构是在真空管内套装翅片U型管，多组翅片U型管的进口和出口分别并联在回液联集管和出液联集管上，并用循环回液管和循环出液管与置于蓄热器水箱中的液相换热器连接，系统内充满抗冻的导热液体并串联循环泵，靠循环的导热液体将真空管内的热能传递到水箱中，真空管等部件固定在框架上构成平板外形的集热器；尽管这种热水装置有其明显的应用优点，但是当前的技术仍然存在不少缺陷：1、靠导热液体的显热传递能量，温差较大、热效率偏低；2、液体循环阻力较大、循环流量较多，消耗电能也较多，而且必须依赖电力才能很好地工作；3、能量密度低，部件尺寸大，成本偏高。
发明内容
本发明的目的是提供一种与建筑完美结合的、高效率传热的、不依赖电力可自动工作的、高能量输出的、成本适中的太阳能集热应用设备。
为实现上述目的，本建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置，由固定在框架上的多支玻璃真空集热管和套装其内的翅片U型管组成的集热器、循环回液管、蓄热器以及汽液分离器、液位调节器、循环蒸汽管、间壁式冷凝器等构成；间壁式冷凝器与蓄热器导热连接，汽液分离器由主分离器和与其进口连通的水平蒸汽联集管以及与联集管连接的多组预分离器组成，预分离器内有针管和阻尼翅，汽液分离器的汽相出口通过循环蒸汽管与冷凝器的进汽口连接，其液相出口与回液联集管连通，其预分离器的下端口分别与各翅片U型管的出口连接；液位调节器是设有充液口和液位计的容器，其进液口通过循环回液管与冷凝器的低位出液口连接，其出液口与回液联集管连接，液位调节器内的液面须调节到低于预分离器上端且高于回液联集管；水平的回液联集管分别与各翅片U型管的进液口连接；系统内由充液口充入适当沸点的液态工作介质并形成真空，系统的汽相部位连接压力安全阀和排汽阀，裸露部件保温绝热。
为了提高集热板的综合效果并防止灰尘，可以在玻璃真空排管的前面设一透光装饰罩，集热器的后侧可设反射板，集热器的挂架可采用可调倾角铰链；液位调节器可以采用机械式浮球调节阀或电磁阀控制液面，也可采用定容定截面积控制方法；蓄热器可以采用多种形式，组成相应的太阳能系统；为了保证在冷凝器不高于集热器的情况下或回液管道特长的情况下系统能很好的工作，循环回液管上可以串联微型增压泵；为了制造和安装的方便，循环管道的连接可以采用螺纹或法兰活动连接。
采用上述结构的集热设备按如下原理工作，玻璃真空管的内管镀膜吸收太阳光并逐渐升温，热量通过翅片U型管被其内部的液态介质吸收并沸腾，汽泡夹带液体沿U型管上升至顶端的预分离器后汽泡破裂，蒸汽继续向上游的主分离器流动，而液体沿管流回，蒸汽在主分离器中被再次分离后，沿循环蒸汽管流向冷凝器，通过与蓄热器中冷媒热量交换，蒸汽放出潜热被冷凝成液体，靠重力或泵动力沿循环回液管流回到液位调节器，根据液位自动调整后流入回液联集管分配到各U型管的进口，靠热虹吸作用完成循环，主分离器内再次分离出的液态介质也通过其下部的液相出口回流到回液联集管和U型管内。由于系统是靠介质的潜热传递热量，恒温性能好、温差小、能量密度大、传热效率高；由于多数安装情况是冷凝器高于集热器，因此回流液态介质可以利用液相与汽相悬殊的密度差自动回流而无须循环泵，即使在相反工位情况需要循环泵增压，因其流量极小，消耗电能也极其微小，仅是液体循环的百分之几；由于循环的液体流量小、汽体流速快、冷凝换热系数大，使系统的管道、换热器等零件可以小型化，节省材料和成本；系统可以选择不同的介质实现不同工作温区，便于太阳能开水、空调等不同系统的应用，而且介质可以更新、补充，比较方便；系统采用分体组合结构，可灵活适应不同的安装条件。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明方案作进一步详细的说明。
图1是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置的第一种实施方式的剖视图。
图2是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置的第二种实施方式的剖视图。
图3是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置的第三种实施方式的剖视图。
图4是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置高层建筑集中热水系统的剖视图。
图5是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置电辅助采暖散热器的剖视图。
图6是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置带辅助热源的多用途储热中心的系统剖视图。
图7是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置电辅助风冷吸收式空调/冰箱系统的剖视图。
图8是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置电辅助喷射式空调热水/冰箱热水系统剖视图。
图9是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置电辅助扩散吸收式空调热水/冰箱热水系统的剖视图。
具体实施方式
图1是一种建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置构成的热水器，包括平板集热器(1)、循环回液管(4A)、循环蒸汽管(4B)、汽液分离器(3)、液位调节器(2)和蓄热水箱(6)及其内部的间壁式冷凝器(5)，水箱包括进水口(6B)、出水口(6F)、电加热(6E)和排空口(6A)，冷凝器(5)的内外设增强翅片(5D)，方形框架(1K)上由底托(1A)固定多只玻璃真空集热管(1B)，其内套装直径6-8毫米的翅片U型管(1C)，进液端可以采用3毫米的细管并不加翅片，进口端并联在水平回液联集管(1E)上，出口端与汽液分离器(3)的预分离器(3B)连接；汽液分离器(3)是圆形容器，其切向进口与水平的蒸汽联集管(3C)连通，在蒸汽联集管(3C)上均布多组预分离器(3B)，预分离器(3B)是管形部件，其中心有直径2毫米的针形管，周围有网制阻尼环，汽液分离器(3)的圆形容器上部中心有一汽相出口管，通过保温循环蒸汽管(4B)与冷凝器(5)的进汽口(5B)连接，圆形容器的低部有液相出口与回液联集管(1E)连通；汽液分离器(3)组件、回液联集管(1E)保温后与真空管组件安装在方形框架(1K)内，方形框架(1K)的前面安装透光装饰罩(1J)，背面安装反光板(1H)，构成平板集热器(1)，并与可调倾角铰链支架(1G)固定连接；液位调节器(2)是圆形容器，上部是设有充液口(2E)和液位计(2D)的储液器(2F)，下部是与回液联集管(1E)连接的液位器(2A)，其间有隔板并通过浮球调节阀(2C)相互连通，浮球传感器(2B)置于液位器(2A)内，浮球(2B)调整液面低于预分离器(3B)，且高于回液联集管(1E)；储液器(2F)的上部有进液口通过保温循环回液管(4A)与冷凝器(5)的低部出液口(5A)连接，也可以串联循环泵(4C)；汽液分离器(3)的出汽口并联压力安全阀(3A)，冷凝器(5)的高位连接排汽阀(5C)；系统内形成真空并由充液口(2E)充入丙酮或乙醇液体。
图2是另一种建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置构成的承压式热水器，特征在于：液位调节器(2)是水平截面积精确设计的圆形容器，其储液器(2F)和液位器(2A)集成一体，其水平横截面积满足不小于系统循环工质体积值除以蒸汽联集管(3C)与回液联集管(1E)之间距离值的商值；水箱承压，包括进水口(6C)、出水口(6A)、电加热(6B)和排污口(6D)。
图3是第三种建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置构成的热水器，特征在于：汽液分离器(3)和液位调节器(2)集成一体，包括液位指示浮球(2B)和液位计(2D)及充液口(2E)。
图4是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热高层建筑集中热水系统，特征在于：蓄热器(6)是循环热水系统的加热管段，利用虹吸或强制循环冷回水管(6E)使加热后的热水流入主水箱，主水箱有进水口(6B)、出水口(6F)、电加热(6E)和排空口(6A)，出水口(6F)连接各用户的分户水龙头。
图5是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热电辅助采暖散热器，特征在于：采暖散热器(6)包括蓄热体(6C)、电热器(6D)及与冷凝器(5)外侧连接的散热翅片(5D)；也可以增加强制对流风扇(6B)和与其配合的进风口(6A)、出风口(6E)。
图6是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热多用途储热中心系统，特征在于：蓄热器(6)内包含热水换热系统(6C)和采暖换热系统(6D)以及辅助热源(6A)，蓄热器(6)内有蓄热介质。
图7是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热电辅助吸收式制冷机，特征在于：蓄热器(6)是吸收式制冷机组的发生器，与电辅助热源(6A)、冷凝器等构成室外机(7)，并与蒸发制冷空调或冰箱(9)系统连接。
图8是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热电辅助喷射式制冷热水机，特征在于：蓄热器(6)是喷射式制冷机组的蒸汽发生器，与电辅助热源(6A)、热水冷凝器(8)、喷射器(7)、循环泵(10)及蒸发制冷空调或冰箱(9)系统连接。
图9是建筑平板型分体太阳能蒸汽集热电辅助扩散吸收式制冷热水机，特征在于：蓄热器(6)是扩散吸收式制冷机组的发生器，与电辅助热源(6A)、热水冷凝器(7)、吸收器(10)、扩散器(9)及蒸发制冷空调或冰箱(8)系统连接。
作为本领域的技术人员很清楚，上述具体实施例并不限制本发明基本思想的其他变形和另外相互组合的实施方式，例如冷凝器也可以采用套桶结构、排管结构或螺旋管结构；小型系统可以省略液位调节器；三种集热器可以另外与各蓄热器组合；蓄热器也可以与其他未明示的装置组合等等；这些方案均包涵在本发明思想范畴内。

Claims (10)

1. 建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置，包括由多支玻璃真空集热管(1B)和翅片U型管(1C)组成的集热器(1)、循环回液管(4A)、循环出液管(4B)和与蓄热器(6)导热连接的液相换热器(5)，其特征在于：还包括汽液分离器(3)和液位调节器(2)，以及取代循环出液管的循环蒸汽管(4B)和取代液相换热器的间壁式冷凝器(5)；所述汽液分离器(3)由主分离器(3)和与其进口连通的水平蒸汽联集管(3C)以及与联集管(3C)连接的多组预分离器(3B)组成，预分离器(3B)内有针管和阻尼环；汽液分离器(3)的汽相出口通过循环蒸汽管(4B)与冷凝器(5)的进汽口(5B)连接，其液相出口与回液联集管(1E)连通，其预分离器(3B)的下端口分别与各翅片U型管(1C)的出口连接；所述液位调节器(2)是带有充液口(2E)和液位计(2D)的容器，其进液口通过循环回液管(4A)与冷凝器(5)的低位出液口(5A)连接，其出液口与回液联集管(1E)连接，液位调节器(2)内的液面须调节到低于预分离器(3B)，且高于回液联集管(1E)；水平的回液联集管(1E)分别与各翅片U型管(1C)的进液口连接；系统内由充液口(2E)充入适当沸点的液态工作介质并形成真空，系统的汽相部位连接压力安全阀(3A)和排汽阀(5C)，裸露部件保温绝热。
2. 根据权利要求1所述的建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置，其特征在于：液位调节器(2)包括储液器(2F)与液位器(2A)，其间通过调节阀(2C)连通，液位器(2A)内设液位传感器(2B)自动控制调节阀(2C)的开闭，自动调整液位在要求的工艺位置。
3. 根据权利要求1所述的建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置，其特征在于：液位调节器(2)的水平截面积须满足不小于系统循环工质体积值除以蒸汽联集管(3C)与回液联集管(1E)之间距离值的商值。
4. 根据权利要求1所述的建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置，其特征在于；汽液分离器(3)和液位调节器(2)集成一体。
5. 根据权利要求1所述的建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置，其特征在于；集热器(1)的后侧设反射板(1H)，前表面设一透光装饰罩(1J)，挂架(1G)角度可调。
6. 根据权利要求1所述的建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置，其特征在于：蓄热器(6)是带电辅助加热器(6D)的采暖散热器。
7. 根据权利要求1所述的建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置，其特征在于：蓄热器(6)是带有辅助热源(6A)和热水换热器(6C)及采暖换热器(6D)的多用途储热中心。
8. 根据权利要求1所述的建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置，其特征在于：蓄热器(6)是带电辅助加热器(6A)的吸收式制冷空调或冰箱机组的发生器，吸收式制冷空调或冰箱机组包括室内蒸发制冷器(9)和室外机(7)。
9. 根据权利要求1所述的建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置，其特征在于：蓄热器(6)是带电辅助加热器(6A)的喷射式空调热水机组或冰箱热水机组的蒸汽发生器，喷射式空调热水机组或冰箱热水机组包括室内蒸发制冷器(9)、热水冷凝器(8)、喷射器(7)及工质泵(10)。
10. 根据权利要求1所述的建筑平板型分体太阳能蒸汽集热装置，其特征在于：蓄热器(6)是带电辅助加热器(6A)的吸收式空调热水机组或冰箱热水机组的发生器，吸收式空调热水机组或冰箱热水机组包括蒸发制冷器(8)、热水冷凝器(7)、吸收器(10)以及气体扩散器(9)。
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