CN105863986A - 一种利用太阳能的气泡泵 - Google Patents

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王欣
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Abstract

本发明涉及一种利用太阳能的气泡泵，包括若干提升管、气液分离器和储液器，气液分离器位于储液器上方，若干提升管采用太阳能集热管，若干太阳能集热管并列倾斜设置、平行接受光照，太阳能集热管上端与气液分离器连通、下端通过水平的循环工质输入管与储液器连通，储液器内部的循环工质液面高度高出循环工质输入管。本发明不仅太阳能转化率高，而且避免了传统的不可再生能源的使用，省去了传统气泡泵中的换热装置，使得气泡泵的结构更加紧凑，有利于缩小气泡泵的外形尺寸；循环工质的受热均匀，有利于气泡泵中的两相流形成弹状流，从而提高气泡泵的输送效率。

Description

一种利用太阳能的气泡泵
技术领域
本发明涉及一种气泡泵，特别是涉及一种利用太阳能的气泡泵。
背景技术
气泡泵是利用外界热量来加热气泡泵中的溶液，使溶液蒸发沸腾，从而将溶液提升到一定高度的装置。从加热效果来看，用燃油，燃气等热源来加热时，气泡泵的工作性能受热源质量影响较大，工作性能波动大，稳定性差，而且随着人们对环境保护与可持续发展的关注，利用清洁能源已成为当今的发展趋势。
太阳能作为一种清洁无污染的能源，不仅可以持续利用，而且可以替代燃油、燃气等不可再生能源，可以将太阳能这种清洁能源用于加热气泡泵。有研究指出，气泡泵内两相流的流态为弹状流向块状流过度时，气泡泵的输送效率最高，而目前大多数气泡泵采用底部加热形式，加热的不均匀性使得气泡泵中的两相流无法保证处于弹状流，导致气泡泵的工作效率低。
目前气泡泵对太阳能这类清洁能源的利用率低，外形尺寸较大，因此，有必要研发一种泵送效率高、可直接利用太阳能的新型气泡泵装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用太阳能的气泡泵，太阳能转化率高，结构紧凑，提高气泡泵的输送效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种利用太阳能的气泡泵，包括若干提升管、气液分离器和储液器，所述气液分离器位于储液器上方，所述若干提升管采用太阳能集热管，所述若干太阳能集热管并列倾斜设置、平行接受光照，太阳能集热管上端与气液分离器连通、下端通过水平的循环工质输入管与储液器连通，所述储液器内部的循环工质液面高度高出循环工质输入管。
作为本发明一种优选的实施方式，所述循环工质输入管与储液器侧壁的底部连通。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述循环工质输入管为一根宽管，所述若干太阳能集热管并列与循环工质输入管的端部连通。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述循环工质输入管对应若干太阳能集热管设置为并排的若干根，各太阳能集热管分别与对应的循环工质输入管的端部连通。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述气液分离器上设有排气口和排液口。
作为对上述实施方式的进一步改进，所述排气口设置于气液分离器的顶部，所述排液口位于气液分离器的底部。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述储液器上设有回液口和补液口。
作为对上述实施方式的进一步改进，所述回液口设置于储液器的顶部。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述太阳能集热管的管径为4mm-32mm。
有益效果
在本发明中，气泡泵的提升管为太阳能集热管，可以将太阳能直接转化为热能用于循环工质的提升，太阳能转化率高，避免了传统的不可再生能源的使用，省去了传统气泡泵中的换热装置，使得气泡泵的结构更加紧凑，有利于缩小气泡泵的外形尺寸。太阳能集热管并列倾斜设置，有利于平行接受光照，使得循环工质的受热均匀，避免了传统气泡泵采用底部加热的形式导致循环工质受热不均匀的情况，有利于气泡泵中的两相流形成弹状流，从而提高气泡泵的输送效率。另外，提升管设置为若干根，同时进行循环工质的提升，也能够增加气泡泵的输送效率。
附图说明
图1为本发明的正面结构示意图。
图2为本发明提升管的侧面结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示的一种利用太阳能的气泡泵，包括若干提升管1、气液分离器2和储液器3。
气液分离器2位于储液器3上方，气液分离器2上设有排气口5和排液口6，排气口5优先设置于气液分离器2的顶部，排液口6优先设置于气液分离器2的底部。储液器3上设有回液口7和补液口8，回液口7优先设置于储液器3的顶部。
若干提升管1采用太阳能集热管，若干太阳能集热管并列倾斜设置、平行接受光照。太阳能集热管上端与气液分离器2连通，下端通过水平的循环工质输入管4与储液器3连通。循环工质输入管4与储液器3侧壁的底部连通，保证储液器3内部的循环工质液面高度高出循环工质输入管4，使得该气泡泵在运行之前，提升管1内部存在一段循环工质接受光照。
循环工质输入管4可以为一根宽管，若干太阳能集热管并列与循环工质输入管4的端部连通，如图2所示；循环工质输入管4也可以对应若干太阳能集热管设置为并排的若干根，各太阳能集热管分别与对应的循环工质输入管4的端部连通。这两种结构设置使得若干太阳能集热管形成一个倾斜的平面，通过将该平面正对阳光，有利于更好地接受光照，保证太阳能集热管的均匀受热。
该气泡泵在使用时，保证提升管1的倾斜斜面朝向阳光充足的方向，在太阳光的照射下，提升管1内的循环工质温度上升，最后沸腾产生大量气体,形成气液两相流。在沸腾蒸气压和热虹吸的双重作用下，循环工质被提升到气液分离器2中，气体从气液分离器2上的排气口5排出，液体则从气液分离器2底部的排液口6排出，并通过回液口7回流到储液器3内部，从而形成循环。通过补液口8向储液器3内部补加损失的循环工质。
在其他条件(循环工质、加热功率、提升高度等)相同的情况下，提升管1存在一个管径范围，使得气泡泵内循环工质保持弹状流，有利于气泡膨胀做功，改善气泡泵的运行性能.一般情况下，提升管1的管径范围是设置为4mm-32mm，具体的取值受循环工质、加热功率等因素影响。若管径设计过大，则循环工质在运行过程中产生泡状流，不利于气泡泵的运行；若设计管径过小，则循环工质在运行过程中产生搅拌流，也不利于气泡泵的运行。
相同条件下，提升管1的高度与溶液提升量密切相关，一般来说，提升管1高度越高，溶液提升量越小。因此，为了保证系统的循环速度，增大溶液提升量，提升管1的设计高度应尽量低。一般情况下，提升管1的高度是在600mm至1200mm之间。但是，提升管1高度的降低要受到系统其它部件运行条件的限制，要保证气液分离器2里的液体在重力的作用下，能够自然回流到储液器3中。因此，合理地设计提升管1的管径和高度对该气泡泵的整体性能十分重要。
实施例1
循环工质为热水，储液器3中的水流至提升管1中吸收太阳能，随着水的温度上升，最终沸腾产生气泡，形成气液两相流。在沸腾蒸汽压和热虹吸的双重作用下，一部分两相流被提升至气液分离器2中，由于液态水的密度大，沉在气液分离器2的底部，从排液口6排出，并从回液口7回流进入储液器3中形成循环，水蒸汽的密度小，聚集在气液分离器2的顶部，从排气口5排出。水从补液口8流入，不断给系统补水。
实施例2
循环工质为氨水，此时循环系统内部压力大于一个大气压。储液器3中的氨水流至提升管1中，在阳光的照射下，温度上升，最终沸腾产生氨蒸汽，形成气液两相流(氨气和稀氨水)。在沸腾蒸汽压和热虹吸的双重作用下，一部分两相流被提升至气液分离器2中，由于稀氨水的密度大，沉到气液分离器2的底部，从排液口6排出，并从回液口7回流进入储液器3中形成循环，氨蒸汽的密度小，聚集在气液分离器2的顶部，从排气口5排出。
实施例3
循环工质为溴化锂水溶液，此时循环系统内部压力小于一个大气压。溴化锂水溶液从储液器3流至提升管1中，在阳光的照射下，温度上升，最后沸腾产生水蒸气，形成气液两相流(水蒸气和浓溴化锂溶液)。在沸腾蒸汽压和热虹吸的双重作用下，一部分两相流被提升至气液分离器2中，由于浓溴化锂溶液密度大，沉在气液分离器2的底部，从排液口6排出，并从回液口7回流进入储液器3中形成循环，水蒸气的密度小，聚集在气液分离器的顶部，从气体排气口5排出。
该气泡泵的提升管1采用太阳能集热管，可以将太阳能直接转化为热能用于循环工质的提升，不仅太阳能转化率高，而且避免了传统的不可再生能源的使用，省去了传统气泡泵中的换热装置，使得气泡泵的结构更加紧凑，有利于缩小气泡泵的外形尺寸。太阳能集热管并列倾斜设置，有利于平行接受光照，使得循环工质的受热均匀，避免了传统气泡泵采用底部加热的形式导致循环工质受热不均匀的情况，有利于气泡泵中的两相流形成弹状流，从而提高气泡泵的输送效率。另外，提升管1设置为若干根，同时进行循环工质的提升，也能够增加气泡泵的输送效率。需要指出的是，该气泡泵能够用于小型太阳能吸收式制冷系统、太阳能热水系统以及电子冷却系统等，扩大了气泡泵的使用范围。

Claims (9)

1.一种利用太阳能的气泡泵，包括若干提升管(1)、气液分离器(2)和储液器(3)，所述气液分离器(2)位于储液器(3)上方，其特征在于：所述若干提升管(1)采用太阳能集热管，所述若干太阳能集热管并列倾斜设置、平行接受光照，太阳能集热管上端与气液分离器(2)连通、下端通过水平的循环工质输入管(4)与储液器(3)连通，所述储液器(3)内部的循环工质液面高度高出循环工质输入管(4)。
2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的气泡泵，其特征在于：所述循环工质输入管(4)与储液器(3)侧壁的底部连通。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用太阳能的气泡泵，其特征在于：所述循环工质输入管(4)为一根宽管，所述若干太阳能集热管并列与循环工质输入管(4)的端部连通。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用太阳能的气泡泵，其特征在于：所述循环工质输入管(4)对应若干太阳能集热管设置为并排的若干根，各太阳能集热管分别与对应的循环工质输入管(4)的端部连通。
5.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的气泡泵，其特征在于：所述气液分离器(2)上设有排气口(5)和排液口(6)。
6.根据权利要求5所述的一种利用太阳能的气泡泵，其特征在于：所述排气口(5)设置于气液分离器(2)的顶部，所述排液口(6)位于气液分离器(2)的底部。
7.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的气泡泵，其特征在于：所述储液器(3)上设有回液口(7)和补液口(8)。
8.根据权利要求7所述的一种利用太阳能的气泡泵，其特征在于：所述回液口(7)设置于储液器(3)的顶部。
9.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的气泡泵，其特征在于：所述太阳能集热管的管径为4mm-32mm。
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