CN1153941C - 制冷和供热两用的多功能太阳能冷管 - Google Patents

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Abstract

一种制冷与供热的多功能太阳能冷管，其包括吸附/集热器和冷凝/蒸发器。吸附/集热器和冷凝/蒸发器制成为一体，吸附/集热器为多层结构，吸附/集热器的外管和次外管之间为真空隔热夹层，次外管的外表面涂有选择性涂层，可以高效吸收太阳能并大大降低辐射热损，在吸附/集热器内装填吸附剂，在吸附剂中部埋有小玻璃管，吸附阶段其内流通换热流体，使吸附/集热器可迅速降温，实现吸附/集热器的白天高效集热与夜间有效散热。在制冷的同时，可充分利用制冷剂的凝结热、吸附/集热器降温的显热和吸附热等，实现热泵型供热。本发明在一根管子内完成固体吸附式制冷与热泵循环，效率高，结构紧凑，应用面广。

Description

制冷和供热两用的多功能太阳能冷管
本发明涉及一种加热领域中加热或制冷的联合系统中的太阳能冷管，特别是涉及一种可在一根管子内同时实现制冷与供热循环的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管。
太阳能制冷与供热是新能源利用的一个重要领域，其研究和应用工作愈来愈受到世人的重视。太阳能真空集热管热水器的广泛应用以及太阳能吸收式和吸附式制冷的研究进展促进了太阳能的热利用水平。太阳能驱动的固体吸附式制冷具有结构与控制简单、运行费用低、无噪音、无环境污染等一系列优点。从目前的研究来看，太阳能固体吸附制冷需要解决吸附/集热器白天的高效集热和夜间的有效散热之间的矛盾问题，以及对于以甲醇和水等低蒸汽压吸附质作为制冷剂的负压系统，如何长期维持系统的真空度等。发明专利号：ZL 00 216930.4，发明名称：真空隔热的直接吸热式太阳能冷管，提出了一种吸附/集热器可以直接吸收太阳能并有效地保温隔热的玻璃冷管式的太阳能制冷系统，同时避免了系统的真空泄漏。但该发明只能用于太阳能制冷，且吸附/集热器不能够有效散热，制冷效率较低，不能对外界供热。
本发明的目的在于提供一种制冷和供热两用的多功能太阳能冷管。使其对环境无污染，可同时实现制冷与供热的高效太阳能冷管。该冷管的吸附/集热器白天吸收太阳能，夜间进行吸附制冷，同时制冷剂蒸汽的冷凝热以及夜间吸附/集热器降温的显热和吸附热也能得到利用，使太阳能制冷和供热集中在一根管子上完成，其效率高，成本低，装配与维修方便。
本发明的目的是由以下技术方案实现的。
依据本发明提出的一种制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其中吸附/集热器和冷凝/蒸发器制成为一体，吸附/集热器为多层结构，在吸附/集热器的两层之间设有真空隔热夹层，在吸附/集热器的内层外表面涂有选择性涂层，使吸附/集热器具有很高的太阳吸收率和很低的辐射热损。在吸附/集热器内装填有吸附剂，在吸附剂中埋设有热量导出管；使吸附剂保持高效吸热脱附水平同时又提高了吸附效率，从而使制冷与供热在一根管内得以实现；
冷凝/蒸发器，其为多层结构，外管与内管封接为一整体，外管与内管之间轴成真空，并充装制冷剂液体，冷凝/蒸发器的内腔与吸附/集热器的内腔相通。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。
前述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其中所述的热量导出管形状采用 型、Ω型、或|型；材料采用铜、可伐、不锈钢、铝合金、玻璃材料；热量导出管的数量采用一根或数根。
前述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其中所述热量导出管为小玻璃管，一端为进水口，一端为出水口，在冷却吸附阶段其内的水与外部联通。
前述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其中所述冷凝/蒸发器中的内管为倒U型、M形、波纹型等大表面积形状，大大增加换热效果。
前述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其中所述冷凝/蒸发器的上端外壁与吸附/集热器的下端封接为一整体，使吸附腔内长期维持较高真空度。
前述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其中所述吸附/集热器的外部形状为圆管形或椭圆管形或双层同轴玻璃管。
前述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其中所述吸附/集热器内装填吸附剂，吸附剂为颗粒或带孔道的块状形，可采用高导热材料将其隔成多层结构。
前述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其中所述吸附/集热器还可以采用玻璃外管与铜次外管之间通过密封圈与真空密封胶密封的结构。
前述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其中所述吸附/集热器外部的次外管采用金属或非金属材料制成。
前述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其中所述的吸附/集热器外部的集热内管可采用铜、可伐、不锈钢、铝合金等金属材料；吸附/集热器外部的集热内管可采用钠钙玻璃、石英玻璃、等非金属材料。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和积极效果。由以上技术方案可知，本发明由于采用双层玻璃管结构，吸附/集热器白天高效吸收太阳能，同时夜间通过换热流体与吸附/集热器进行热交换，使吸附/集热器降温快，解决了吸附/集热器的白天集热与夜间散热的矛盾问题。另一方面，系统的供热量包括制冷剂的凝结热、吸附/集热器降温的显热和吸附热等，因此可以实现热泵型供热。
利用清洁的太阳能制冷和供热，整个过程无污染，与建筑配套使用进行制冷空调，潜在市场很大，并可局部替代真空集热管等太阳能热水器，具有良好的经济效益，有效地利用可再生能源，对环保起到积极的促进作用，可以节省大量的能源。
综上所述，本发明制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其在新能源利用领域中，不论在结构上或功能上皆有较大的改进，且在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，而确实具有增进的功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
本发明的具体结构由以下实施例及其附图详细给出。
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是图1中A-A剖面的放大示意图。
图3是本发明实施例二的结构示意图。
图4是图3中B-B剖面的放大示意图。
图5是本发明实施例三的结构示意图。
图6是图5中C-C剖面的放大示意图。
图7是图5中D-D剖面的放大示意图。
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其具体结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1、图2所示，为本发明实施例一的结构示意图。其包括吸附/集热器1、冷凝/蒸发器2两部分。
吸附/集热器1，其外部为双层结构，形状为圆管形或椭圆管形，采用双层同轴高硼硅玻璃管。外管11和次外管12之间为真空隔热夹层13，次外管12的外表面涂有选择性涂层14。吸附/集热器1内装填吸附剂15，吸附剂15可以为颗粒或带孔道的块状吸附剂。吸附剂15的中部埋设有热量导出管，其为一根小玻璃管16，一端为进水口161，另一端为出水口162，在冷却吸附阶段其内的水与外部联通，对吸附/集热器进行降温同时对外供热。
冷凝/蒸发器2，其为双层结构，内管21为“倒U”型，外管23与内管21封接为一整体，外管23与内管21之间抽成真空，并充装制冷剂液体22，冷凝/蒸发器2的上端外壁与吸附/集热器1的下端封接为一整体，进水口161，出水口162穿过外管23与外界相通，外管23与内管21的空间与吸附剂15相通。
在本发明的实施例一中，吸附/集热器1内布置沸石分子筛颗粒，制冷剂为水。吸附/集热器1和冷凝/蒸发器2的长度分别为1000mm和350mm。为全玻璃管结构，吸附/集热器1的外管和次外管管径分别为47mm、58mm，隔热夹层内的真空度为5×10-3Pa。以该冷管作应用试验，每平方米布置14根冷管，冷管倾斜放置。吸附/集热器从上午8时到下午4时接收太阳辐射，期间平均日照强度为700W/m2，平均环境温度为30℃，制冷剂夜间平均蒸发温度为6℃。1平方米集热面积的制冷量约为3000kJ，制冷效率为15％，同时可产生48℃的热水120kg，供热效率为45％，制冷与供热的总性能系数为60％。
请参阅图3及图4所示，为本发明的实施例二，其主要包括：吸附/集热器1′和冷凝/蒸发器2′两部分。吸附/集热器1′外部为双层结构，外管11′为高硼硅玻璃管，次外管12′为铜管，夹层抽真空，铜管12′外表面涂有选择性涂层14′。在吸附/集热器1′下端外管11′与铜管12′之间通过密封圈17′与真空密封胶密封。吸附剂15′内部设置一根小玻璃管16′，小玻璃管16′内充换热流体。冷凝/蒸发器2′内设有玻璃螺旋管21′，螺旋管21′从管23′穿出与外界相通，管23′内抽真空并充装制冷剂液体22′。管23′内的空间与吸附剂15′相通。吸附/集热器1′段小管16′内的换热流体白天不流通，夜间与水箱相连通，输出热量。螺旋管21′内的换热流体白天为冷却水，使制冷剂蒸汽凝结，夜间为冷媒水，对外供冷。
实施例二中，冷管吸附/集热器内布置以沸石分子筛为主的复合吸附剂块，制冷剂为水。吸附/集热器和冷凝/蒸发器的长度分别为1000mm和300mm。冷管吸附/集热器的外管管径为70mm，次外管即铜管直径58mm。以该冷管作应用试验，每平方米布置10根冷管，冷管倾斜放置。吸附/集热器从上午8时到下午4时接收太阳辐射，期间平均日照强度为650W/m2，平均环境温度为28℃，制冷剂夜间平均蒸发温度为7℃。1平方米集热面积的制冷量约为2900kJ，制冷效率为15.5％，同时可产生48℃的热水100kg，供热效率为47.5％，制冷与供热的总性能系数为63％。
请参阅图5、图6、图7所示，为本发明实施例三的结构示意图。其包括吸附/集热器1″、冷凝/蒸发器2″两部分。吸附/集热器1″，其外部为双层结构，形状为圆管形或椭圆管形，采用双层同轴高硼硅玻璃管。外管11″和次外管12″上端熔接在一起，下端通过密封圈17″与真空胶密封。外管11″和次外管12″之间为真空隔热夹层13″，次外管12″的外表面涂有选择性涂层14″。吸附/集热器1″内装填吸附剂15″，吸附剂15″可以为颗粒或带孔道的块状吸附剂。吸附剂15″的中部埋设有热量导出管，其为一根小玻璃管16″，直接从吸附/集热器1″的顶部引出与外界相通，在冷却吸附阶段其内的水与外部联通，对吸附/集热器进行降温同时对外供热。
冷凝/蒸发器2″，其为三层结构，内管21″为“M”型，外管23″与内管21″熔封为一整体，外管23″与内管21″之间抽成真空，并充装制冷剂液体22″，冷凝/蒸发器2″的上端外壁与吸附/集热器1″的下端封接为一整体，外管23″与内管21″的空间与吸附剂15″相通。
本发明的其它实施例还可以为以下各种型式：
a、实施例一中冷凝/蒸发器与实施例二、三中的吸附/集热器相组合，或将实施例二中的冷凝/蒸发器与实施冽一、三中的吸附/集热器相组合，亦即以上实施例中的冷凝/蒸发器和吸附/集热器可以任意组合。
b、实施例一、二、三中的冷凝/蒸发器采用金属、陶瓷或其它材料与吸附/集热器的外管(或次外管)封接成一体。
c、吸附/集热器也可设为多层结构，其在外管及次外管之间抽真空并在次外管的外表面涂吸热层与前面实施例结构相同，但内部吸附剂可采用高导热材料将其隔成多层结构装填于吸附/集热器内。
本发明的工作原理为：白天吸附/集热器吸收太阳能而温度升高，制冷剂蒸汽从吸附/集热器中被脱附出来，系统内压力上升，当系统压力达到与冷凝温度对应的饱和压力时，制冷剂蒸汽在冷凝/蒸发器内管外表面凝结为液体，同时冷凝热可以使作为换热流体的水升温。傍晚之后，吸附/集热器与换热流体进行热交换，温度开始降低，逐渐吸附蒸发器内的制冷剂，由于制冷剂的蒸发而产生制冷效果，同时吸附/集热器温度降低的显热及吸附制冷剂产生的吸附热由热量导出管内的换热流体带出，用于对外供热或产生热水。由于采用双层玻璃管结构，吸附/集热器白天高效吸收太阳能，同时夜间通过换热流体与吸附/集热器进行热交换，使吸附/集热器降温快，解决了吸附/集热器的白天集热与夜间散热的矛盾问题。另一方面，系统的供热量包括制冷剂的凝结热、吸附/集热器降温的显热和吸附热等，因此可以实现热泵型供热。
本发明解决了固体吸附/集热器对太阳能的高效吸收、贮存和转换，提供的太阳能冷管在夏季晴天时吸附/集热器的集热温度可达到150℃以上，制冷效率(制冷量与照射到冷管的太阳辐射能之比)为12-16％，供热与制冷的总能量转换效率约为55％。在相同制冷量和情况下成本低于常规集热、制冷分开式太阳能制冷系统，且可提供相应集热面积的太阳能热水器的产热量。

Claims (10)

1、一种制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其包括吸附/集热器和冷凝/蒸发器，其特征在于吸附/集热器(1)和冷凝/蒸发器(2)制成为一体，吸附/集热器(1)为多层结构，在吸附/集热器(1)的两层之间设有真空隔热夹层(13)，在吸附/集热器的内层外表面涂有选择性涂层(14)，使吸附/集热器具有很高的太阳吸收率和很低的辐射热损，在吸附/集热器(1)内装填有吸附剂(15)，在吸附剂(15)中埋设有热量导出管(16)；从而使制冷与供热在一根管内得以实现；
冷凝/蒸发器(2)，其为多层结构，外管(23)与内管(21)封接为一整体，外管(23)与内管(21)之间抽成真空，并充装制冷剂液体(22)，冷凝/蒸发器(2)的内腔与吸附/集热器(1)的内腔相通。
2、根据权利要求1所述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其特征在于所述的热量导出管形状采用J型、Q型、或I型；材料采用铜、可伐、不锈钢、铝合金、玻璃材料；热量导出管的数量采用一根或数根。
3、根据权利要求1所述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其特征在于所述热量导出管为小玻璃管(16)，一端为进水口(161)，一端为出水口(162)，在冷却吸附阶段其内的水与外部联通。
4、根据权利要求1所述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其特征在于所述冷凝/蒸发器(2)中的内管为倒U型、M形、波纹型、大表面积形状，大大增加换热效果。
5、根据权利要求1所述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其特征在于所述冷凝/蒸发器(2)的上端外壁与吸附/集热器(1)的下端封接为一整体，使吸附腔内长期维持较高真空度。
6、根据权利要求1所述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其特征在于所述吸附/集热器(1)的外部形状为圆管形或椭圆管形或双层同轴玻璃管。
7、根据权利要求1所述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其特征在于所述吸附/集热器(1)内装填吸附剂(15)，吸附剂(15)为颗粒或带孔道的块状形，可采用高导热材料将其隔成多层结构。
8、根据权利要求1所述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其特征在于所述吸附/集热器(1)还可以采用玻璃外管与铜次外管之间通过密封圈与真空密封胶密封的结构。
9、根据权利要求1所述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其特征在于所述吸附/集热器(1)外部的次外管(12)采用金属或非金属材料制成。
10、根据权利要求8所述的制冷和供热两用的多功能太阳能冷管，其特征在于所述的吸附/集热器外部的集热内管可采用铜、可伐、不锈钢、铝合金等金属材料；吸附/集热器外部的集热内管可采用钠钙玻璃、石英玻璃、等非金属材料。
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