CN1158493C - 太阳能多形式利用、储存、再利用的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种能当建筑物使用的卡合式真空集热管组合集热器将收集的太阳能量以热气流的形式启动风轮机、取暖干燥器、加热保温炉、热水储备箱、热交换动力器，热交换动力器又以热水——蒸气——冷水的方式启动汽轮机、储能设施，散热器等运作，使其具备干燥衣物和空间、煮饭热菜备热水、作功发电、储存热能、供暖供冷等功能。集热器面积大小随意，大的热量多，功能全，小的减少一两项功能照常使用，最大的特点是太阳能被一次利用后储存起来以便没有太阳时再利用。

Description

太阳能多形式利用、储存、再利用的方法和装置

本发明涉及一种太阳能多形式利用、储存、再利用的方法和装置。尤其还涉及太阳能在一次被利用后储存起来，便于需要时再利用的方法和装置。

太阳能利用是人们长期追求的题目，但先前的太阳能利用要么功能单调，如太阳能热水器，它只能提供热水且水箱必须伴随之上很不方便，要么技术复杂，价格昂贵，大面积使用经济划不来，如太阳能电池。

本发明的目的在于提供一种技术简单、造价便宜、规模能大能小、效率高、安装方便、能多形式利用，即既能供暖干燥衣物，又能煮饭热菜，还能储存热水，还能利用动能作功发电，发电后的热能还可以被储存起来以便没有太阳时再利用，而且接受太阳能装置本身还能当建筑材料使用的方法和装置。

本发明的原理来自于模似自然界太阳将空气晒热上升，冷空气补充所产生的风能，空气中水的蒸发搬迁而带来水的动能，以及在封闭装置中所能利用的热能。

为了达到以上目的，本发明的集热器装置是以空气为媒体，利用空气热容量小，流动性强，受热时有向上顶升力的特点，使其在一个环形装置中不断循环产生动能，而将热能传送到所需要的地方。热能尤其能使水沸腾产生蒸气作功发电，发电后其热能使另一组媒体水加热后置于地下储存起来，以便需要时再利用。

要达到以上目的，本发明除涉及到已知的技术设备外，还涉及几种新型装置、部件和使用方法，它们是：卡合式真空集热管组合集热器。它又有以下部件组成：卡合式真空集热管管体，卡合式一堵三通管头(或二堵四通管头)，错位夹，卡合式真空保温管，还有热交换动力器和负压式储能和再利用装置。

本发明是这样实现的：当太阳照射到由卡合式真空集热管管体，吸光片，卡合式一堵三通管头，错位夹，卡合式真空保温管组合而成的卡合式真空集热管组合集热器上时，集热器采集的热量使处于集热器中的空气升温而产生顶升力，顶升力使空气聚集到上通口形成热气流驱使风轮机作功发电后进入装有四个阀门的管道，使其控制着取暖干燥器，加热保温炉，热水储备箱和热交换动力器进行热散发，热散发使热交换动力器内的水沸腾产生蒸气使汽轮机作功发电后进入第二台负压式热交换动力器进行再交换，经过热交换使第二台负压式热交换动力器中的凉井水变热产生顶升力而流到热水井中储存起来以便再利用，再利用时将热井水泵入第三台负压式热交换动力器和低沸点液体进行热交换使其产生蒸气作功发电，而散发完热能的井水又回到凉水井中。

下面对本发明实施例和涉及到的新型装置、部件和使用方法分别列图作详细说明：

图1是太阳能多形式利用、储存、再利用的方法和装置实施例示意图；

图2是卡合式真空集热管组合集热器立面示意图；

图3是卡合式真空集热管管体截面示意图；

图4是卡合式一堵三通管头立面示意图；

图5是错位夹原理示意图；

图6是卡合式真空保温管截面示意图。

为陈述方便，在说明实施例之前先将涉及到的新型装置、部件、使用方法详细说明，然后综合说明实施例。

卡合式真空集热管组合集热器是本发明涉及到的新型装置，是对太阳能进行采收、富集、保温、输出的关键设施。

本集热器是以空气为媒体，利用空气热容量小，流动性强，受热后特别容易产生顶升力的特点将收集到的热能形成热气流加以利用，由于是以空气为媒体，集热器规模可大可小，造形轻巧灵活，施工方便快捷，在起到集热的同时能替代建材的作用。

图2中人字型集热器2是由卡合式真空集热管管体3、吸光片306、卡合式一堵三通管头4(或二堵四通管头)、错位夹5、卡合式真空保温管6和常用器材组成。

卡合式真空集热管管体是卡合式真空集热管的主件，是集热管组合集热器的关键部件。

卡合式真空集热管管体是热固型透明塑料的挤塑件，外型的截面为中间大两头尖双层橄榄型，在两尖端处设置一组带凹槽的卡合结构。(中国专利号ZL99227012X)。

下面就图3的截面示意图作详细说明：

图3为卡合式真空集热管管体的截面示意图，图中301是该管体一组对称的弧型外壁，302是一组对称的弧型内壁，其延长壁303(此壁可以不要，不要时直接将两内壁延伸到两端)将整个管体分割成一组对称的将抽成真空的气室304，中间气室305是放置吸光片306和空气流通的通道(如能将302内壁一边或两边气室涂镀成为吸光面也可不用吸光片306)，这种形状的管材将304封堵后抽成真空时由于大气的压力在弧的作用下外壁301有一种面向两端的扩张力，同样由于大气的压力和弧的作用内壁302有一种面向两端的收缩力，通过计算设计弧的弧度和长度可以使两种力对销，对销后整个外型就保持不变，气室305就稳居中央，外壁301尖端处设一组带凹槽的卡合结构307、308，以便两根管体组装时起连接和固定作用。

卡合式一堵三通管头或二堵四通管头是卡合式真空集热管管体的配件，尤其是正常运作时必不可少的配件。

卡合式一堵三通管头是热固型塑料的注塑件，其外型的竖向和横向相通并能和卡合式真空集热管管体的真空室匹配的橄榄型管体，横向相通的两边是相互吻合呈阶梯状或坡状的带卡合结构的管形体。

下面就图4的外立面示意图作详细说明：

作为卡合式真空集热管管体的配件，目的是满足主件的各项功能，橄榄状堵管401是和管体3的的真空室304匹配，在其抽成真空时起封堵的作用，为了增加稳定性设置台阶402，通道作用则由橄榄型竖管内室403和横管内室404承担，横向管两端台阶状或坡状405、406是为设置卡合结构配合管体3的卡合结构，当两根卡合式真空集热管管体的左右面相互卡合时。两根一堵三通管头的405和406也相互卡合成一个整体。

同样的道理，当集热器设计成人字型或拱型时，在其上端会遇到两个方向的集热管朝一个端口，此时，就要将管头设计成卡合式二堵四通式或能互相卡合的二个半圆型卡合式一堵三通管头，具体设计方案不再赘述。

有了管体，管头再配以吸光片就是一根完整的卡合式真空集热管，其既能独立运作，更能组合运作。抽成真空的橄榄型材扩大了受热面，在真空状态下最大限度地利用了日照。从结构造型上也是为建筑业提供了一种较理想的基材结构，抽成真空实际上是设置了预应力，就可以用较薄的材料得到较高的强度，加上两边带凹槽的卡合结构对整体拼装和固定带来的快捷与方便更增加了适用性。将弧型壁302换成一直线壁就成了纯建材结构，抽成真空后就是搭建保温大棚理想材料，配以各种颜色就成了能隔音隔热的墙体和顶面材料，更扩大了应用范围。如果将吸光片306换成通电后可变色的材料，所组合的大棚就是既能调光调温的暖房又是吸收太阳能的集热器。另外在管体上按装独立的抽气孔这不仅使按装固定便捷，而且对以后的检查，维修带来方便。

错位夹是卡合式真空集热管组合集热器的重要配件，是集热器的专用紧固体，对集热管起着按装固定作用。

卡合式真空集热管组合而成的集热器总要固定在一个地方，即使是呈人字型或拱型，为了阻挡风雨侵袭保持外型不变也要有若干固定点或拉或撑以保持原型，错位夹就是和定些固定物之间的过渡型配件。

为了能牢固地夹紧带凹槽的卡合结构，错位夹是一对带钩状的片体外侧错位地固定一对垂直于钩的圆柱体，并使其固定于拐角状条形板体一端的两个圆孔内使其松配合，两孔的距离为一对钩头能夹进卡合结构的凹槽为准，拐角板体的角度为120°-155°。

下面结合图5对错位夹的工作原理和效果作详细说明：

卡合式真空集热管管体两侧带凹槽的卡合结构307、308在其两根管体卡合后其截面就成了对称的“工”型，一对截面为“「”型钩状片体501错位地垂直固定两圆柱体503、504，并使圆柱体503、504的另一端固定于拐角条形板体505、506的505一端两个圆孔503、504内并保持松配合，两孔的距离为钩状片体501的钩头502能夹进集热管体的卡合结构307、308为准，在这样的状态中，只要板动拐角条形板506一端(虚线部分)就可以将钩头502分别卡入凹槽307、308从而把卡合结构夹紧。拐角条形板506端根据固定物的需要可设计成各种型态。如果要将错位夹作为悬空固定点时，只要将拐角条形板506端设计成和钩状片体平行的平面，并在其三个平面上设置一个同心圆孔507即成(图5下部)。

卡合式真空保温管是本发明实施例的重要配件，也是本实施例热能流通、输送过程中的保温器材，尤其是卡合式一堵三通管头或二堵四通管头组合后的保温器材。

卡合式真空保温管是新型的保温器件，它是一种挤塑型材，外型的截面为大于半圆的双层弧，顶端用小弧连接起来的中空状，两端封堵后抽成真空，必要时在大弧的延长线设一卡合结构。

下面结合图6对卡合式真空保温管作详细说明：

卡合式一堵三通管头的截面所需保温的面积为大于半圆型4，卡合式真空保温管的截面是由601至602的内弧和603至604的外弧加上601至603、602至604两条小弧组成的中空状，由于601至602的内壁长度小于603至604外壁长度，当中间气室605被抽成真空时，大气的压力使内壁的扩张力小于外壁的收缩力，而连接两端的小弧对整体的变形不产生影响，最终整体还是向内收缩，但由于被保温体——卡合式一堵三通管头4的阻挡，卡合式真空保温管只好紧紧包围着它，从而达到保温的目的。当被保温体是整圆时可在603、604的延长线位置设一卡合结构606以增强保温效果(虚线部分)。

至此卡合式真空集热管组合集热器涉及到的新型部件已全部详细说明，现在将这些部件组合成一个面积较大的人字型集热器。为了集热器采光的均衡性和结构的稳固性，一般不宜采用高度大于1/2宽度的拱状造型，在人字型造型中顶端夹角不宜小于90°。

下面结合图2对卡合式真空集热管组合集热器作详细说明：

图2是卡合式真空集热管组合集热器人字状外型，是由卡合式真空集热管体3，内设吸光片306和卡合式一堵三通管头装配而成的卡合式真空集热管依次卡合并用错位夹5固定于人字型框架上最后卡上真空保温管6而成，加长集热管3利用自然弯曲度就成了拱型。组装前首先要确定集热器2上端采用一通道还是二通道，采用一通道上端就是二堵四通管头，此组装复杂一些，须在现场将管体3管头4实施装配，采用二通道集热管3可预先装配，现场组合。现场组合方便与否与集热管的长度是否精确一致有关，只要用长度相等的两根管体对其均匀加压利用塑料的固有弹性就能使管体3卡合在一起、管头4也整齐如一体，卡合式真空保温管3也能顺利到位，使之成为不透风漏雨的整体。

为了防止风雨侵袭时外力的影响，组合成的集热器2总要固定在一个物体上或对自身进行加固使其不变型而承受外力，错位夹5作为过渡性紧固件将集热管3和固定物结合在一起，平面型和人字型有支撑体，在组合集热管3的同时将错位夹5的钩头502夹住卡合体3凹槽307、308，将拐角板体的另一端506扳紧固定于支撑体上。拱型集热器由于造型本身能抵御一定的外力，对其加固就是要保证外型不变，按三角拉力固定原理用错位夹5夹紧卡合体凹槽307、308设置若干固定点，将绳索穿入错位夹5三平面的同心圆孔507拉紧就可以保持整体的稳定性。

整体组合后卡合式一堵三通管头4不具保温功能。将卡合式真空保温管6张开卡住管头4，两端封堵后抽成真空就有了保温效果，整个集热器就组合完成了。

集热管体是挤塑型材，长度可以任意控制，采用了卡合结构，所用的数量可以随意掌握，所以集热器的面积大小相差可以很大，大的可以是一幢房的屋顶，一处拱型建筑，小的也可以是一个家庭的遮阳棚或一处阳台的围栏。大小集热器结构没什么变化，要变的就是一堵三通管头的管道，面积大、热量多、流量大，管道就应该加粗。大的热量多，储存有价值，小的热量少，储存经济上划不来，因此，小的集热器一般只作储备热水，取暖干燥，煮饭热菜的功能。集热管的长度也不是无限制的，在太阳照射下当下端进口进入的常温空气，上端口温度超过了集热器制造材料的最高承受温度，这时集热管的长度就超过了极限。

集热器组合好以后如果不给配备负载(即循环系统不串连任何散热装置)将集热器上通口11和下通口12用保温管联接起来留一个气压调节口15，形成一个内外气压相同的内环型管路，这时集热器2在太阳的照射下吸光片306将光转变成热而使集热管3中的空气变热，在热空气向上的顶升下直达集热器上端，而下部的热空气继续受热不断向上顶升，到达上端的热空气无其它出路只好向上通口11方向流动，若干根集热管向上的热空气在这里就形成了一股热气流，热空气上升的同时，必然有冷空气来补充，在这个环型管路中冷空气的来源只能是来自下通口12的管道，热空气向上有顶升力，冷空气补充又有吸引力，在上通口和下通口这一段垂直管道里虽然热空气应该向上，但管道截面积和集热管相加的总的截面积相差太大，在这两股力的作用下只能是身不由已只好向下流动，状态如烧开水时给锅的一边加热，开水向另一边翻滚一样。只要集热器内和管道内存在温差，空气就必然要流动，而太阳只要照到集热器上就必然会存在温差，也就必然会使空气循环不息。

集热器上通口空气出来的温度是从下通口进入集热器空气的温度和集热器收集到温度的相加然后从上通口排出，这个温度如果不被利用就会继续进入下通口继续加上集热器收集的温度，周而复始集热器内的气温就越来越高，高到超过制作集热器塑料的最高承受温度而损坏集热器，这个过程也就是在上述的空气在不断循环之中逐步形成的，因此，要想集热器安全运作就必须配备合适的热能利用装置。

热交换动力器及使用方法是本发明实施例对太阳能利用，储存的主要设施和手段，是承载热能的媒体进行热交换的同时利用其动能的器械，在尽量减小热损耗的前提下对热能储存和再利用的一种装置，其使用方法是保证该装置有效运行的手段。

热交换动力器是在有保温层和上下通口的热固型塑料或耐温玻璃钢制作的较高直立式耐压管状封闭容器内设置一组有上下通口在外的耐压直通式散热器，其使用方法是进行热交换时须从上而下进行。

下面结合图1对本装置的结构和工作原理作详细说明：

一个有保温层的较高管状耐压耐温的玻璃钢封闭容器701有上下两通口702、703，内置耐压直通散热器704，散热器上下通口705、706穿过容器701上下端显露在外。运作时载热媒体和受热媒体视情况利用各自的通道，两个通道可以互换使用，方法是载热体须从上通口702或705进入。

现将载热媒体从上通口705进入散热器704，在进入散热器704之前载热媒体保持着热载的最高值，一旦进入上口705就立即进入散热状态，由于载热体本身不会产生热量，散一点就少一点，少一点本身的温度就低一点，低一点温度的媒体本身就有向下沉降的力使媒体向下流动，这样一边下降一边散热，直至和隔着一层导热体(散热器壁)的受热媒体温度保持平衡后从下通口排出的同时起着吸力的作用。受热体却正好相反，处于容器701之中受热体在容器的上端是最先受到最高值的热量，因此上部的受热媒体的温度也最高，就可以在最短时间内获得动能，此时的功率虽然不高但可预热管道和运作部件。随着时间的增长载热体不断地输送热给受热体，受热体不断地自上而下地积累热量在要达到受热体本身热容的临界值时，就会产生一股向上的顶升力，这时如果在容器的上端有空间就会改变自己的形态将多余的热量挥发出去(即液体沸腾化成蒸气而产生动力)如果容器的上端设有空间，受热体就会寻找出路逃离现场(即烧开液体的溢出现象)也就是产生了顶升动力。由于本装置较高，当上面产生动力时下面受热体的温度还达不到上部的温度，越往下越低，反过来又对散热体有利，可以最大限度地将热量散发出去。

本装置在实施例中有三个阶段要使用：1、热气流与水进行热交换产生蒸气作功发电；2、蒸气与另一组媒体水进行热交换使之产生顶升力将凉水加热后储存起来；3、再利用时将热水和低沸点液体进行热交换使液体气化作功发电。由于参加热交换的媒体不同，所处状态不一样，要求产生动能的表现形式不一样，在使用方法上略有差别，但有一个共同点是进行热交换须从上而下进行。

本装置可串连使用，如果第一台热交换动力器排出的蒸气经作功发电后其温度足以使水沸腾产生蒸气作功，就可以串连第二台……直至产生的蒸气刚好使水的温度产生顶升力将凉水变热而移动位置。

负压式储能和再利用装置是将暂时用不了的能源(主要是热能，包括使人体感觉冷的负热能)储存起来，在运作时花较少的外力将其储入或提取的一种装置。

负压式储存和再利用装置具有技术简单，投资小、实用性强的特点，是利用大地为热能的载体，以水为媒体进行热能的输送，储存和再利用的一种设施。

其设施是在间隔一定的距离上(根据所储能量的多少，时间长短而定)设置至少两口以上的水井，并架设储存和利用装置使井水能相互置换。

下面结合图1对负压式储存和利用装置的运行状态作详细说明：

从普遍定义上讲，人们立足的大地在一定范围之内地表下的土层温度都保持稳定状态，利用这种状态在间隔一定距离(根据所储能量的多少时间长短而定)设置三口水井01、02、03，设定01为低温井，专贮10℃-15℃以下的水(如冬天的雨雪水和该季节被利用后的循环水)02为常温井，专贮10℃-15℃以上的水(如春、夏、秋三季的雨水和该季节被利用后的循环水)03为高温井，专贮被热交换动力器加热后的水。将热交换动力器8的上通口802用保温管和高温井连接起来使水管下端靠近井底，下通口803用保温管和常温井连接起来使水管下端靠近井底，再将热交换动力器9的上通口905用保温管接连提升泵31然后接连到热水井管道上，下通口906用管道接到常温井02并和低温井01相连。在这样的装置中使热交换动力器8和9的管道内都充满水以保持负压，利用负压比将水抽出从井口放回所需的动力要小，有井口至井水平面的物体自由降落力抵冲了把相同物体引上的提升力，这时需要的动力仅是物体水平移动的能量，只要热交换动力器8不停止热交换，不需外力就能将温水加热后送到热水井03储存起来，再利用时也只要花较少的外力就能便热交换动力器9工作或将热水进行供热。

储存的热水需再利用，开始时要间隔一段时间，高温井03本身要预热，当热水进入井内后和原来的常温井水中和后温度不会高，只有等源源不断的热水进入使井水面提高后向四面渗透，渗透的同时把热量留给井壁和四周的岩土，使井水变冷后继续向外渗透经过一段时间，井壁和岩土有了一定的热量，即使周围的冷水渗透到井内也会变成热水，到时注入的热水再利用就不成问题了。

以上是本发明涉及到的新型装置，部件和使用方法，下面结合图1示意图将整个发明的运作情况作综合说明：

卡合式真空集热管组合集热器2是本发明实施例的首要装置，承担着对太阳能的采收、富集、保温、输出的功能，是将太阳能转变成热气流的关键设施，是由卡合式真空集热管管体3，吸光片308，卡合式一堵三通管头4、错位夹5，卡合式真空保温管6等主要部件组成，本实施例采用的是面积较大的拱型组合集热器。

由于集热器2采集的能量不能人为控制，利用装置的失灵和操作行为的失误有可能造成集热器内的温度散发不出去而损坏集热器，为保证集热器的安全运作，设置安全报警系统，它由调节进气口15和高温出气口20组成，调节进气口在正常运作时担负整个系统气压的调节功能使热胀冷缩的气体从此出入，一旦集热器内的温度超过警戒线，测温仪自动打开出气口20排出高温气体而进气口15则进入经过滤清器过滤的冷空气以降低集热器内的温度。

严寒季节，虽然集热器是真空保温的，但面积大了难免要损失热量，为防止各利用装置的热量倒流设单向阀21以阻止热能的回流。

当太阳照射到卡合式真空集热管组合集热器2的时候，吸光片306将光能转换成热能使集热管3内的的空气变热，热空气上升直达集热管顶端，在下部热空气顶升力推动下到达上部的热空气只好作横向运动流向上通口11形成热气流。而热空气上升后的位置则有下通口12进来的凉空气补充。空气的热容量小，流动性强，集热管单位面积的升温虽然有限，但空气稍受热就要流动，一根集热管的气流有限，若干根有一定长度的集热管汇集的流量就可观，利用这个流量作功发电，在上通口11和下通口12处设置风轮机13、14，只要保温措施得当，热量损失不大，但却得到了电能。即使太阳的能量较弱使空气的流量和速度变弱不能使风轮机正常工作，也不会阻塞妨碍气体流通。

作过功的热气流分别由阀门16、17、18、19控制流向，阀门16控制取暖干燥器22，这种装置的作用是冬日室内取暖，衣物和潮湿空间(如地下室)的干燥之用，是利用热空气直接的释放来达到目的，冷空气则由进气调节口15进入。阀门17控制加热保温炉23，这种装置是利用热气流的流动所带的热能设计的一种半封闭的供热设备，而传热设施则可利用传统的吸热器(如锅、壶等)，将需要的物品加热、烧开。阀门18控制热水储备箱24，其装置是利用散热器25将保温箱中的水加热储备以便需要时利用。

阀门19控制热交换动力器7，当热气流通过阀门19从上通口705进入热交换动力器7内的散热器704和容器701中的水进行自上而下热交换，交换后较凉的空气顺着散热器向下通过下通口706排出使风轮机14作功发电，然后回到集热器下通口12，形成一个凉空气——热空气——凉空气的循环。

这种循环的流量和流速是根据集热器采集太阳能的能量多少而定，能量大，气流的量也大流速也快，反之，气流的量小，流速也慢。热交换动力器所能得到的能量也随之起伏。而太阳的能量是一个不确定因素，一年四季能量的温差很大，就是一天之中也是从零至这个季节的最高值，而集热器的集热面是不可能随太阳能的大小来调节吸热面的少与多，能调节的就是利用设施的功率大小，而作为单体的利用设施——热交换动力器虽然有一定的调节范围，如热量不太足时只能使容器内上部产生动能，随着热量的加大可以使一半或全部容器内都产生动能，但毕竟有个度。要想适应夏日中午太阳能量的供给，平常时间就起动不了，要想冬季太阳能量也能利用，到了夏季肯定适应不了，为了两者兼顾，就须并连若干台较小功率的热交换动力器，使集热器在吸集能量较少的情况下有一台设施运作，稍多的时候有2台工作，再多的时候3台……直至满足集热器收集到最高热量时保证能量的热交换完成，根据这个道理在热交换动力器7的上通口705处并列若干台动力器7-1，7-2……这种设置的起动信号控制在集热器上通口11的温控逐点接通器10上，其作用是当集热器上通口11所排出的热气流温度临近警界线温度时就触发接通一个接触点使热气流进入热交换动力器7-1，起动后又达到此温度时就接通下一个接触点使动力器7-2起动……依次类推，使集热器收集的能量得到充分的挥发。反之设定一个下限温度，低于这个温度就使热交换动力器一台台关闭。

如果集热器确实很大，大到收集热能的温度本身已经达到水的沸点。这时就无须再将热交换动力器7下通口排出的气体回到集热器下通口12，直接从调节进气口15进入常温空气。循环的作用是为了利用热交换动力器的余温，以提高集热器2上通口11的气流温度，集热器本身已达到了用常温空气能使水沸腾的能量，再利用余温反而不能使其正常运转而损坏集热器，这时关闭阀门41使带有余温的气流从出口42排出。

同时也不能指望太阳一照到集热器上时热交换动力器就能运作，这有个准备和预热过程，环境的温度愈低，这个过程就愈长，热交换动力器的功率愈小这个过程就会愈短，但动力器的功率太小经济上不划算，这要兼顾集热器面积的大小统筹按排设计。

当热气流在集热器2和热交换动力器7之间进行着热与凉的循环时，热交换动力器的责能是作功发电，热交换动力器7的上部须留有空间，为掌握空间的大小设水位观察器707。在上部有一定空间的容器701中的水通过热交换沸腾产生蒸气。蒸气从显露在水面之上的散热器704处继续获取热量后从容器701的上通口702冲出，驱动汽轮机26作功发电，作功后的无压蒸气顺着保温管通过上口805进入热交换动力器8的散热器804进行自上而下的热交换。通过热交换蒸气凝结成水顺着管壁下淌的同时继续散发热量，最后变成温度较低的水经下通口806进入保温贮水池27，当热交换动力器7内的水位减少到一定高度时由单向压力泵28将水泵入下通口703内形成一个媒体水的循环。

当媒体水在作水——蒸气——水的循环中将热量自上而下地交换给了热交换动力器8中的井水，热交换动力器8在这一阶段的任务是将较凉的井水在获取热量后成为热水输送到另一井中储存起来，其容器801的下通口803和设置于水井02中的保温管连接起来，上通口802和设置于水井03中的保温连接起来，用抽或者两个下端堵严后灌的方法使这一装置中存满水保持负压，为了防止热水井03的热水倒灌，在下通口803的出处按装单向阀29，又为了温水井02高水位时自然流进热水井03，设置调压阀30。

在上述系统中，当蒸气在散热器804不断自上而下地散发热量。而置于容器801的负压水不断地接受热量，当热量聚集至快使水沸腾时就产生了顶升力从上口802溢出流入热水井03储存起来，而它的空缺位置则由温水井02的温水通过单向阀29进来补充，一旦热量不够，达不到温度水就停止了流动，储存也就停止。所有发电装置的电一时用不了，用发热元件按此方法将水加热储存起来，便于需要时利用。

储存在热水井03的热能再利用时，如果需要其作为动能。就设置负压式热交换动力器9，这一阶段的责任是产生汽体作功发电，同样应在容器901上部留有空间，故设液面观察器907掌握液体平面，将热水井03的热水用单向泵31从进口905泵入散热器904和置于容器901内的低沸点液体(其特征沸点低于水，常温下还原成液体)进行自上而下的热交换，热交换后的温水则从下通口906的保温管进入温水井02，寒冷季节则关闭阀门36、37，打开阀门38使水通过散热器39进入冷水井01储存起来，完成冷井水——热井水——冷井水的循环。为了防止热水井水位高时热水自动流向温水井，设阀门40控制。

而经过热交换的低沸点液体因受热沸腾产生的汽体冲出上通口902驱动汽轮机32作功发电后进入散热器33散热还原成液体进入保温贮水池35，当热交换动力器内的液面低于要求时将液体经单向泵34经下口903泵入容器901完成液体——气体——液体的循环。如果有几种高低不同沸点的低沸点液体可以将其分别置于几台热交换动力器按沸点高低串连起来，使第一台的作过功的气体进入第二台的散热器，依次类推，提高热能的利用率。

再利用阶段不受时空限制，热交换动力器产生的蒸气由热水的供应量控制，与之配套的汽轮机，作功发电的功率则由蒸气量决定，因此就可以做到按照需要设计热交换动力器、汽轮机、发电机的功率。显得更为方便实用。

有了低温水井和热水井要进行供冷或供暖已是现有技术，不再重复说明，但在两口以上的水井之间利用负压置换井水而节省能源是显而易见的道理。

纵观以上太阳能利用、储存、再利用所涉及装置的运行，其实是空气的流动传热作功；液体在环路流动中传热作功；热能递减，分级利用的结果。

空气的流动传热作功是用和大气压力相同的空气为媒体，使其载热后在保温管路内流动，在起到传热的过程中利用流速量作功。

表现为卡合式真空集热管组合集热器产生的热气流在使取暖干燥器、加热保温炉、热水储备箱、热交换动力器运作的时候使风轮机作功。

液体在环路流动中传热作功是液体在前列装置受热经过形态的变化或冷热的交替作功至后列装置散热的同时通过环形管路回到前列装置。

表现为媒体水的环路、井水的环路、低沸点液体的环路，在这些和热交换动力器连接的环路中，液体通过形态的变化或冷热的交替使汽轮机、储能装置、供暖供冷设施作功，使整个装置在有太阳时能获取能量，没有太阳时能利用能量，而对环境没有丝毫影响。

热能递减，分级利用是将温度较高的气体或液体通过热交换动力器使液体沸腾并以接近于原气体或液体的温度使其作功后又使下一台热交换动力器的液体受热后作功……依次循进，在逐渐消耗热能的同时分级获得动能。

表现为将温度较高的热气流通过热交换动力器使水的温度接近于热气流的温度而产生蒸气作功发电。而蒸气又使水接近沸腾产生顶升力而使自身流动，在这里，热气流的温度比蒸气高，蒸气的温度又比热水高，到后来热水的温度又比低沸点液体产生的蒸气高，也就是有较高温度的气体或液体在热散发成常温的时候可以通过热交换动力器多次利用其动能。

Claims (12)

1、一种太阳能多形式利用、储存、再利用的方法，其特征是：利用被太阳晒热的空气所产生的顶升力使热空气在保温管路中流动和作动，并使连接管路中的各种换热装置运作，其中液体通过环形管路使其经过形态变化和冷热交替及热能递减、分级利用的方法来利用、储存、再利用太阳能。

2、根据权利要求1所述太阳能利用的方法，其特征是热空气流动传热作功，是以大气压力相同的空气为媒体，使其载热后在保温管路内流动，在起到传热的过程中利用流速量作动。

3、根据权利要求1所述太阳能利用的方法，其特征是液体在环形管路流动传热作功，是使液体在前列装置中受热后经过形态的变化或冷热交替作功至后列装置散热的同时通过环形管路回到前列装置。

4、根据权利要求1所述太阳能利用的方法，其特征是热能递减、分级利用，是将温度较高的气体或液体通过热交换动力器使液体沸腾并以接近于原气体或液体的温度使其作功后又使下一台热交换器的液体受热作功……依次循进，在逐渐消耗热能的同时分级获得动能。

5、太阳能多形式利用、储存、再利用的装置，其特征是：由内置吸光片的卡合式真空集热管竖向卡合并列、卡合式一堵三通管头对集热管两端真空室封堵及对管体横向连通、错位夹对管体卡合槽夹紧固定、卡合式真空保温管对管头保温的集热器采集的太阳能使处于集热器中的空气升温而产生顶升力，顶升力使热空气聚集到上通口形成热气流，热气流进入风轮机作功发电后，进入装有四只阀门的管道，四只阀门分别控制着取暖干燥器、加热保温炉、热水储备箱和热交换动力器进行热散发，其中通过自上而下的热散发使热交换动力器的水沸腾产生蒸气使汽轮机作功发电后进入第二台负压式热交换动力器进行再交换，经过再交换使第二台热交换动力器中的凉井水变热产生顶升力而到热水井中储存以便再用，再利用时将热井水泵入第三台负压式热交换动力器和低沸点液体进行热交换使其产生蒸气作功发电，而散发完热能的井水又回到凉水井中，从而使装置具备干燥衣物和空间、煮饭热菜烧开水，储备热水，作功发电，储存热能，供暖供冷等功能，并能使太阳能在一次利用后储存起来以备没有太阳时再次利用，以上设施与功能可以全部具备，也可以根据需要具备一项或几项。

6、根据权利要求5所述太阳能利用的装置，其特征是以空气为热能媒体的集热器，是由若干根透明材料制成的圆形、椭圆形或橄榄形双层真空管内设有吸热面的集热管上下两端连接在横向主管而成。

7、根据权利要求5所述太阳能利用的装置，其特征是集热器的主件卡合式真空集热管，结构是热固型透明塑料挤塑件，其外型截面为中间大两头小的双层橄榄型，在尖端处设一组带凹槽的卡合结构。

8、根据权利要求5所述太阳能利用的装置，其特征是集热器的配件卡合式一堵三通管头，结构是热固型塑料的注塑件，其外型竖向是和横向相通并能和卡合式真空集热管管体的真空室匹配的橄榄型管体，横向是相通的两边能相互吻合呈阶梯状或坡状的带卡合结构的管形体。

9、根据权利要求5所述太阳能利用的装置，其特征是集热器的固定件错位夹，结构是一对带钩状的片体外侧错位地固定一对垂直于钩的圆柱体，并使其固定于拐角状条形板体一端的两个圆孔内使其松配合，两孔的距离为一对钩头能夹进卡合结构的凹槽为准，拐角板体的角度为120°-155°。

10、根据权利要求5所述太阳能利用的装置，其特征是集热器的保温件卡合式真空保温管，结构是一种挤塑型材，其外型的截面为大于半圆的双层孤顶端用小孤连接起来的中空状，两端封堵后抽成真空。

11、根据权利要求5所述太阳能利用装置，其特征是该装置的换热器——热交换动力器，是在保温耐压的直立容器上端设出口，下端设进口，内置上端设进口，下端设出口由若干小口径通管并列连接上下主通管的散热器。

12、根据权利要求1所述太阳能储存的方法，其特征是根据所储热能量的多少、时间专短在一定的距离设置至少两口以上水井并架设负压式储存和利用设施使井水相互置换。

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