CN116123736A - 分级聚光太阳能热虹吸供暖系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及供暖系统技术领域,具体涉及一种分级聚光太阳能热虹吸供暖系统,包括集热管、槽式聚光装置、绝热管和冷凝管。集热管适于安装在建筑外侧,集热管内填充有液体工质;槽式聚光装置罩设在集热管的外侧且适于将太阳光汇集至集热管;绝热管适于贯穿建筑墙壁且位于集热管的上方,绝热管的一端与集热管连通;冷凝管适于安装在建筑墙壁内侧且位于绝热管的上方,且冷凝管与绝热管的另一端连通。本发明提供的供暖系统,通过槽式聚光装置得到的高品位热能驱动重力式热管,利用热管的单向导热特性,能够避免热量的散失,同时利用热管的高热导率,能够充分将太阳能转化为热能提供给室内供暖,如此实现了减少热散失和提高太阳能热利用的兼顾。
Description
技术领域
本发明涉及供暖系统技术领域,尤其涉及一种分级聚光太阳能热虹吸供暖系统。
背景技术
现有建筑围护结构为减少在供暖期的热量散失,通常的做法是提高热阻。但热阻的提高,同时也阻碍了对太阳能的热利用。
为了更合理充分利用太阳能,亟需一种在不增大围护结构热损失的情况下能够尽量利用太阳能的技术。
发明内容
为克服现有建筑围护结构减少热散失和提高太阳能热利用不可兼顾的技术缺陷,本发明提供了一种分级聚光太阳能热虹吸供暖系统。
本发明提供的分级聚光太阳能热虹吸供暖系统,包括:
集热管,适于安装在建筑外侧,所述集热管内填充有液体工质;
槽式聚光装置,罩设在所述集热管的外侧且适于将太阳光汇集至所述集热管;
绝热管,适于贯穿建筑墙壁且位于所述集热管的上方,所述绝热管的一端与所述集热管连通;
冷凝管,适于安装在建筑墙壁内侧且位于所述绝热管的上方,且所述冷凝管与所述绝热管的另一端连通。
可选的,所述冷凝管为毛细管网,所述绝热管包括:
连接管段,适于安装在建筑墙壁内侧且水平布置,所述连接管段与所述毛细管网连通;
两个水平穿墙管段,适于贯穿建筑墙壁,两个水平穿墙管段分别与所述连接管段的两端连通;
两个倾斜管段,适于安装在建筑外侧,两个倾斜管段较高的一端分别与两个水平穿墙管段连通、较低的一端分别与所述集热管的两端连通。
可选的,所述毛细管网上铺设有蓄热砂浆层。
可选的,所述蓄热砂浆层内掺有相变材料颗粒。
可选的,所述集热管、槽式聚光装置、绝热管和冷凝管构成一套供暖组件,所述供暖组件设有至少一套。
可选的,还包括:
两个支柱,分别位于所述集热管的两侧,所述支柱上对应所述集热管设有水平布置的转轴,所述转轴与集热管转动连接,所述槽式聚光装置固定在所述转轴上。
可选的,还包括:
透镜盖板,适于转动安装在所述建筑墙壁外侧顶部且适于将太阳光折射至所述槽式聚光装置内。
可选的,所述转轴连接有适于驱动其旋转的第一旋转驱动机构,所述透镜盖板连接有适于驱动其旋转的第二旋转驱动机构,分级聚光太阳能热虹吸供暖系统还包括:
光感传感器;
控制器,与所述光感传感器、第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构皆通讯连接,所述控制器适于接收光感传感器采集的光强信号控制所述第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构转动。
可选的,所述集热管与绝热管之间设有阀门。
本发明提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点:
本发明的分级聚光太阳能热虹吸供暖系统,设有集热管、槽式聚光装置、绝热管和冷凝管,槽式聚光装置能够将太阳光集中到集热管上,对集热管内的液体工质进行升温,液体工质受热变成蒸汽,蒸汽上升穿过绝热管到达冷凝管并在冷凝管内向室内放热起到供暖的作用,放热完成后蒸汽凝结成工质液滴并在重力的作用下回流至集热管,如此循环。本系统利用热管的单向导热特性,能够避免热量的散失,同时利用热管的高热导率,能够充分将太阳能转化为热能提供给室内供暖,如此实现了减少热散失和提高太阳能热利用的兼顾。另外,本系统利用槽式聚光装置提高热源品位,从而提高热管两端温度差,进而实现将太阳能高效传导入室内。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述分级聚光太阳能热虹吸供暖系统的结构示意图;
图2为本发明实施例所述分级聚光太阳能热虹吸供暖系统的装配轴测图一;
图3为本发明实施例所述分级聚光太阳能热虹吸供暖系统的装配轴测图二;
图4为本发明实施例所述分级聚光太阳能热虹吸供暖系统的装配侧视图;
图5为本发明实施例所述毛细管网的结构示意图。
其中:
1、集热管;2、槽式聚光装置;3、绝热管;31、连接管段;32、水平穿墙管段;33、倾斜管段;4、冷凝管;41、毛细管网;5、蓄热砂浆层;6、支柱;61、转轴;7、透镜盖板;8、控制器。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施;显然,说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。
在一个实施例中,参照图1至图5,分级聚光太阳能热虹吸供暖系统包括集热管1、槽式聚光装置2、绝热管3和冷凝管4。集热管1适于安装在建筑外侧,集热管1内填充有液体工质;槽式聚光装置2罩设在集热管1的外侧且适于将太阳光汇集至集热管1;绝热管3适于贯穿建筑墙壁且位于集热管1的上方,绝热管3的一端与集热管1连通;冷凝管4适于安装在建筑墙壁内侧且位于绝热管3的上方,且冷凝管4与绝热管3的另一端连通。
具体的,集热管1由透明玻璃外罩和深色金属管组成。设计为深色利于吸热;透明玻璃外罩不会阻挡太阳光的照射,并且具有一定防止热量散失的功效。当然,作为可替换的实施方式,集热管1也可采用石墨等其他导热材质制成。进一步的,深色金属管内抽成负压形成真空状态,以产生足够压力蒸汽,同时也能防止过冷结冻损伤设备。
具体的,液体工质采用水或其他能够在适宜温度下发生气液相变的液体皆可。
具体的,槽式聚光装置2整体为抛物面或复合抛物面或其他能够实现聚光的形状;可由曲面、多曲面或菲涅尔形式的反射镜组成。槽式聚光装置2可以通过支架或其他结构进行支撑以罩设在集热管1的外侧。
容易理解的,绝热管3位于集热管1的上方,冷凝管4位于绝热管3的上方,这样的位置关系主要是为了能够利用重力回流。绝热管3,即采用隔热材料制成的管,目的是减少热量的散失。
具体实施时,槽式聚光装置2能够将太阳光集中到集热管1上,对集热管1内的液体工质进行升温,液体工质受热变成蒸汽,蒸汽上升穿过绝热管3到达冷凝管4并在冷凝管4内向室内放热起到供暖的作用,放热完成后蒸汽凝结成工质液滴并在重力的作用下回流至集热管1,如此循环。
本实施例的分级聚光太阳能热虹吸供暖系统,利用热管的单向导热特性,能够避免热量的散失,同时利用热管的高热导率,能够充分将太阳能转化为热能提供给室内供暖,如此实现了减少热散失和提高太阳能热利用的兼顾。另外,本系统利用槽式聚光装置2提高热源品位,从而提高热管两端温度差,进而实现将太阳能高效传导入室内。
一些实施例中,参照图1至图5,冷凝管4为毛细管网41,绝热管3包括连接管段31、两个水平穿墙管段32和两个倾斜管段33。连接管段31适于安装在建筑墙壁内侧且水平布置,连接管段31与毛细管网41连通;两个水平穿墙管段32适于贯穿建筑墙壁,两个水平穿墙管段32分别与连接管段31的两端连通;两个倾斜管段33适于安装在建筑外侧,两个倾斜管段33较高的一端分别与两个水平穿墙管段32连通、较低的一端分别与集热管1的两端连通。
具体实施时,集热管1内的液体工质受热变为较高温的蒸汽,依次经过倾斜管段33和水平穿墙管段32到达连接管段31,最后到达毛细管网41向室内放热。
本实施例的冷凝管4采用毛细管网41能够提高放热效率,通过连接管段31使得毛细管网41各处均能填充蒸汽,进而保证放热效率。
进一步的,毛细管网41上铺设有蓄热砂浆层5。
具体实施时,在白天有日照的情况下,液体工质受热变成蒸汽进入毛细管网41与蓄热砂浆层5换热,使蓄热砂浆层5升温;在黄昏和夜晚,太阳辐射强度降低,温度下降,蓄热砂浆层5向室内释放所储热量,维持室温。蓄热砂浆层5能够将传入室内的热量部分储存,避免冷凝管4温度波动对室内舒适度造成过于不利的影响;同时,蓄热砂浆层5通过吸收冷凝管4的热量,能够控制冷凝管4温度上升幅度,而槽式聚光装置2能有效提高热源品位,两者配合能够提高热管两端的温差,再结合热管的单向导热特性和较高的热导率,能够实现将太阳能高效传导入室内;再者,蓄热砂浆层5通过找平也能够解决室内美观问题。为提高蓄热砂浆层5的蓄热能力,可在蓄热砂浆层5内掺有相变材料颗粒,相变材料颗粒能够在蓄热砂浆层5温度足够高时将热量通过相变定温储存。
一些实施例中,集热管1、槽式聚光装置2、绝热管3和冷凝管4构成一套供暖组件,供暖组件设有至少一套。
具体的,供暖组件设有两套且上下分布。当然,作为可替换的实施方式,供暖组件也可设置有三套或更多套,主要目的是为了提高集热和散热效率。
一些实施例中,参照图1至图4,分级聚光太阳能热虹吸供暖系统还包括两个支柱6,两个支柱6分别位于集热管1的两侧,支柱6上对应集热管1设有水平布置的转轴61,转轴61与集热管1转动连接,槽式聚光装置2固定在转轴61上。
具体的,转轴61的旋转可以通过人力控制或通过机械自动化控制。
具体实施时,通过转动转轴61,可以实现槽式聚光装置2相对集热管1的旋转,从而对于不同角度的太阳光,可将槽式聚光装置2旋转至不同的角度,以提高槽式聚光装置2对太阳光的利用率。另外,在不需要供热的情况下,可将槽式聚光器旋转遮挡住集热管,起到保护作用。
一些实施例中,参照图1至图4,分级聚光太阳能热虹吸供暖系统还包括透镜盖板7,透镜盖板7适于转动安装在建筑墙壁外侧顶部且适于将太阳光折射至槽式聚光装置2内。
需要说明的是,为利用重力回流,作为蒸发段的集热管1需要处于冷凝管4的下方,使得照射在上半部的阳光无法被充分利用。本实施例中的透镜盖板7即是为了解决这个问题:透镜盖板7通过光学折射将上部阳光集中在可利用区域。
需要说明的是,由于折射镜制造成本较反射镜更高,为节约成本,透镜盖板7的加工精度可放宽,只需偏转至槽式聚光装置2的接受区域中,不必追求精确聚集在集热管1上。另外,当供暖组件设有两套或两套以上时,能够缩小需要偏转的受光面积,进一步减少折射镜成本。
具体的,透镜盖板7的转动可以通过人力控制或通过机械自动化控制。
本实施例通过透镜盖板7能够增大聚光面积,提高太阳光的利用率,进而提高集热散热效率;同时,透镜盖板7还可起到遮挡的作用,减少集热管1、槽式聚光装置2的清理频率。另外,在不需供热的情况下,可摘下或偏转透镜盖板7,使其失焦,即可防止过热。
一些实施例中,转轴61连接有适于驱动其旋转的第一旋转驱动机构,透镜盖板7连接有适于驱动其旋转的第二旋转驱动机构,分级聚光太阳能热虹吸供暖系统还包括光感传感器和控制器8,控制器8与光感传感器、第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构皆通讯连接,控制器8适于接收光感传感器采集的光强信号控制第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构转动。
具体的,第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构可以采用电机、旋转气缸或曲柄导杆机构或其他可实现旋转运动的机械。
本实施例通过光感传感器和控制器8的配合,能够根据太阳光的角度适应性的调节槽式聚光装置2和透镜盖板7的角度,从而最大化的利用太阳能。当然,作为可替换的实施方式,也可取消光感传感器,在控制器8内根据经纬度预设以自然年为周期的时变追踪方式,这种方式能大大减少追踪难度,降低投资和运维成本。
一些实施例中,集热管1与绝热管3之间设有阀门。在夏季等不需要供热的情景下关闭阀门阻止液体工质蒸汽流入室内,这时绝热管3中只有空气,热阻较高,不会向室内传递多余热量。另外,还可利用两向阀和三通管配合,利用系统的聚光集热装置生产所需生活热水。
以上所述仅是本发明的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例,而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种分级聚光太阳能热虹吸供暖系统,其特征在于,包括:
集热管(1),适于安装在建筑外侧,所述集热管(1)内填充有液体工质;
槽式聚光装置(2),罩设在所述集热管(1)的外侧且适于将太阳光汇集至所述集热管(1);
绝热管(3),适于贯穿建筑墙壁且位于所述集热管(1)的上方,所述绝热管(3)的一端与所述集热管(1)连通;
冷凝管(4),适于安装在建筑墙壁内侧且位于所述绝热管(3)的上方,且所述冷凝管(4)与所述绝热管(3)的另一端连通。
2.根据权利要求1所述的分级聚光太阳能热虹吸供暖系统,其特征在于,所述冷凝管(4)为毛细管网(41),所述绝热管(3)包括:
连接管段(31),适于安装在建筑墙壁内侧且水平布置,所述连接管段(31)与所述毛细管网(41)连通;
两个水平穿墙管段(32),适于贯穿建筑墙壁,两个水平穿墙管段(32)分别与所述连接管段(31)的两端连通;
两个倾斜管段(33),适于安装在建筑外侧,两个倾斜管段(33)较高的一端分别与两个水平穿墙管段(32)连通、较低的一端分别与所述集热管(1)的两端连通。
3.根据权利要求2所述的分级聚光太阳能热虹吸供暖系统,其特征在于,所述毛细管网(41)上铺设有蓄热砂浆层(5)。
4.根据权利要求3所述的分级聚光太阳能热虹吸供暖系统,其特征在于,所述蓄热砂浆层(5)内掺有相变材料颗粒。
5.根据权利要求1至4任一项所述的分级聚光太阳能热虹吸供暖系统,其特征在于,所述集热管(1)、槽式聚光装置(2)、绝热管(3)和冷凝管(4)构成一套供暖组件,所述供暖组件设有至少一套。
6.根据权利要求5所述的分级聚光太阳能热虹吸供暖系统,其特征在于,还包括:
两个支柱(6),分别位于所述集热管(1)的两侧,所述支柱(6)上对应所述集热管(1)设有水平布置的转轴(61),所述转轴(61)与集热管(1)转动连接,所述槽式聚光装置(2)固定在所述转轴(61)上。
7.根据权利要求6所述的分级聚光太阳能热虹吸供暖系统,其特征在于,还包括:
透镜盖板(7),适于转动安装在所述建筑墙壁外侧顶部且适于将太阳光折射至所述槽式聚光装置(2)内。
8.根据权利要求7所述的分级聚光太阳能热虹吸供暖系统,其特征在于,所述转轴(61)连接有适于驱动其旋转的第一旋转驱动机构,所述透镜盖板(7)连接有适于驱动其旋转的第二旋转驱动机构,分级聚光太阳能热虹吸供暖系统还包括:
光感传感器;
控制器(8),与所述光感传感器、第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构皆通讯连接,所述控制器(8)适于接收光感传感器采集的光强信号控制所述第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构转动。
9.根据权利要求5所述的分级聚光太阳能热虹吸供暖系统,其特征在于,所述集热管(1)与绝热管(3)之间设有阀门。
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