CN203099981U - 动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置，包括：壁挂式室内机和室外集热器，壁挂式室内机包括冷凝器以及设置在冷凝器上方的循环风机、辅助热源和控制器，所述冷凝器包括分离热管的冷凝段。室外集热器包括蒸发器，蒸发器包括吸热板芯和与所述吸热板芯一体形成的分离热管的蒸发段，蒸发器和冷凝器之间通过气导管和液导管相互连接，液导管上连接有液体输送泵。通过上述方式，本实用新型动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置将传统的分离式热管系统进行改进，使其在壁挂式太阳能采暖装置上的应用更加适合，不仅效率很高，而且能够解决普通太阳能采暖装置的缺陷，大大拓宽了太阳能在采暖领域的应用场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能热利用领域，特别是涉及一种动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置。
背景技术
按建筑热工设计分区，我国2/3以上的国土面积属严寒和寒冷地区，为保证生存的基本条件，建筑物必须供暖。随着生活水平和居住环境的改善，夏热冬冷地区对采暖的要求不断提高，城镇绝大部分家庭己安装空调自行解决冬季采暖问题。
2004年我国城镇建筑消耗采暖用能 1.3亿吨标煤每年，相当于当年煤产的10%左右。与单独的太阳能供热水相比，太阳能供热采暖获得的节能量更大。因此，太阳能供热采暖是继太阳能供热水之后，需要在建筑中应用推广的又一项太阳能热利用技术。
我国太阳能资源最为丰富的地区，太阳能资源区划的第1 区和第2 区，都是气候寒冷、常规能源比较缺乏的偏远地区,如西藏、新疆、内蒙等,既有实际的采暖需求、又有充足的资源条件,是应用太阳能供热采暖条件最为优越的地区。
太阳能采暖是一项环保工程，它与普通的采暖方式不同的是热源不同，即普通采暖是燃煤、电、油、气等，而太阳能采暖是利用无污染、可再生的太阳能。太阳能采暖经济效益显著。太阳能采暖一般3-5年即可收回投资成本，而它的使用寿命一般在20年左右，所以它的经济效益也是十分显著的。由于太阳能采暖清洁安全，不会产生传统烧煤采暖炉二氧化碳中毒的危险，也不会发生烫伤等意外。太阳能采暖适用于大型建筑，如住宅、学校、办公室、工厂、养殖温室等，安装太阳能采暖工程，还可以免费获得洗浴热水，是一举多得的节能减排工程。
传统太阳能采暖思路是，采用太阳能集热系统制成采暖用的45～60℃热水，再通过风机盘管、地板采暖以及散热片加热室内空气。这样做有以下缺点：
一、系统效率低：制取热水温度在45～60℃的高温区，尤其在光照强度较低的冬季，集热器效率较低；无相变的对流换热，系统效率低。
二、防冻问题：由于传统系统采用水作为热传输介质，因此当环境温度在0℃以下时，集热板就可能因水结冰而冻坏。防冻是太阳能平板集热板最需要解决的问题，现有技术中解决防冻问题最好的方法是采用防冻液作为加热载体，但防冻液在经过夏天高温的暴晒会产生裂解失效，所以防冻液必须每年（至多2-3年）更换一次才能充分保证系统的正常运行，添加和更换防冻液不仅增加了初投资和运行成本，也大大增加了系统维护的麻烦。
三、重力分离热管技术应用于太阳能采暖装置，冷凝器必须就近安装于蒸发器的上部，这使得分离热管技术的应用受到限制。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置，将传统的分离式热管系统进行改进，使其在壁挂式太阳能采暖装置上的应用更加适合，不仅效率很高，而且能够解决普通太阳能采暖装置的缺陷，大大拓宽了太阳能在采暖领域的应用场合。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置，包括：壁挂式室内机和室外集热器，所述壁挂式室内机包括冷凝器以及设置在冷凝器上方的循环风机、辅助热源和控制器，所述冷凝器包括分离热管的冷凝段，所述室外集热器包括蒸发器，蒸发器包括吸热板芯和与所述吸热板芯一体形成的分离热管的蒸发段，所述蒸发器的气相部分通过气导管连接冷凝器的气相部分，所述蒸发器的液相部分通过液导管连接冷凝器的液相部分，所述液导管上连接有液体输送泵。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述液导管上还连接有贮液器、控制阀和液封装置，所述贮液器连接在壁挂式室内机的下方，所述控制阀设置在液导管的中间，所述液封装置设置在液导管与蒸发器的连接处，所述液体输送泵连接在贮液器的下方。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述蒸发器上蒸汽出口端的气导管上连接有汽液分离器，所述汽液分离器通过回液管连接蒸发器。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述蒸发器包括吸热板芯、边框、背板和透明盖板，所述吸热板芯的上表面设置有透明盖板，吸热板芯的背部设置有背板，所述蒸发器的四周设置有边框。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述吸热板芯包括蒸发换热管和吸热翅片，所述蒸发换热管与吸热翅片连接成一体。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述蒸发器的吸热板芯与背板以及边框之间设置有保温隔热层。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述蒸发换热管的上下两端分别通过集气管和分液管连接。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述液体输送泵为动力驱动式液体输送泵。
本实用新型的有益效果是：本实用新型动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置将传统的分离式热管系统进行改进，使其在壁挂式太阳能采暖装置上的应用更加适合，不仅效率很高，而且解决了普通太阳能采暖装置的缺陷，大大拓宽了太阳能在采暖领域的应用场合。
附图说明
图1是本实用新型动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置一较佳实施例的立体结构示意图；
图2是本实用新型动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置室外集热器的结构示意图；
附图中各部件的标记如下：1、壁挂式室内机，2、循环风机，3、辅助热源，4、冷凝器，5、贮液器，6、液体输送泵，7、控制阀，8、液导管，9、液封装置，10、分液管，11、室外集热器，12、蒸发器，13、吸热板芯，14、蒸发换热管，15、集气管，16、汽液分离器，17、回液管，18、气导管，19、控制器，21、边框，22、吸热翅片，23、保温隔热层，24、背板，25、透明盖板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1至图2，本实用新型实施例包括：
一种动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置，包括：壁挂式室内机1和室外集热器11，本实用新型采用了热管分离技术，能够解决传统的无相变换热的太阳能采暖系统的工作效率低的问题，能够解决环境温度0℃以下集热板的防冻等问题。
将传统的分离式热管系统进行改进，使其在壁挂式太阳能采暖装置上的应用更加适合，不仅效率很高，而且解决了普通太阳能采暖装置的缺陷，大大拓宽了太阳能在采暖领域的应用场合。
具体地，所述室外集热器11包括蒸发器12，所述蒸发器12包括吸热板芯13和与所述吸热板芯13一体形成的分离热管的蒸发段，蒸发器13为管翼式满液蒸发器；所述壁挂式室内机1包括由分离热管的冷凝段制成的管翅式冷凝器。
蒸发器12采用满液式蒸发技术，有效保障了整个蒸发表面温度的均匀和充分的蒸发，极大的提高了蒸发效果，从而使得在根本上提高了分离热管的工作效率。
所述壁挂式室内机1除了管翅式冷凝器以外，在冷凝器4上方还设置有循环风机2、辅助热源3和控制器19，所述蒸发器12和冷凝器4之间通过气导管18和液导管8相互连接，整个系统工质采用制冷剂（R134a、R22等）。
所述液导管8上连接有液体输送泵6，所述液导管8上还连接有贮液器5、控制阀7和液封装置9，所述蒸发器12上蒸汽出口端的气导管18上连接有汽液分离器16。
所述贮液器5连接在壁挂式室内机1的下方，所述控制阀7设置在液导管8的中间，所述液封装置9设置在液导管8与蒸发器12的连接处，所述液体输送泵6连接在贮液器5的下方。
管翼式满液蒸发器的吸热板芯13吸收太阳能转化成热量后，把热量传递给蒸发器12内的制冷剂工质，工质吸热蒸发，由液态变成气态；气态制冷剂工质经气管流到冷凝器4，在冷凝器4内放热冷凝成液态，工质冷凝放出的热量以强制对流的形式传递给流经冷凝器4的室内空气。
液态制冷剂工质再经液管流回蒸发器，进入下一个循环。由于分离热管是利用的相变换热，这就使得其换热效率较非相变换热的太阳能采暖系统有很大程度的提高，分离热管热传输功率是普通热管传输功率的两倍，是对流换热的二十倍，提高了系统效率高；另一方面，高的换热与热传输效率，也使得冬季集热板内的工质蒸发温度低于45℃，从而有效提高了集热板的热效率。综合这两方面可知，分离热管系统的太阳能采暖装置解决了传统太阳能采暖装置的工作效率低的问题。
本实用新型采用了如R134a、R22等制冷剂作为工质，由这些工质的热物性可知（R134a的冰点温度为-40℃，R22的冰点温度为-50℃），本系统能够解决环境温度0℃以下集热板的防冻问题。
本实用新型采用了满液式蒸发技术，使蒸发均匀充分，整个吸热板芯13表面温度均匀，大大降低了表面热迁移损失。满液式蒸发技术相对于较小充注量的热管来说，极大的提高了蒸发器12的蒸发效率，成为分离热管在太阳能采暖装置上得以应用的根本保障。
在液管上设置贮液器5，由于分离热管中冲液量较多，并且太阳能采暖装置的工作温度区域跨度大，贮液器5的设置保证了随着温度升高液体膨胀空间，保证了在系统需要停止运行时，液态工作介质的储存。
具体地，贮液器5一方面保障了在高温区工作下的体积膨胀的空间（由于蒸发器12采用了满液的形式，当工作温度升高时，工作介质比容的增大会导致冷凝器有效冷凝面积的减小，从而恶化冷凝过程，使系统的工作效率大大降底。采用贮液器5就避免了工作介质比容变化的影响，从而保证系统始终处于高效运行状态）；另一方面，贮液器5的设置也保障了系统在主动停止工作时工作介质的贮存。贮液器5设置在液导管8上，也可以与冷凝器4做成一体的形式。
在气导管18上设置有汽液分离器16，实现了对分离热管运行的控制与保护，同时可以根据温度的设定来启闭控制阀7，实现对采暖温度的控制，通过设定最高工作温度来限制系统的最高工作压力，避免气导管18中气液混输，提高换热效率，汽液分离器16也可以与蒸发器12做成一体。
汽液分离器16不是必须配置，当控制好蒸发12器的满液度，使其出口蒸汽具有一定的过热度时，可以省去汽液分离器16。
所述汽液分离器16通过回液管17连接蒸发器12，汽液分离器16分离出的液体经过回液管17流回蒸发器12。
在蒸发器12的液管上设置液封装置9，保证分离热管的工作介质按规定方向流动，避免了常规热管真空运行对系统密闭性的过于严格的要求，使系统加工制作方便易行。
本实用新型采用动力驱动的液体输送设备，解决了常规重力分离式热管必须是冷凝器高于蒸发器12、且连接管路越短越好的限制，由于液体的输送不再受重力作用的限制，从而大大拓宽了分离热管在太阳能采暖装置上的应用。
在冷凝器4内冷凝成液体的工作介质，不是依赖重力作用回到蒸发器12，而是通过外来动力驱动的液体输送设备（如泵），把液态工作介质输送回蒸发器12，由液体输送设备提供液体从冷凝器4流到蒸发器12所需要克服的阻力和静压头。由于采用了动力驱动的液体输送设备，所以蒸发器12与冷凝器4的安装位置不受限制，根本上解决了重力分离式热管系统冷凝器必须就近安装于蒸发器上方的限制。
本实用新型中，动力驱动的液体输送设备是指包括泵在内的各种液体的输送装置。优选地，本实用新型的输送装置为液体输送泵6，且其为动力驱动式液体输送泵。液体输送装置的动力来源可以是工频电力，也可以是直接采用太阳能光伏板转换的电能。当液体输送设备的动力源仍来自太阳能时，这种太阳能采暖装置将更加节能。
动力驱动的液体输送设备的动力源通常为电源，电源可以是工频电源，也可是用光伏板直接将太阳能转化成的电源，或是其它形式的电源。若采用太阳能光伏板转化的电源，则这种太阳能采暖装置将更加节能。另外，动力驱动的液体输送设备的动力源也可以是其它形式，如机械能等。
本实用新型采用正压工作模式的工作介质，如制冷剂R134a、R22等，使采暖装置的分离热管系统在工作温度范围内始终处理正压状态，避免真空系统带来得生产与运行的问题。
本实用新型选用冰点温度低的工作介质，如制冷剂R134a、R22（R134a的冰点温度为-40℃，R22的冰点温度为-50℃）等，这样就彻底解决了环境温度0℃以下集热板的防冻问题。
所述蒸发器12包括吸热板芯13、边框21、背板24和透明盖板25，所述吸热板芯13的上表面设置有透明盖板25，吸热板芯13的背部设置有背板24，所述蒸发器12的四周设置有边框21。
所述吸热翅片22的表面采用磁控溅射氮氧化钛或电镀黑铬太阳能选择性吸收涂层，吸热率达95％±2％，发射率低于8％，性能稳定；所述透明盖板25采用低铁、布纹、钢化玻璃，高透光率和布纹漫反射使得吸热板芯与玻璃内腔之间形成温室效应，钢化使得强度更高，不易损伤。
所述吸热板芯13包括蒸发换热管14和吸热翅片22，所述蒸发换热管14与吸热翅片22连接成一体，它们之间通过焊接或胀接的方式连接，该蒸发换热管14采用铜、合金铝等金属制成，吸热翅片22之间相互连接成一整板。
所述蒸发器12的吸热板芯13与背板24以及边框21之间设置有保温隔热层23，它们采用聚氨酯整体发泡，杜绝了热桥，降低热损，大大提高了集热器集热效率。
所述蒸发换热管14的上下两端分别通过集气管15和分液管10连接，在分液管10上设置有液封装置9，液封装置9的设置保障了工作介质始终按照既定的方向流动。
本实用新型动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置的工作原理是：
阳光通过透明盖板25照射到吸热板芯13上，此时吸热翅片22上太阳能选择性吸收涂层吸收太阳辐射能并转化为热能，完成了太阳能的吸收并转换成了热能，同时将热量传递给蒸发换热管14内部的工作介质，使之由液态吸热变成气态。
气态的工作介质，经过气导管18和汽液分离器16进入到冷凝器4，由气态放热冷凝成液态，工作介质冷凝放出的热量以强制对流的形式传递给流经冷凝器4的室内空气，室内空气在壁挂式室内机1内的循环风机2的作用下，不断通过冷凝器4连续从中吸取热量，从而完成了太阳能对室内的采暖。
液态工作介质在重力作用下进入贮液器5，在动力驱动的液体输送泵6的作用下，经过控制阀7、液导管8、液封装置9和分液管10进入蒸发器12的蒸发换热管14，再次吸收自吸热板芯13转换的太阳能而进入下一个热量传输循环。当太阳能较弱时，用辅助热源3来进行热量的补充，从而保障了采暖的稳定性，在控制器19对循环风机2、辅助热源3和控制阀7的综合控制下，实现了系统的稳定可控和安全。
本实用新型动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置的有益效果是：
一、采用分离热管技术、满液式蒸发技术、太阳能管翼式蒸发器的设计和使用合适的工质，解决无相变换热的太阳能采暖系统的工作效率低的问题，以及解决环境温度0℃以下集热板的防冻等问题；
二、贮液器5、控制阀7、液封9、汽液分离器16等的设置，以及分离热管的正压工作模式，实现了分离热管技术在太阳能采暖应用的可实施性与可操作性，因而解决了普通分离热管技术在太阳能采暖中得不到很好应用的问题；
三、动力驱动的液体输送泵6的使用，摆脱了重力分离热管的必须依赖重力供液的局限，使壁挂式室内机1与室外集热器11的安装地点可以任意选择，大大拓宽了太阳能采暖装置的应用；
四、液体输送泵6的电源来自太阳能，更节能，更合理；
五、动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置由一个室外机和一个室内机组成，中间有液导管8和气导管18连接，装置简单、安装方便，易于实现太阳能与建筑一体化；
六、分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置设置了辅助热源3，优先使用太阳能，实现全天候供暖，冷凝器4和辅助热源3与空气的换热采用强制对流的形式；
七、采用自动控制，操作简单、安全可靠。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置，其特征在于，包括：壁挂式室内机和室外集热器，所述壁挂式室内机包括冷凝器以及设置在冷凝器上方的循环风机、辅助热源和控制器，所述冷凝器包括分离热管的冷凝段，所述室外集热器包括蒸发器，蒸发器包括吸热板芯和与所述吸热板芯一体形成的分离热管的蒸发段，所述蒸发器的气相部分通过气导管连接冷凝器的气相部分，所述蒸发器的液相部分通过液导管连接冷凝器的液相部分，所述液导管上连接有液体输送泵。
2.根据权利要求1所述的动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置，其特征在于，所述液导管上还连接有贮液器、控制阀和液封装置，所述贮液器连接在壁挂式室内机的下方，所述控制阀设置在液导管的中间，所述液封装置设置在液导管与蒸发器的连接处，所述液体输送泵连接在贮液器的下方。
3.根据权利要求1所述的动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置，其特征在于，所述蒸发器上蒸汽出口端的气导管上连接有汽液分离器，所述汽液分离器通过回液管连接蒸发器。
4.根据权利要求1所述的动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置，其特征在于，所述蒸发器包括吸热板芯、边框、背板和透明盖板，所述吸热板芯的上表面设置有透明盖板，吸热板芯的背部设置有背板，所述蒸发器的四周设置有边框。
5.根据权利要求4所述的动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置，其特征在于，所述吸热板芯包括蒸发换热管和吸热翅片，所述蒸发换热管与吸热翅片连接成一体。
6.根据权利要求4所述的动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置，其特征在于，所述蒸发器的吸热板芯与背板以及边框之间设置有保温隔热层。
7.根据权利要求5所述的动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置，其特征在于，所述蒸发换热管的上下两端分别通过集气管和分液管连接。
8.根据权利要求1所述的动力驱动分离热管壁挂式平板太阳能采暖装置，其特征在于，所述液体输送泵为动力驱动式液体输送泵。
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