CN2762022Y - 工质自循环太阳能－热能装置 - Google Patents

Abstract

一工质自循环太阳能—热能装置，它是一种分体式太阳能—热能装置，无需提供额外的循环动力，而利用一新型工质自循环能量转换、传递系统来将太阳能转变为热能，并靠低沸点工质相变将热量传递给远处的蓄热媒质，集热器可置于屋顶坡，还可悬挂在南墙或南阳台外侧，作热水器(水为蓄热媒质)时，贮水箱可安装在北面卫生间或厨房，其位置比集热器稍高即可；作太阳能供暖器时，蓄热媒质可以置于墙内或地板下，其位置比集热器稍高即可；适合广大地区的高层住宅各层用户安装使用。

Description

工质自循环太阳能-热能装置

所属技术领域

本实用新型涉及一种太阳能装置，能将太阳能变为热能，再利用低沸点工质易吸热气化的性质，气化的工质运行到较远处，将热能传递的蓄热媒质，工质放热液化后又吸热气化，如此循环。

背景技术

目前，商品化的太阳能——热能装置，多为太阳能热水器，有整体式太阳能热水器和分式太阳能热水器。集热器与贮水箱组装为一体的称为整体式太阳能热水器，集热器与贮水箱分开安装的称为分体式太阳能热水器。

整体式太阳能热水器，因集热器与贮水箱组装为一体，只能安装在住宅楼顶，集热管采用双层真空玻璃管或热管。集热管用玻璃管时，内部充满水，晚上室外气温低于0℃时，易冻结引起玻璃管破裂；集热管用热管时，集热管为金属材料芯，外面罩透明玻璃管，晚上室外气温低于0℃时，透明玻璃管不至于发生破裂。缺点是：非顶楼住户不便安装，集热管和反射板易积聚灰尘且清理不便，特别是用双层真空玻璃管作集热管时，损坏其中一根，则热水器就无法使用。

分体式太阳能热水器，即集热器与贮水箱可分开安装，第一类是贮水箱安装在集热器附近高处，二者内充满水并由两循环水管连接，工作时水在集热器内吸热升温后沿上循环管上升到贮水箱，贮水箱内温度较低的水沿下循环管进入集热器吸热后又上升，水循环动力为太阳能，集热器的热能靠水升温吸收带走，因而水循环量达，循环阻力也大；第二类分体式太阳能热水器，贮水箱与集热器距离可以很远，集热器的热量也依靠水吸热升温(不是相变)后由电动循环泵带至贮水箱；第三类分体式太阳能热水器，贮水箱与集热器距离可以很远，与第二类分体式太阳能热水器有区别，集热器的热量由第二媒质吸热升温(不是相变)后由电动循环泵带至贮水箱。缺点是：第一类分体式太阳能热水器，晚上室外气温低于0℃时，易冻结引起集热管破裂，贮水箱只能置于距集热器很近的南阳台内或朝南房间内，第二类与第三类分体式太阳能热水器靠媒质升温循环移走热量，媒质循环量大，而且需提供额外的循环动力。

发明内容

本实用新型提供一种工质自循环太阳能——热能装置，它是一种分体式太阳能——热能装置，无需提供额外的循环动力，可以将太阳能转变为热能并传递给远处的蓄热媒质，集热器可置于屋顶坡，还可悬挂在南墙或南阳台外侧，作热水器(水为蓄热媒质)时，贮水箱可安装在北面卫生间或厨房，其位置比集热器稍高即可；作太阳能供暖器时，蓄热媒质可以置于墙内或地板下，其位置比集热器稍高即可，因而适合高层住宅各层用户安装使用。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案：利用一工质自循环太阳能——热能系统，该系统先吸收太阳能并转变为热能，再传递给较远处的蓄热媒质。该能量吸收转换、传递系统原理如图1，由集热器(1)、气管(2)、放热器(3)、液管(4)钎焊连接，和内部的低沸点工质组成一系统，系统工作过程：集热器(1)吸收太阳能变为热能并传给内部的液态工质，液态工质吸热后气化，再沿气管(2)上升至放热器(3)，气态工质在(3)将热量传给蓄热媒质后变成液体，此液态工质在重力作用下沿液管(4)进入集热器(1)，又吸热气化，如此循环不断将太阳能转变为热能并传给远处的蓄热媒质。因靠工质相变吸热和放热，所以小的工质循环量能传递大量的热量。为很好地完成能量吸收转换、传递，集热器(1)由薄壁紫铜管制造，表面涂太阳能吸收层，(3)之液体出口位置比(1)之液体进口位置稍高。

根据该系统的特性，要注意如下几方面：气管(2)通径选较大，中间应避免设置积存液体的弯折结构；放热器(3)的管路中间不允许有可积存液体的弯折结构；液管(4)通径较小，其走向允许有波浪形，但波浪的最高处也要比(3)之液体出口低；若气管(2)中间不得不有可积存液体的弯折结构，应采取补救措施，即在弯折的最低处开一小孔，与一小通径的液体引流管进口连接，液体引流管出口与液管(4)连通，引流管出口位置应比引流管进口位置低，而液体引流管本身允许作波浪形弯曲，但波浪形最高处也要比引流管进口位置低。

为了将穿过集热器(1)缝隙中的阳光反射到集热器(1)，根据需要设置反光板。为减少集热器(1)、气管(2)、液管(4)与周围环境空气对流换热，需采取措施绝热：气管(2)、液管(4)外面包裹绝热即可，如果作太阳能热水器，贮水箱外面同样也需包裹绝热层；而集热器(1)的绝热，根据不同的形式采取不同的措施。

而集热器(1)有三种形式。

第一种形式如图9、10、11，由多根集热管(12)和相同数量的液体分配支管(15)、气体汇集管(14)一根、液体分配管(13)一根按设计要求连接，每根集热管外单独套双层真空透明玻璃管；(12)为带宽翅片的薄壁紫铜管，如图4、图5，表面涂太阳能吸收层；每根(12)之底端(也可在其中部或上部某一位置)与对应一根(15)底端连通，并一起插入双层真空透明玻璃管(17)中，(12)置于朝阳一侧、(15)置于背阴一面；(12)顶端均与(14)连通，(15)顶端均与(13)连通，(14)留有接口与气管(2)连接，(13)留有接口与液管(4)连接；玻璃管背阴侧设置反射板。

第二种形式如图16、17，由紧密排列的(12)多根、(13)一根和(14)一根按设计要求连接，多根集热管朝阳一侧遮挡透明平板玻璃(可双层)，背阴一面粘贴绝热层；(12)为带宽翅片的薄壁紫铜管，朝阳一侧表面涂太阳能吸收层；(12)顶端均与(14)连通，(12)底端均与(13)连通，(14)留有接口与气管(2)连接，(13)留有接口与液管(4)连接；(12)上部或中部与(13)连通也可以，这种情况下，(12)底端均与一根连通管(26)相通，确保每根集热管供液均匀，如图18。

集热管(12)也可由薄壁紫铜管外面套带翅片薄壁铝管构成，胀管后使铜管与铝管接触紧密，如图6、图7，铝管外表面涂太阳能吸收层。

第三种形式新型集热器由两薄紫铜板构成，两薄紫铜板间有多道平行的纵向空腔，上下端各有一道横向空腔，纵向空腔和横向空腔是相通的，上端横向空腔留有接口与气管(2)连接，下端横向空腔留有接口与液管(4)连接，如图19、图20、图21；另外，多道平行的纵向空腔，也可由若干道(比纵向空腔道数少)蛇形空腔替代。

本实用新型与现有技术比较的有益效果：利用工质相变吸热和放热，以最少的工质循环量传递最大量的热能，原理清晰；低沸点工质在地球自然环境温度下不会凝固，故适合广大地区；新型集热器，太阳能转换效率高，技术可行，使用材料易得，加工方便；贮水箱安装在室内，热损失少；集热器与贮水箱分开，可安装在屋顶南坡、南墙或南侧阳台，能与建筑物融为一体，适合高层住宅各层用户，方便维护；本实用新型不消耗外部能源，无运动部件，因而无噪音，无磨损，集热管均为金属材料构成，耐受机械冲击不易损坏，寿命长；即使某一集热管外面的双层真空透明玻璃管损坏，也不影响装置运行，双层真空透明玻璃管可以方便地在使用场合更换。

附图说明

图1为本实用新型能量转换、传递系统原理图。

图2为太阳能热水器或太阳能供暖器管路原理图。

图3为太阳能热水器-供暖器的联合装置管路原理图。

图4为带宽翅片的薄壁紫铜管构成的集热管正面图。

图5为图4横断面图。

图6为薄壁紫铜管外套带翅片薄壁铝管构成的集热管正面图。

图7为图6横断面图。

图8为气体汇集管、液体分配管和连通管结构示意图。

图9为图11之B-B剖视图。

图10为图9之C-C剖视图。

图11为第一种形式集热器顶视图。

图12为图11之A-A剖视图。

图13为集热管下端与液体分配支管连通的示意图。

图14为集热管中部与液体分配支管连通的示意图。

图15为集热管上部与液体分配支管连通的示意图。

图16为集热管与气体汇集管、液体分配管装配图。

图17为第二种形式集热器中液体分配管置于底部的垂直方向剖视图。

图18为第二种形式集热器中液体分配管置于上部的垂直方向剖视图。

图19为图20之D-D剖视图。

图20为两薄紫铜板构成的集热器。

图21为图20之E-E剖视图。

图22为太阳能热水器实施管路图。

图23为太阳能热水器-供暖器的联合装置实施管路图。

图中，1.集热器，2.(热水)气管，3.(热水)放热器，4.(热水)液管，5.(热水)控制(截止)阀，6.(取暖)控制(截止)阀，7.(取暖)气管，8.(取暖)放热器，9.(取暖)液管，10.(热水)截止阀，11.(取暖)截止阀，12.集热管，13.液体分配管，14.气体汇集管，15.液体分配支管16.液体分配支管绝热层，17.双层真空透明玻璃管，18.密封橡胶塞，19.气体汇集管、液体分配管公用绝热层，20.第一种形式集热器支撑安装架，21.玻璃管安装衬套，22.反射板，23.透明平板玻璃，24.集热管保温块，25.第二种形式集热器支撑安装架。单箭头表示工质流向，三平行箭头表示太阳光线。

具体实施方式

实施方式一  太阳能热水器

按图22所示的管路要求实施，在液管(4)和集热器(1)之间设一截止阀(5)，无需系统工作时，关闭(5)时，液态工质聚集在放热器(3)、和液管(4)中，系统停止运行。

以第一种形式集热器为例，按图加工液体分配管(通径较小)、气体汇集管(通径较大)，按图加工好集热管，按图组装焊接好各件，用制冷行业的二通截止阀(5)一件与液体分配管(13)焊接，三通截止阀(10)一件与气体汇集管(14)焊接，并检漏(可充高压气体检漏)后，用真空泵抽真空后往内部灌注制冷行业用工质(灌注质量需计算，以运行时集热管内五分之一～三分之一内腔有液体工质为宜)，再在(15)外裹好绝热层(16)(也允许不包裹绝热层)，接着按要求将集热管(12)等插进双层真空透明玻璃管(17)中，用密封橡胶塞(18)塞好玻璃管敞口，抽出玻璃管与集热管之间的空气(不抽出空气也无多大关系)，再按要求作好集热器组件，可垂直悬挂在阳台上。气管、液管按分体式空调器用连接管要求加工并套好绝热层，扩喇叭口，长度据需要而定。热水箱按常规热水箱制作，放热器与空调热交换器相似的铜管外套铝箔翅片热交换器(铝箔需耐受自来水腐蚀)，或用螺旋铜管盘管热交换器(设有与气管、液管喇叭口连接的接头)，置于贮水箱内，组成一热水箱组件，安装在室内，保证放热器出液口位置比集热器组件进液口稍高即可。用气管、液管将截止阀(5)、截止阀(10)和热水箱组件连接。按分体式空调器安装方法，打开截止阀(5)，用制冷工质驱赶气管、液管、放热器内的空气。按上述方法加工安装的太阳能热水器可多次拆卸，如果一次性现场安装，则气管、液管与集热器组件和热水箱组件用钎焊焊接方式连接，并可省去序号(10)，(5)改为三通截止阀，通过三通截止阀接口现场抽真空和灌注制冷工质。注意事项如前述。

实施方式二  太阳能供暖器；

按实施方式一要求作好集热器组件及气管、液管。放热器可用铜管盘成蛇形盘管状，放热器夹在内墙中间(包括地板)隐藏起来(也可明装在外)，蓄热媒质则按暖通行业相关技术配备。其余按实施方式一即可。

实施方式三  太阳能热水器-供暖器的联合装置。

按图23的管路要求实施，将实施方式一、实施方式二组合起来实施即可。

Claims (2)

1一种工质自循环太阳能——热能装置，是一种分体式自循环太阳能利用装置，能将太阳能转变为热能并传递给较远处的蓄热媒质，其特征是：一种新型工质自循环太阳能——热能系统，由集热器(1)、气管(2)、放热器(3)、液管(4)按设计要求连接，内部充适量低沸点工质，放热器之液体出口位置比集热器之液体进口位置稍高；而集热器(1)由多根集热管(12)和相同数量的液体分配支管(15)、气体汇集管(14)一根、液体分配管(13)一根按设计要求连接，即每根集热管之底端与对应一根液体分配支管底端连通，并一起插入双层真空透明玻璃管(17)中，集热管置于朝阳一侧、液体分配支管置于背阴一面；集热管顶端均与气体汇集管连通，液体分配支管顶端均与液体分配管连通；气体汇集管留有接口与气管(2)连接，液体分配管留有接口与液管(4)连接；其中集热管(12)为带宽翅片的薄壁紫铜管，表面涂太阳能吸收层；玻璃管背阴侧设置反射板。

2根据权利1所述的工质自循环太阳能——热能装置，其特征是：所述集热器(1)中的集热管(12)由薄壁紫铜管外面套带翅片薄壁铝管构成，胀管后使铜管与铝管接触紧密，铝管表面涂太阳能吸收层。

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