專利名稱：工質(zhì)自循環(huán)太陽能－熱能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽能裝置，能將太陽能變?yōu)闊崮?，再利用低沸點工質(zhì)易吸熱氣化的性質(zhì)，氣化的工質(zhì)運行到較遠處，將熱能傳遞的蓄熱媒質(zhì)，工質(zhì)放熱液化后又吸熱氣化，如此循環(huán)。
背景技術(shù)：
目前，商品化的太陽能——熱能裝置，多為太陽能熱水器，有整體式太陽能熱水器和分式太陽能熱水器。集熱器與貯水箱組裝為一體的稱為整體式太陽能熱水器，集熱器與貯水箱分開安裝的稱為分體式太陽能熱水器。
整體式太陽能熱水器，因集熱器與貯水箱組裝為一體，只能安裝在住宅樓頂，集熱管采用雙層真空玻璃管或熱管。集熱管用玻璃管時，內(nèi)部充滿水，晚上室外氣溫低于0℃時，易凍結(jié)引起玻璃管破裂；集熱管用熱管時，集熱管為金屬材料芯，外面罩透明玻璃管，晚上室外氣溫低于0℃時，透明玻璃管不至于發(fā)生破裂。缺點是非頂樓住戶不便安裝，集熱管和反射板易積聚灰塵且清理不便，特別是用雙層真空玻璃管作集熱管時，損壞其中一根，則熱水器就無法使用。
分體式太陽能熱水器，即集熱器與貯水箱可分開安裝，第一類是貯水箱安裝在集熱器附近高處，二者內(nèi)充滿水并由兩循環(huán)水管連接，工作時水在集熱器內(nèi)吸熱升溫后沿上循環(huán)管上升到貯水箱，貯水箱內(nèi)溫度較低的水沿下循環(huán)管進入集熱器吸熱后又上升，水循環(huán)動力為太陽能，集熱器的熱能靠水升溫吸收帶走，因而水循環(huán)量達，循環(huán)阻力也大；第二類分體式太陽能熱水器，貯水箱與集熱器距離可以很遠，集熱器的熱量也依靠水吸熱升溫(不是相變)后由電動循環(huán)泵帶至貯水箱；第三類分體式太陽能熱水器，貯水箱與集熱器距離可以很遠，與第二類分體式太陽能熱水器有區(qū)別，集熱器的熱量由第二媒質(zhì)吸熱升溫(不是相變)后由電動循環(huán)泵帶至貯水箱。缺點是第一類分體式太陽能熱水器，晚上室外氣溫低于0℃時，易凍結(jié)引起集熱管破裂，貯水箱只能置于距集熱器很近的南陽臺內(nèi)或朝南房間內(nèi)，第二類與第三類分體式太陽能熱水器靠媒質(zhì)升溫循環(huán)移走熱量，媒質(zhì)循環(huán)量大，而且需提供額外的循環(huán)動力。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型提供一種工質(zhì)自循環(huán)太陽能——熱能裝置，它是一種分體式太陽能——熱能裝置，無需提供額外的循環(huán)動力，可以將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮懿鬟f給遠處的蓄熱媒質(zhì)，集熱器可置于屋頂坡，還可懸掛在南墻或南陽臺外側(cè)，作熱水器(水為蓄熱媒質(zhì))時，貯水箱可安裝在北面衛(wèi)生間或廚房，其位置比集熱器稍高即可；作太陽能供暖器時，蓄熱媒質(zhì)可以置于墻內(nèi)或地板下，其位置比集熱器稍高即可，因而適合高層住宅各層用戶安裝使用。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案利用一工質(zhì)自循環(huán)太陽能——熱能系統(tǒng)，該系統(tǒng)先吸收太陽能并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，再傳遞給較遠處的蓄熱媒質(zhì)。該能量吸收轉(zhuǎn)換、傳遞系統(tǒng)原理如圖1，由集熱器(1)、氣管(2)、放熱器(3)、液管(4)釬焊連接，和內(nèi)部的低沸點工質(zhì)組成一系統(tǒng)，系統(tǒng)工作過程集熱器(1)吸收太陽能變?yōu)闊崮懿鹘o內(nèi)部的液態(tài)工質(zhì)，液態(tài)工質(zhì)吸熱后氣化，再沿氣管(2)上升至放熱器(3)，氣態(tài)工質(zhì)在(3)將熱量傳給蓄熱媒質(zhì)后變成液體，此液態(tài)工質(zhì)在重力作用下沿液管(4)進入集熱器(1)，又吸熱氣化，如此循環(huán)不斷將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮懿鹘o遠處的蓄熱媒質(zhì)。因靠工質(zhì)相變吸熱和放熱，所以小的工質(zhì)循環(huán)量能傳遞大量的熱量。為很好地完成能量吸收轉(zhuǎn)換、傳遞，集熱器(1)由薄壁紫銅管制造，表面涂太陽能吸收層，(3)之液體出口位置比(1)之液體進口位置稍高。
根據(jù)該系統(tǒng)的特性，要注意如下幾方面氣管(2)通徑選較大，中間應(yīng)避免設(shè)置積存液體的彎折結(jié)構(gòu)；放熱器(3)的管路中間不允許有可積存液體的彎折結(jié)構(gòu)；液管(4)通徑較小，其走向允許有波浪形，但波浪的最高處也要比(3)之液體出口低；若氣管(2)中間不得不有可積存液體的彎折結(jié)構(gòu)，應(yīng)采取補救措施，即在彎折的最低處開一小孔，與一小通徑的液體引流管進口連接，液體引流管出口與液管(4)連通，引流管出口位置應(yīng)比引流管進口位置低，而液體引流管本身允許作波浪形彎曲，但波浪形最高處也要比引流管進口位置低。
為了將穿過集熱器(1)縫隙中的陽光反射到集熱器(1)，根據(jù)需要設(shè)置反光板。為減少集熱器(1)、氣管(2)、液管(4)與周圍環(huán)境空氣對流換熱，需采取措施絕熱氣管(2)、液管(4)外面包裹絕熱即可，如果作太陽能熱水器，貯水箱外面同樣也需包裹絕熱層；而集熱器(1)的絕熱，根據(jù)不同的形式采取不同的措施。
而集熱器(1)有三種形式。
第一種形式如圖9、10、11，由多根集熱管(12)和相同數(shù)量的液體分配支管(15)、氣體匯集管(14)一根、液體分配管(13)一根按設(shè)計要求連接，每根集熱管外單獨套雙層真空透明玻璃管；(12)為帶寬翅片的薄壁紫銅管，如圖4、圖5，表面涂太陽能吸收層；每根(12)之底端(也可在其中部或上部某一位置)與對應(yīng)一根(15)底端連通，并一起插入雙層真空透明玻璃管(17)中，(12)置于朝陽一側(cè)、(15)置于背陰一面；(12)頂端均與(14)連通，(15)頂端均與(13)連通，(14)留有接口與氣管(2)連接，(13)留有接口與液管(4)連接；玻璃管背陰側(cè)設(shè)置反射板。
第二種形式如圖16、17，由緊密排列的(12)多根、(13)一根和(14)一根按設(shè)計要求連接，多根集熱管朝陽一側(cè)遮擋透明平板玻璃(可雙層)，背陰一面粘貼絕熱層；(12)為帶寬翅片的薄壁紫銅管，朝陽一側(cè)表面涂太陽能吸收層；(12)頂端均與(14)連通，(12)底端均與(13)連通，(14)留有接口與氣管(2)連接，(13)留有接口與液管(4)連接；(12)上部或中部與(13)連通也可以，這種情況下，(12)底端均與一根連通管(26)相通，確保每根集熱管供液均勻，如圖18。
集熱管(12)也可由薄壁紫銅管外面套帶翅片薄壁鋁管構(gòu)成，脹管后使銅管與鋁管接觸緊密，如圖6、圖7，鋁管外表面涂太陽能吸收層。
第三種形式新型集熱器由兩薄紫銅板構(gòu)成，兩薄紫銅板間有多道平行的縱向空腔，上下端各有一道橫向空腔，縱向空腔和橫向空腔是相通的，上端橫向空腔留有接口與氣管(2)連接，下端橫向空腔留有接口與液管(4)連接，如圖19、圖20、圖21；另外，多道平行的縱向空腔，也可由若干道(比縱向空腔道數(shù)少)蛇形空腔替代。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較的有益效果利用工質(zhì)相變吸熱和放熱，以最少的工質(zhì)循環(huán)量傳遞最大量的熱能，原理清晰；低沸點工質(zhì)在地球自然環(huán)境溫度下不會凝固，故適合廣大地區(qū)；新型集熱器，太陽能轉(zhuǎn)換效率高，技術(shù)可行，使用材料易得，加工方便；貯水箱安裝在室內(nèi)，熱損失少；集熱器與貯水箱分開，可安裝在屋頂南坡、南墻或南側(cè)陽臺，能與建筑物融為一體，適合高層住宅各層用戶，方便維護；本實用新型不消耗外部能源，無運動部件，因而無噪音，無磨損，集熱管均為金屬材料構(gòu)成，耐受機械沖擊不易損壞，壽命長；即使某一集熱管外面的雙層真空透明玻璃管損壞，也不影響裝置運行，雙層真空透明玻璃管可以方便地在使用場合更換。


圖1為本實用新型能量轉(zhuǎn)換、傳遞系統(tǒng)原理圖。
圖2為太陽能熱水器或太陽能供暖器管路原理圖。
圖3為太陽能熱水器-供暖器的聯(lián)合裝置管路原理圖。
圖4為帶寬翅片的薄壁紫銅管構(gòu)成的集熱管正面圖。
圖5為圖4橫斷面圖。
圖6為薄壁紫銅管外套帶翅片薄壁鋁管構(gòu)成的集熱管正面圖。
圖7為圖6橫斷面圖。
圖8為氣體匯集管、液體分配管和連通管結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為圖11之B-B剖視圖。
圖10為圖9之C-C剖視圖。
圖11為第一種形式集熱器頂視圖。
圖12為圖11之A-A剖視圖。
圖13為集熱管下端與液體分配支管連通的示意圖。
圖14為集熱管中部與液體分配支管連通的示意圖。
圖15為集熱管上部與液體分配支管連通的示意圖。
圖16為集熱管與氣體匯集管、液體分配管裝配圖。
圖17為第二種形式集熱器中液體分配管置于底部的垂直方向剖視圖。
圖18為第二種形式集熱器中液體分配管置于上部的垂直方向剖視圖。
圖19為圖20之D-D剖視圖。
圖20為兩薄紫銅板構(gòu)成的集熱器。
圖21為圖20之E-E剖視圖。
圖22為太陽能熱水器實施管路圖。
圖23為太陽能熱水器-供暖器的聯(lián)合裝置實施管路圖。
圖中，1.集熱器，2.(熱水)氣管，3.(熱水)放熱器，4.(熱水)液管，5.(熱水)控制(截止)閥，6.(取暖)控制(截止)閥，7.(取暖)氣管，8.(取暖)放熱器，9.(取暖)液管，10.(熱水)截止閥，11.(取暖)截止閥，12.集熱管，13.液體分配管，14.氣體匯集管，15.液體分配支管16.液體分配支管絕熱層，17.雙層真空透明玻璃管，18.密封橡膠塞，19.氣體匯集管、液體分配管公用絕熱層，20.第一種形式集熱器支撐安裝架，21.玻璃管安裝襯套，22.反射板，23.透明平板玻璃，24.集熱管保溫塊，25.第二種形式集熱器支撐安裝架。單箭頭表示工質(zhì)流向，三平行箭頭表示太陽光線。
具體實施方式
實施方式一 太陽能熱水器按圖22所示的管路要求實施，在液管(4)和集熱器(1)之間設(shè)一截止閥(5)，無需系統(tǒng)工作時，關(guān)閉(5)時，液態(tài)工質(zhì)聚集在放熱器(3)、和液管(4)中，系統(tǒng)停止運行。
以第一種形式集熱器為例，按圖加工液體分配管(通徑較小)、氣體匯集管(通徑較大)，按圖加工好集熱管，按圖組裝焊接好各件，用制冷行業(yè)的二通截止閥(5)一件與液體分配管(13)焊接，三通截止閥(10)一件與氣體匯集管(14)焊接，并檢漏(可充高壓氣體檢漏)后，用真空泵抽真空后往內(nèi)部灌注制冷行業(yè)用工質(zhì)(灌注質(zhì)量需計算，以運行時集熱管內(nèi)五分之一～三分之一內(nèi)腔有液體工質(zhì)為宜)，再在(15)外裹好絕熱層(16)(也允許不包裹絕熱層)，接著按要求將集熱管(12)等插進雙層真空透明玻璃管(17)中，用密封橡膠塞(18)塞好玻璃管敞口，抽出玻璃管與集熱管之間的空氣(不抽出空氣也無多大關(guān)系)，再按要求作好集熱器組件，可垂直懸掛在陽臺上。氣管、液管按分體式空調(diào)器用連接管要求加工并套好絕熱層，擴喇叭口，長度據(jù)需要而定。熱水箱按常規(guī)熱水箱制作，放熱器與空調(diào)熱交換器相似的銅管外套鋁箔翅片熱交換器(鋁箔需耐受自來水腐蝕)，或用螺旋銅管盤管熱交換器(設(shè)有與氣管、液管喇叭口連接的接頭)，置于貯水箱內(nèi)，組成一熱水箱組件，安裝在室內(nèi)，保證放熱器出液口位置比集熱器組件進液口稍高即可。用氣管、液管將截止閥(5)、截止閥(10)和熱水箱組件連接。按分體式空調(diào)器安裝方法，打開截止閥(5)，用制冷工質(zhì)驅(qū)趕氣管、液管、放熱器內(nèi)的空氣。按上述方法加工安裝的太陽能熱水器可多次拆卸，如果一次性現(xiàn)場安裝，則氣管、液管與集熱器組件和熱水箱組件用釬焊焊接方式連接，并可省去序號(10)，(5)改為三通截止閥，通過三通截止閥接口現(xiàn)場抽真空和灌注制冷工質(zhì)。注意事項如前述。
實施方式二 太陽能供暖器；按實施方式一要求作好集熱器組件及氣管、液管。放熱器可用銅管盤成蛇形盤管狀，放熱器夾在內(nèi)墻中間(包括地板)隱藏起來(也可明裝在外)，蓄熱媒質(zhì)則按暖通行業(yè)相關(guān)技術(shù)配備。其余按實施方式一即可。
實施方式三 太陽能熱水器-供暖器的聯(lián)合裝置。
按圖23的管路要求實施，將實施方式一、實施方式二組合起來實施即可。
權(quán)利要求1一種工質(zhì)自循環(huán)太陽能——熱能裝置，是一種分體式自循環(huán)太陽能利用裝置，能將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮懿鬟f給較遠處的蓄熱媒質(zhì)，其特征是一種新型工質(zhì)自循環(huán)太陽能——熱能系統(tǒng)，由集熱器(1)、氣管(2)、放熱器(3)、液管(4)按設(shè)計要求連接，內(nèi)部充適量低沸點工質(zhì)，放熱器之液體出口位置比集熱器之液體進口位置稍高；而集熱器(1)由多根集熱管(12)和相同數(shù)量的液體分配支管(15)、氣體匯集管(14)一根、液體分配管(13)一根按設(shè)計要求連接，即每根集熱管之底端與對應(yīng)一根液體分配支管底端連通，并一起插入雙層真空透明玻璃管(17)中，集熱管置于朝陽一側(cè)、液體分配支管置于背陰一面；集熱管頂端均與氣體匯集管連通，液體分配支管頂端均與液體分配管連通；氣體匯集管留有接口與氣管(2)連接，液體分配管留有接口與液管(4)連接；其中集熱管(12)為帶寬翅片的薄壁紫銅管，表面涂太陽能吸收層；玻璃管背陰側(cè)設(shè)置反射板。
2根據(jù)權(quán)利1所述的工質(zhì)自循環(huán)太陽能——熱能裝置，其特征是所述集熱器(1)中的集熱管(12)由薄壁紫銅管外面套帶翅片薄壁鋁管構(gòu)成，脹管后使銅管與鋁管接觸緊密，鋁管表面涂太陽能吸收層。
專利摘要一工質(zhì)自循環(huán)太陽能—熱能裝置，它是一種分體式太陽能—熱能裝置，無需提供額外的循環(huán)動力，而利用一新型工質(zhì)自循環(huán)能量轉(zhuǎn)換、傳遞系統(tǒng)來將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并靠低沸點工質(zhì)相變將熱量傳遞給遠處的蓄熱媒質(zhì)，集熱器可置于屋頂坡，還可懸掛在南墻或南陽臺外側(cè)，作熱水器(水為蓄熱媒質(zhì))時，貯水箱可安裝在北面衛(wèi)生間或廚房，其位置比集熱器稍高即可；作太陽能供暖器時，蓄熱媒質(zhì)可以置于墻內(nèi)或地板下，其位置比集熱器稍高即可；適合廣大地區(qū)的高層住宅各層用戶安裝使用。
文檔編號F24J2/34GK2762022SQ200520004778
公開日2006年3月1日 申請日期2005年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月18日
發(fā)明者龐立升 申請人:龐立升