專利名稱：一端輸出冷量、另一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種加熱領(lǐng)域中加熱或制冷的聯(lián)合系統(tǒng)中的太陽(yáng)能冷管，特別是涉及一種可在一根管子內(nèi)實(shí)現(xiàn)一端輸出冷量，另一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能制冷與供熱是新能源利用的一個(gè)重要領(lǐng)域，其研究和應(yīng)用工作愈來(lái)愈受到世人的重視。太陽(yáng)能真空集熱管熱水器的廣泛應(yīng)用以及太陽(yáng)能吸收式和吸附式制冷的研究進(jìn)展促進(jìn)了太陽(yáng)能的熱利用水平。太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的固體吸附式制冷具有結(jié)構(gòu)與控制簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)噪音、無(wú)環(huán)境污染等一系列優(yōu)點(diǎn)。從目前的研究來(lái)看，太陽(yáng)能固體吸附制冷需要解決吸附/集熱器在陽(yáng)光下的高效集熱和離開(kāi)陽(yáng)光后的有效散熱之間的矛盾問(wèn)題，以及對(duì)于以甲醇和水等低蒸汽壓吸附質(zhì)作為制冷劑的負(fù)壓系統(tǒng)，如何長(zhǎng)期維持系統(tǒng)的真空度等。實(shí)用新型專利號(hào)ZL 00 2 16930.4，實(shí)用新型名稱真空隔熱的直接吸熱式太陽(yáng)能冷管，提出了一種吸附/集熱器可以直接吸收太陽(yáng)能并有效地保溫隔熱的玻璃冷管式的太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)，同時(shí)避免了系統(tǒng)的真空泄漏。但該實(shí)用新型只能用于太陽(yáng)能制冷，且吸附/集熱器不能夠有效散熱，制冷效率較低，不能對(duì)外界供熱。實(shí)用新型專利號(hào)ZL 01 2 28952.3，實(shí)用新型名稱制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，提出了一種可同時(shí)實(shí)現(xiàn)制冷與供熱的高效太陽(yáng)能冷管式的太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)，但該實(shí)用新型的冷凝器和蒸發(fā)器不能分開(kāi)，不利于高效制冷和供熱，且吸附床的熱量導(dǎo)出管形狀復(fù)雜，從底部進(jìn)水容易在頂部產(chǎn)生蒸汽氣阻，換熱介質(zhì)壓力高，換熱效率低，且不利于系統(tǒng)的運(yùn)用和安裝維修。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種高效的一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管。使其對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)制冷與供熱，冷量與熱量分別從兩端輸出。該冷管的吸附/集熱器在陽(yáng)光下吸收太陽(yáng)能，吸附/集熱器冷卻進(jìn)行吸附制冷，同時(shí)制冷劑蒸汽的冷凝熱以及吸附/集熱器降溫的顯熱和吸附熱能得到充分收集利用，使太陽(yáng)能制冷和供熱集中在一根管子上完成，其效率高，成本低，裝配與維修方便。
本實(shí)用新型的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
依據(jù)本實(shí)用新型提出的一種一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其包括吸附/集熱器、冷凝器、熱量導(dǎo)出管和蒸發(fā)器，其中吸附/集熱器、冷凝器、熱量導(dǎo)出管和蒸發(fā)器制成為一體，吸附/集熱器為多層結(jié)構(gòu)，在吸附/集熱器的兩層之間設(shè)有真空隔熱夾層，在吸附/集熱器的內(nèi)層外表面涂有太陽(yáng)吸熱涂層，在吸附/集熱器內(nèi)裝填有吸附劑，在吸附劑中埋設(shè)有熱量導(dǎo)出管；冷凝器和蒸發(fā)器公用一根殼管，冷凝器置于吸附/集熱器上部，蒸發(fā)器置于吸附/集熱器下部，冷凝器、蒸發(fā)器及熱量導(dǎo)出管封接為一整體，外管與內(nèi)管及熱量導(dǎo)出管所圍成的空間抽成真空，并在其間充裝制冷劑液體，冷凝器和蒸發(fā)器和吸附/集熱器的內(nèi)腔相通。
本實(shí)用新型的目的還可以通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其中所述熱量導(dǎo)出管一端為熱端，一端為冷端，熱端置于吸附劑內(nèi)，冷端與外部直接接觸。
前述的一端輸出冷量、一端輸出熱量的熱量導(dǎo)出管，其中所述熱量導(dǎo)出管采用熱管或與外界直接相通的盲管。
前述的一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其中所述蒸發(fā)器的外壁為殼管的下部，它與冷凝器相連，其內(nèi)裝有液態(tài)制冷劑。
前述的一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其中所述冷凝器和蒸發(fā)器的外壁為同一根殼管。
前述的殼管，其中部為透明材料。
前述的一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其中所述吸附/集熱器置于冷凝器、蒸發(fā)器和熱量導(dǎo)出管所圍成的空腔內(nèi)，其內(nèi)裝填吸附劑，吸附劑為顆粒或帶孔道的塊狀形。
前述的吸附/集熱器，其采用金屬或非金屬材料的內(nèi)管與外管封接的結(jié)構(gòu)。
前述的蒸發(fā)器，其中所述其形狀為“∪”形、“Ω”形、或波紋形等大表面積形狀。
前述的殼管，與換熱介質(zhì)接觸的部位為波紋管或多棱管。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和積極效果。由以上技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型由于采用冷凝器和蒸發(fā)器分端設(shè)置的結(jié)構(gòu)，使陽(yáng)光下吸附床脫附的制冷劑蒸汽不僅能夠通過(guò)冷凝器壁面與冷凝箱中的換熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換，在回流的過(guò)程中還可以與通過(guò)壁面與外界流動(dòng)的空氣進(jìn)行熱交換使制冷劑蒸汽得到充分冷卻，降低了制冷劑吸附制冷時(shí)的初始溫度。在冷卻吸附階段吸附床利用熱量導(dǎo)出管內(nèi)介質(zhì)的循環(huán)與頂部冷卻箱內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行熱交換來(lái)降低溫度，沒(méi)有從底部進(jìn)水在頂部產(chǎn)生蒸汽氣阻的現(xiàn)象，也無(wú)須壓力水不停地在熱量導(dǎo)出管中循環(huán)來(lái)?yè)Q熱，其換熱效率高，提高了冷管的制冷效率，也克服了多根管聯(lián)接安裝困難且熱損失較大的弊端。該結(jié)構(gòu)使冷管運(yùn)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝也得到了大大簡(jiǎn)化，為冷管的普及化運(yùn)用鋪平了道路。吸附/集熱器陽(yáng)光下高效吸收太陽(yáng)能，吸附劑床冷卻吸附時(shí)通過(guò)熱管或換熱介質(zhì)與吸附/集熱器進(jìn)行熱交換，使吸附/集熱器內(nèi)的吸附劑降溫快，解決了吸附/集熱器的白天集熱與夜間散熱的矛盾問(wèn)題。另外，系統(tǒng)的供熱量包括制冷劑的凝結(jié)熱、吸附/集熱器降溫的顯熱和吸附熱等，因此該冷管可以實(shí)現(xiàn)熱泵型供熱。
利用清潔的太陽(yáng)能制冷和供熱，整個(gè)過(guò)程無(wú)污染，與建筑配套使用進(jìn)行制冷空調(diào)，潛在市場(chǎng)很大，并可局部替代真空集熱管等太陽(yáng)能熱水器，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，有效地利用可再生能源，對(duì)環(huán)保起到積極的促進(jìn)作用，可以節(jié)省大量的能源。
綜上所述，本實(shí)用新型一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其在新能源利用領(lǐng)域中，不論在結(jié)構(gòu)上或功能上皆有較大的改進(jìn)，且在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，總性能系數(shù)也有所提高，具有新穎、高效、先進(jìn)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖1(1)是本實(shí)用新型實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1(2)是圖1(1)中A-A剖面示意圖。
圖1(3)是圖1(1)中B-B剖面示意圖。
圖2(1)是本實(shí)用新型實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2(2)是圖2(1)中A-A剖面示意圖。
圖2(2)是圖2(1)中B-B剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本實(shí)用新型提出一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其具體結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。
請(qǐng)參閱圖1所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。其包括吸附/集熱器11、熱量導(dǎo)出管14、冷凝器1 2和蒸發(fā)器13四部分。
吸附/集熱器11，其外部為雙層結(jié)構(gòu)，形狀為圓管形，采用雙層同軸高硼硅玻璃管。外管111和內(nèi)管112之間為真空隔熱夾層113，內(nèi)管112的外表面涂有太陽(yáng)吸熱涂層114。吸附/集熱器11內(nèi)裝填吸附劑115，吸附劑115為帶孔道的塊狀吸附劑。
熱量導(dǎo)出管14埋設(shè)在吸附劑115的中部，其為一根盲管，一端為熱端(141)置于吸附劑(115)內(nèi)，另一端為冷端(142)與外部直接接觸，對(duì)吸附/集熱器11進(jìn)行降溫同時(shí)對(duì)外供熱。
冷凝器12，為一與外界直接接觸的單層玻璃管、其外壁可與外界直接進(jìn)行熱交換。
蒸發(fā)器13，為一雙層玻璃管，內(nèi)管132為“∩”型，外管131與冷凝器12為同一根透明玻璃殼管，內(nèi)管132與外管131封接成“Ω”形，將其與冷凝器及熱量導(dǎo)出管所圍成的空間排空并充裝制冷劑液體133，蒸發(fā)器13通過(guò)制冷劑的蒸發(fā)而使環(huán)境溫度降低達(dá)到制冷的目的。
在本實(shí)用新型的實(shí)施例一中，吸附/集熱器11內(nèi)布置沸石分子篩顆粒，制冷劑為水。吸附/集熱器11、冷凝器12和蒸發(fā)器13的有效長(zhǎng)度分別為1200mm、160mm和170mm。為全玻璃管結(jié)構(gòu)，吸附/集熱器11的外管和內(nèi)管管徑分別為47mm、37mm，隔熱夾層內(nèi)的真空度為5×10-3Pa。以該冷管作應(yīng)用試驗(yàn)，每平方米布置14根冷管，冷管傾斜放置。吸附/集熱器從上午8時(shí)到下午4時(shí)接收太陽(yáng)輻射，期間平均日照強(qiáng)度為700W/m2，平均環(huán)境溫度為30℃，制冷劑夜間平均蒸發(fā)溫度為6℃。1平方米集熱面積的制冷量約為3000kJ，制冷效率為15％，同時(shí)可產(chǎn)生48℃的熱水120kg，供熱效率為45％，制冷與供熱的總性能系數(shù)為60％。
請(qǐng)參閱圖2所示，為本實(shí)用新型的實(shí)施例二，其主要包括吸附/集熱器21、冷凝器22和蒸發(fā)器23、熱管24部分。吸附/集熱器21與冷凝器同實(shí)施例一，蒸發(fā)器23的外壁為殼管231的下部，內(nèi)部設(shè)有一個(gè)園柱形的填充物232，液態(tài)制冷劑233充裝在殼壁與填充物之間。熱管24的細(xì)管的一端241設(shè)計(jì)在吸附床的中心，熱管的另一端242外露于殼管的上方，直接處于周圍環(huán)境之中。
實(shí)施例二中，冷管吸附/集熱器內(nèi)布置以沸石分子篩為主的復(fù)合吸附劑塊，制冷劑為水。蒸發(fā)器的長(zhǎng)度為300mm。冷管吸附/集熱器的外管管徑為58mm，內(nèi)管直徑47mm。以該冷管作應(yīng)用試驗(yàn)，每平方米布置10根冷管，冷管傾斜放置。吸附/集熱器從上午8時(shí)到下午4時(shí)接收太陽(yáng)輻射，期間平均日照強(qiáng)度為650W/m2，平均環(huán)境溫度為28℃，制冷劑夜間平均蒸發(fā)溫度為7℃。1平方米集熱面積的制冷量約為2613kJ，制冷效率為14％，同時(shí)可產(chǎn)生46℃的熱水108kg，供熱效率為43.5％，制冷與供熱的總性能系數(shù)為57.5％。
本實(shí)用新型的工作原理為在陽(yáng)光下吸附/集熱器吸收太陽(yáng)能而溫度升高，制冷劑蒸汽從吸附/集熱器中被脫附出來(lái)，系統(tǒng)內(nèi)壓力上升，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到與冷凝溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力時(shí)，制冷劑蒸汽在冷凝器內(nèi)凝結(jié)為液體，同時(shí)冷凝熱可以使冷凝器壁外的換熱介質(zhì)升溫。冷卻吸附床時(shí)，吸附/集熱器與熱量導(dǎo)出管內(nèi)的換熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換，吸附床溫度開(kāi)始降低，逐漸吸附從蒸發(fā)器內(nèi)氣化的制冷劑，由于制冷劑的蒸發(fā)而產(chǎn)生制冷效果，同時(shí)吸附/集熱器溫度降低的顯熱及吸附制冷劑產(chǎn)生的吸附熱由熱量導(dǎo)出管內(nèi)的換熱介質(zhì)帶出，用于對(duì)外供熱或產(chǎn)生熱水。由于采用真空隔熱和太陽(yáng)吸熱涂層的雙層玻璃管結(jié)構(gòu)，吸附/集熱器陽(yáng)光下高效吸收太陽(yáng)能，冷卻時(shí)通過(guò)熱量導(dǎo)出管內(nèi)的換熱介質(zhì)與吸附/集熱器進(jìn)行熱交換，使吸附/集熱器降溫快，解決了吸附/集熱器的陽(yáng)光下集熱與夜間散熱的矛盾問(wèn)題。另外，系統(tǒng)的供熱量包括制冷劑的凝結(jié)熱、吸附/集熱器降溫的顯熱和吸附熱等，因此可以實(shí)現(xiàn)熱泵型供熱。
本實(shí)用新型解決了固體吸附/集熱器對(duì)太陽(yáng)能的高效吸收、貯存和轉(zhuǎn)換，提供的太陽(yáng)能冷管在夏季晴天時(shí)吸附/集熱器的集熱溫度可達(dá)到180℃以上，制冷效率(制冷量與照射到冷管的太陽(yáng)輻射能之比)為12-16％，供熱與制冷的總能量轉(zhuǎn)換效率約為55％。在相同制冷量的情況下成本低于常規(guī)集熱、制冷分開(kāi)式太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)，且可提供相應(yīng)集熱面積的太陽(yáng)能熱水器的產(chǎn)熱量。
權(quán)利要求1.一種一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其包括吸附/集熱器、冷凝器、熱量導(dǎo)出管和蒸發(fā)器，其特征在于吸附/集熱器(11)、冷凝器(12)、熱量導(dǎo)出管(14)和蒸發(fā)器(13)制成為一體，吸附/集熱器(11)為多層結(jié)構(gòu)，在吸附/集熱器(11)的外管(111)為透明管，外管(111)與內(nèi)管(112)的兩層之間設(shè)有真空隔熱夾層(113)，在吸附/集熱器的內(nèi)管(112)外表面涂有選擇性涂層(114)，在吸附/集熱器(11)內(nèi)裝填有吸附劑(115)，在吸附劑(115)中埋設(shè)有熱量導(dǎo)出管(14)；冷凝器(12)和蒸發(fā)器(13)公用一根殼管(131)，冷凝器(12)置于吸附/集熱器(11)上部，蒸發(fā)器(13)置于吸附/集熱器(11)下部，殼管(131)與(132)及熱量導(dǎo)出管(14)封接為一整體，殼管(131)與(132)及熱量導(dǎo)出管(14)所圍成的空間抽成真空，并在(131)、(132)之問(wèn)充裝制冷劑液體(133)，冷凝器(12)和蒸發(fā)器(13)和吸附/集熱器(11)的內(nèi)腔相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述熱量導(dǎo)出管一端為熱端(141)，一端為冷端(142)，熱端置于吸附劑(115)內(nèi)，冷端與外部直接接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述的熱量導(dǎo)出管采用熱管或與外界直接相通的盲管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述蒸發(fā)器(13)的外壁為殼管(131)的下部，它與冷凝器(12)相連，其內(nèi)裝有液態(tài)制冷劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述冷凝器(12)和蒸發(fā)器(13)的外壁為同一根殼管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述殼管中部為透明材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述吸附/集熱器(11)置于冷凝器(12)、蒸發(fā)器(13)和熱量導(dǎo)出管(14)所圍成的空腔內(nèi)，其內(nèi)裝填吸附劑(115)，吸附劑(115)為顆粒或帶孔道的塊狀形。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述吸附/集熱器(11)采用金屬或非金屬材料的內(nèi)管(112)與外管(111)封接的結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述形狀為“∪”形、“Ω”形、波紋形或螺旋形大表面積形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一端輸出冷量、一端輸出熱量的太陽(yáng)能冷管，其特征在于與換熱介質(zhì)接觸的部位為波紋管或多棱管。
專利摘要本實(shí)用新型包括吸附/集熱器、熱量導(dǎo)出管、冷凝器和蒸發(fā)器。吸附/集熱器、熱量導(dǎo)出管、冷凝器和蒸發(fā)器均安置在一根殼管內(nèi)，吸附/集熱器為多層結(jié)構(gòu)，吸附劑床處于雙層套管內(nèi)，外管透明，內(nèi)管的外表面涂有太陽(yáng)吸熱涂層，套管之間為真空隔熱夾層，在吸附床中部埋有熱量導(dǎo)出管，吸附階段其內(nèi)流動(dòng)的換熱介質(zhì)，使吸附/集熱器可迅速降溫。冷凝器位于吸附/集熱器上部，為一與外界直接接觸的單層殼管、其外壁可與外界直接進(jìn)行熱交換而使制冷劑蒸汽充分得到冷凝并充分利用制冷劑的凝結(jié)熱，熱量從太陽(yáng)能冷管的上端輸出。蒸發(fā)器位于吸附/集熱器下部，其內(nèi)裝有制冷劑，在吸附劑冷卻吸附時(shí)蒸發(fā)器通過(guò)制冷劑的蒸發(fā)而使環(huán)境溫度降低達(dá)到制冷的目的。冷管在制冷的同時(shí)還可充分利用吸附/集熱器降溫的顯熱和吸附熱，實(shí)現(xiàn)熱泵型供熱。本實(shí)用新型在一根管子內(nèi)完成固體吸附式制冷與熱泵循環(huán)，冷、熱流從冷管的兩端分別輸出，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用面廣。
文檔編號(hào)F25B30/00GK2567527SQ0224429
公開(kāi)日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2002年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月2日
發(fā)明者劉震炎, 劉兆斌, 吳俊雷, 趙正中 申請(qǐng)人:淮安市淮陰輝煌真空鍍膜有限公司, 上海交通大學(xué)