太陽能集熱轉換系統的製作方法

2023-12-10 11:26:07 1

專利名稱：太陽能集熱轉換系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬太陽能領域，具體的說是涉及一種應用在城市的建築物上的太陽能 集熱轉換系統。
背景技術：
目前，建築物所消耗的能源，如電能、熱(冷)能、燃油等，絕大部分來自於礦物能 源，但由於地球上礦物能源儲量有限，終將枯竭，同時在消耗過程中又伴隨有(^^(^^(^大 量排放，致使全球氣候逐漸變暖、生態環境遭到破壞，影響人類健康和可持續發展，人類社 會面臨著能源短缺與環境汙染雙重壓力。而太陽能是分布廣泛、取之不盡、用之不竭的清潔 環保能源。在能源匱乏問題日益突出的今天，太陽能開發利用巳成為實現能源可持續發展 的重點，太陽能光熱及太陽能光伏是近年來研究應用的熱點，但是太陽能光伏發電的成本 高達普通煤電成本的6至8倍。我們調查發現不僅僅是家庭，連同學校、醫院、賓館、辦公 大樓等的能耗結構都大致有這樣一個規律涉及冷暖的內能消耗巨大，電能不可或缺。太陽 光熱在太陽能應用方面用途比較單一，主要是太陽能熱水器，太陽能熱發電在城市建築物 上的應用受到安裝條件的限制。
發明內容本實用新型的目的就在於克服上述不足提供一種太陽能集熱轉換系統。本實用新型的目的可通過以下技術方案來實現一種太陽能集熱轉換系統，由太陽能集熱器、蓄熱箱、蒸發器、汽輪機和冷凝器通 過管道依次連接起來，冷凝器上還設置有水管，太陽能集熱器與蓄熱器間的第一管道和蓄 熱箱與蒸發器之間的第二管道內均為高沸點介質，蒸發器與汽輪機之間的第三管道內為低 沸點介質，在第一管道、第二管道和第三管道上設置有輸送泵。上述太陽能集熱轉換系統，所述的太陽能集熱器至少為一個。上述太陽能集熱轉換系統，所述的太陽能集熱器是葉脈狀太陽能平板集熱器。上述太陽能集熱轉換系統，所述葉脈狀太陽能平板集熱器包括密閉的箱體，箱體 的蓋板為透明玻璃蓋板，在箱體內設置有集熱板，集熱板的背面設置有導熱管，導熱管伸出 箱體外。上述太陽能集熱轉換系統，所述的箱體包括金屬後殼(3)和玻璃蓋板(1)，集熱板 (2)封裝在箱體內，集熱板的背面設置有導熱管，導熱管伸出到金屬後殼外形成熱管放熱 端，熱管放熱端與第一管道聯通，導熱管內裝有低沸點介質，集熱板的正面設置有前玻璃支 柱，金屬後殼內設置有後玻璃支柱，集熱板放置在後玻璃支柱上，金屬後殼上設置有抽真空 預留管，玻璃蓋板與金屬後殼間有粘合劑。上述太陽能集熱轉換系統，所述葉脈狀太陽能平板集熱器的導熱管是葉脈狀導熱 管，葉脈狀狀導熱管由主管和與主管聯通的支管構成。上述太陽能集熱轉換系統，所述導熱管是超導熱管，金屬後殼是鋼製殼體。[0012]上述太陽能集熱轉換系統，所述的前玻璃支柱和後玻璃支柱是空心玻璃支柱。上述太陽能集熱轉換系統，所述的熱管放熱端外設置有保溫層。上述太陽能集熱轉換系統，所述的金屬後殼的背面設置有安裝掛槽。本實用新型的葉脈狀太陽能平板集熱器的集熱板懸空在空心玻璃支柱中間，葉脈 狀導熱管內封閉有低沸點介質，集熱板吸收太陽光，將熱量通集熱板傳到導熱管，將導熱管 內的低沸點介質加熱煮沸，熱管放熱端與金屬後殼開口處也進行了保溫和封裝，用粘合劑 將前玻璃蓋板的四邊封裝在金屬後殼上，待粘合劑完全固化後，從抽真空預留管處抽真空， 由於真空透光又保溫，使得在玻璃前蓋與金屬後殼封裝後的葉脈狀導熱管，即能夠有效地 吸收太陽光又保證吸收的熱量不會流失，鋼製後殼體有一定的強度，並有一定的變形能力； 玻璃空心支柱導熱低、透光，並耐靜壓，可以將集熱板夾緊縣浮在真空中。葉脈狀太陽能平 板集熱器太陽能的熱利用率高，這種小的熱容量、低的熱散失、高的導熱性的太陽能產板集 熱器能夠輸出高品質的熱量。將葉脈狀太陽能平板集熱器的熱管放熱端朝上掛裝在建築物 的牆面上，將熱管放熱端與第一管道聯通，這樣熱管放熱端的熱量可以通過第一管道的流 動介質帶到蓄熱箱，將第二管道的流動介質加熱，第二管道的熱介質通過蒸發器將第三管 道內的低沸點介質加熱成蒸汽噴吹到汽輪機上帶動汽輪機轉動，汽輪機可以推動發電機發 電，或壓縮機制熱製冷，而冷凝器上的水管進來的是冷水，出去的是溫水或熱水可以供市民 日常生活使用，節約了能源。本實用瓣型有以下優點1、本實用新型從建築物能耗結構和本系統可以產生的能源結構對應應用入手，結 構化地滿足了建築物的能源需求，創新了太陽能電、熱、冷聯供功能集成設計理念，整個系 統協調運行，以實現太陽能應用的經濟性。2、仿生葉脈狀太陽能平板集熱器，應用了真空保溫、熱管傳熱、葉脈結構、平板集 熱等提高集熱的手段，經過實驗，空載時，當太陽光功率830瓦/平方米時，輸出端溫度可 達225. 8°C ；對水加熱時，實測加熱功率為690瓦/平方米，在高溫下仍保持了 83. 的光 熱轉化高效率，實現了原設計支持100°C --200°C的中溫和真空保溫的預期效果；抗凍，放 在-18°C的冷庫中7天時間，取出後一切正常。結構獨特，適應建築安裝能力強，光熱轉化效 率高，支持100°C --200°C的中溫，真空保溫，抗凍，還對建築物有保溫功能，有利於建築節 能。3、用蓄熱水箱代替蓄電池，以蓄熱代替蓄電，解決了能量的儲存與轉化問題，實現 了能量使用的連續性和可控性，並降低了成本和技術難度。實驗用5. 7升容量的蓄熱箱充 滿88°C熱水，24小時，溫度下降到80°C，保溫性能很好。4、以熱機的機械能直接驅動壓縮機，考慮到能效比的因素，實際製冷效率較溴化 鋰吸收製冷要高一些，而且設備小巧簡單。經實驗，用熱機的機械能驅動小型活塞壓縮機工 作，以此壓縮機為動力的製冷系統實現了製冷。5、本實用新型適應於各種普通建築物的可以產生中溫的太陽能超導熱管式集熱 板將太陽能收集起來，由工作液體將熱量回收、儲存，利用低溫熱機，驅動發電機和壓縮機 進行發電和製冷，餘熱就可以完成供熱，從而提高太陽能應用的經濟性和易用性，為建設零 碳排建築進行有益的探索。
圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是本實用新型的葉脈狀太陽能平板集熱器的結構示意圖；圖3是本實用新型葉脈狀太陽能平板集熱器的拼裝圖；圖4是圖3集熱板的A向視圖；圖5是圖3金屬後殼的B向視圖。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示的一種太陽能集熱轉換系統，由太陽能集熱器 11、蓄熱箱12、蒸發器13、汽輪機14和冷凝器15通過管道依次連接起來，冷凝器15上還設 置有水管19，太陽能集熱器11與蓄熱器12間的第一管道16和蓄熱箱12與蒸發器13之間 的第二管道17內均為高沸點介質，蒸發器13與汽輪機14之間的第三管道18內為低沸點 介質，在第一管道16、第二管道17和第三管道18上設置有輸送泵，所述的太陽能集熱器至 少為一個，可以根據建築物面積不同設置多個太陽能集熱器，每個集熱器都與第一管道連 接，所述的太陽能集熱器是葉脈狀太陽能平板集熱器，所述葉脈狀太陽能平板集熱器包括 密閉的箱體，箱體的蓋板為透明玻璃蓋板，在箱體內設置有集熱板，集熱板的背面設置有導 熱管，導熱管伸出箱體外，所述的箱體包括金屬後殼3和玻璃蓋板1，集熱板2封裝在箱體 內，集熱板的背面設置有導熱管8，導熱管8伸出到金屬後殼外形成熱管放熱端5，導熱管內 裝有低沸點介質，集熱板的正面設置有前玻璃支柱4，金屬後殼內設置有後玻璃支柱10，集 熱板放置在後玻璃支柱10上，金屬後殼上設置有抽真空預留管7，玻璃蓋板與金屬後殼間 有粘合劑，導熱管8是葉脈狀導熱管，葉脈狀狀導熱管由主管8和與主管聯通的支管11構 成，導熱管是超導熱管，金屬後殼是鋼製殼體，前玻璃支柱和後玻璃支柱是空心玻璃支柱， 熱管放熱端外設置有保溫層10，金屬後殼的背面設置有安裝掛槽9。工作過程使用時將本實用新型的太陽能集熱器的熱管放熱端朝上掛裝在建築物 朝著太陽的一面牆體上，將集熱管的熱管放熱端插到第一管道內，這樣葉脈狀太陽能平板 集熱器所吸收的太陽熱能通過熱管放熱端將第一管道內的流動介質加熱，就象是生活中的 「熱得快」一樣第一管道內的流動介質加熱，從而將熱量帶到蓄熱箱，將第二管道的流動介 質加熱，第二管道的熱介質通過蒸發器將第三管道內的低沸點介質加熱成蒸汽噴吹到汽輪 機上帶動汽輪機轉動，汽輪機可以推動發電機發電，或壓縮機制熱製冷，而冷凝器上的水管 進來的是冷水，出去的是溫水或熱水可以供市民日常生活使用，節約了能源。葉脈狀太陽能 平板集熱器背面仿照葉脈的分布放置了若干獨立的導熱管，支路熱管緊貼主幹熱管且相互 聯通，導熱管內為封裝低沸點介質，主幹熱管導出熱量。後殼為鋼製殼體，留有熱管放熱端 開口和抽真空預留口，前蓋為玻璃板，集熱板置於後殼和前蓋之間，並由若干空心玻璃支柱 將集熱板懸空在中間。用粘合劑將前蓋四邊封裝在後殼上，熱管放熱端與後殼開口處也要 進行保溫和封裝，待粘合劑完全固化後，抽真空，仿生葉脈狀太陽能平板集熱器設計就完成 了。工作原理是真空透光又保溫，但容器難設計；仿生葉脈狀太陽能平板集熱器陽光利用 率高，優先考慮；鋼製殼體有一定強度，並有一定的形變能力；玻璃空心支柱導熱低、透光， 並耐靜壓；目的是要將集熱板夾緊懸浮在真空中，小的熱容量、低的熱散失、高的導熱性才 能保證輸出高品質的熱量。[0029]圖1為集熱、循環、蓄熱及熱機系統圖，圖的左半部分為熱收集循環部分。設計思 路為各個集熱器通過熱管放熱端將收集到的太陽能光熱傳遞到集熱管道，熱能由循環管 道被送到蓄熱箱。低溫熱機部分。選擇合適的低溫工作物質和合適的氣動馬達構建高效的低溫熱 機，熱機驅動發電機發電或壓縮機製冷。圖1為集熱、循環、蓄熱及熱機系統圖，圖的右半部分為低溫熱機部分。設計原理 為從蓄熱箱中抽取高溫工作液體，在加熱熱交換器中將低沸點工作物質進行加熱，使其由 高壓低溫液態變為高壓高溫氣態，此高壓高溫氣態推動氣動裝置運轉，輸出機械能，氣動裝 置出口端連接降溫冷凝熱交換器，有利於降低乏汽的溫度，增加溫差、拉大壓差，提高機械 能輸出功率，並使乏汽冷凝為液態，最後由循環泵將液態工作物質重新送到加熱熱交換器 中。本實用新型的控制電路部分。通過控制系統各個工作部分，使其正常協調工作，實 現系統的安全防護。設計思路是根據各點溫度情況，決定集熱循環泵的工作狀態，如集熱 器溫度不高於蓄熱箱溫度5°C時，循環泵停止工作；根據是(否)需要空調，開(關)熱機 和壓縮機的之間的離合器；蓄熱箱溫度低於90°C時，熱機停止工作。換熱器部分，熱機以熱水為動力進行運轉，需要多個換熱器提供高低壓工作氣體， 加熱熱交換器採用對流套管式換熱器或殼管式換熱器，以充分利用熱能；降溫冷凝換熱器 採用表面潤溼蒸髮式換熱器，以達到更好的降溫效果。本發明人研究太陽池發電和熱管等太陽能應用技術，並針對目前建築物能量消耗 現狀，考慮能否設計一套在城市的建築物上應用、適應各種建築造型、低成本、高效的太陽 能光熱應用系統，其原理是利用牆壁和屋頂的表面將太陽能吸收並轉化為熱能，熱能轉化 為機械能，機械能可以推動發電機發電，或壓縮機制熱製冷。這樣還解決了能量儲存問題， 電能儲存成本高，而熱能的儲存成本低、技術要求低，把電的儲存問題轉化為熱的儲存問 題。
權利要求一種太陽能集熱轉換系統，其特徵在於由太陽能集熱器、蓄熱箱、蒸發器、汽輪機和冷凝器通過管道依次連接起來，冷凝器上還設置有水管，太陽能集熱器與蓄熱器間的第一管道和蓄熱箱與蒸發器之間的第二管道內均為高沸點介質，蒸發器與汽輪機之間的第三管道內為低沸點介質，在第一管道、第二管道和第三管道上設置有輸送泵。
2.根據權利要求1所述的太陽能集熱轉換系統，其特徵在於所述的太陽能集熱器至 少為一個。
3.根據權利要求2所述的太陽能集熱轉換系統，其特徵在於所述的太陽能集熱器是 葉脈狀太陽能平板集熱器。
4.根據權利要求3所述的太陽能集熱轉換系統，其特徵在於所述葉脈狀太陽能平板 集熱器包括密閉的箱體，箱體的蓋板為透明玻璃蓋板，在箱體內設置有集熱板，集熱板的背 面設置有導熱管，導熱管伸出箱體外。
5.根據權利要求4所述的太陽能集熱轉換系統，其特徵在於所述的箱體包括金屬後 殼(3)和玻璃蓋板(1)，集熱板(2)封裝在箱體內，集熱板的背面設置有導熱管(8)，導熱管 (8)伸出到金屬後殼外形成熱管放熱端(5)，熱管放熱端(5)與第一管道聯通，導熱管內裝 有低沸點介質，集熱板的正面設置有前玻璃支柱(4)，金屬後殼內設置有後玻璃支柱(10)， 集熱板放置在後玻璃支柱(10)上，金屬後殼上設置有抽真空預留管(7)，玻璃蓋板與金屬 後殼間有粘合劑。
6.根據權利要求5所述的太陽能集熱轉換系統，其特徵在於所述葉脈狀太陽能平板 集熱器的導熱管(8)是葉脈狀導熱管，葉脈狀狀導熱管由主管(8)和與主管聯通的支管 (11)構成。
7.根據權利要求6所述的太陽能集熱轉換系統，其特徵在於所述導熱管(8)是超導 熱管，金屬後殼是鋼製殼體。
8.根據權利要求7所述的太陽能集熱轉換系統，其特徵在於所述的前玻璃支柱和後 玻璃支柱是空心玻璃支柱。
9.根據權利要求8所述的太陽能集熱轉換系統，其特徵在於所述的熱管放熱端外設 置有保溫層(10)。
10.根據權利要求9所述的太陽能集熱轉換系統，其特徵在於所述的金屬後殼的背面 設置有安裝掛槽(9)。
專利摘要本實用新型公開一種太陽能集熱轉換系統，由太陽能集熱器、蓄熱箱、蒸發器、汽輪機和冷凝器通過管道依次連接起來，冷凝器上還設置有水管，太陽能集熱器與蓄熱器間的第一管道和蓄熱箱與蒸發器之間的第二管道內均為高沸點介質，蒸發器與汽輪機之間的第三管道內為低沸點介質，在第一管道、第二管道和第三管道上設置有輸送泵。本實用新型從建築物能耗結構和本系統可以產生的能源結構對應應用入手，結構化地滿足了建築物的能源需求，創新了太陽能電、熱、冷聯供功能集成設計理念，整個系統協調運行，以實現太陽能應用的經濟性。結構獨特，適應建築安裝能力強，光熱轉化效率高，支持100℃--200℃的中溫，真空保溫，抗凍，還對建築物有保溫功能，有利於建築節能。
文檔編號F03G6/06GK201615034SQ20102012001
公開日2010年10月27日 申請日期2010年2月26日 優先權日2010年2月26日
發明者丁文思, 劉長欣, 肖夏傑, 馬健, 馬君捷 申請人:馬健