一種太陽(yáng)能集熱輸送裝置制造方法
【專利摘要】太陽(yáng)能采暖是降低日益增加的建筑能耗、使城村享有同等采暖舒適度的既環(huán)保又有效的手段，但現(xiàn)有集熱方式集熱面積大、傳熱效率低、與建筑集成的靈活度低。本發(fā)明提出一種新型的無(wú)機(jī)械功消耗的太陽(yáng)能建筑采暖集熱傳輸系統(tǒng)，主要由復(fù)合拋物面聚光集熱器、多蒸發(fā)器并聯(lián)的環(huán)路熱管及用戶熱水系統(tǒng)組成。采用復(fù)合拋物面聚光器，通過(guò)純聚光實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的高效聚集；通過(guò)環(huán)路熱管并聯(lián)的多個(gè)蒸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)熱量的高效收集；利用環(huán)路熱管多蒸發(fā)器毛細(xì)芯的毛細(xì)抽吸力實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)械功消耗的太陽(yáng)能熱驅(qū)動(dòng)；利用封閉空間工質(zhì)的循環(huán)相變，實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷太陽(yáng)能熱能的高效、長(zhǎng)距離、多角度傳輸，從而實(shí)現(xiàn)低溫太陽(yáng)能的高效聚集和傳輸。
【專利說(shuō)明】一種太陽(yáng)能集熱輸送裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及太陽(yáng)能建筑采暖領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)建筑總量和居住舒適度的提升，建筑耗能已與工業(yè)耗能、交通耗能并列，成為能源消耗的三大耗能大戶，其中建筑采暖的能耗約占建筑總能耗的40%，降低建筑能耗成為國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的能源重點(diǎn)領(lǐng)域。
[0003]太陽(yáng)能采暖是降低日益增加的建筑能耗、使城村享有同等采暖舒適度的既環(huán)保又有效的手段，太陽(yáng)能建筑采暖屬于太陽(yáng)能低溫?zé)崂茫潢P(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)時(shí)空分布不均的低熱流密度太陽(yáng)能的有效收集及無(wú)外加驅(qū)動(dòng)力的長(zhǎng)距離可靠輸送。
[0004]現(xiàn)有的太陽(yáng)能集熱裝置主要有:①平板型或熱管真空管-平板型，其集熱能力的提高主要通過(guò)增大集熱板面積，這必然引起巨大的熱損失，并且施工位置主要在屋頂，而有限的屋頂面積也制約了集熱能力的提高。②采用聚光器，此方法是太陽(yáng)能高溫?zé)崂弥械年P(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)提高聚光倍數(shù)、大幅減小集熱面積從而降低熱損失而實(shí)現(xiàn)高的集熱溫度。聚光器主要有成像和非成像兩類，前者的會(huì)聚比因成像象差的存在而大大下降；后者放棄成像要求而具有純聚光能力，是太陽(yáng)能集熱的理想方式。非成像聚光系統(tǒng)按照原理不同，主要有菲涅爾透鏡折射聚光和拋物面反射聚光兩種。前者為了減小焦斑面積提高聚光器準(zhǔn)確度，對(duì)鏡面的加工精度要求很高，要獲得高聚光能力一般都要使用成本較高的太陽(yáng)能跟蹤裝置。對(duì)于不需要很高聚光比而同時(shí)看重聚光器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的難易性和經(jīng)濟(jì)性的太陽(yáng)能應(yīng)用場(chǎng)合，拋物面反射聚光系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)。
[0005]現(xiàn)有的太陽(yáng)能低溫?zé)醾鬏敺椒ㄖ饕酗@熱傳遞(如常以水為介質(zhì))、潛熱傳遞(如熱管技術(shù)，以低溫工質(zhì)相變傳熱)。前者熱傳遞效率低，后者存在凍管、熱管放置方位要求嚴(yán)格、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不靈活的缺點(diǎn)。
[0006]因此，在太陽(yáng)能建筑采暖領(lǐng)域，缺乏一種集太陽(yáng)能熱量高效收集及傳輸于一體且結(jié)構(gòu)靈活的有效裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明在聚光集熱與毛細(xì)驅(qū)動(dòng)相變傳熱的太陽(yáng)能集輸新思路的基礎(chǔ)上，提出一種新型的無(wú)機(jī)械功消耗的太陽(yáng)能建筑采暖集熱傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了非跟蹤復(fù)合拋物面聚光技術(shù)，非平面太陽(yáng)能吸收集熱技術(shù)、多蒸發(fā)器環(huán)路熱管熱傳輸技術(shù)。采用復(fù)合拋物面聚光器，通過(guò)純聚光實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)輻射能的高效聚集；通過(guò)環(huán)路熱管并聯(lián)的多個(gè)蒸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)熱量的高效收集；利用環(huán)路熱管多蒸發(fā)器毛細(xì)芯的毛細(xì)抽吸力實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)械功消耗的太陽(yáng)能熱驅(qū)動(dòng)；利用封閉空間工質(zhì)的循環(huán)相變，實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷太陽(yáng)能熱能的高效、長(zhǎng)距離、多角度傳輸，從而實(shí)現(xiàn)低溫太陽(yáng)能的高效聚集和傳輸。
[0008]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]基于多蒸發(fā)器環(huán)路熱管和復(fù)合拋物面聚光器的太陽(yáng)能集輸系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能集熱部分、太陽(yáng)能熱傳輸部分、儲(chǔ)熱箱(即用戶熱水系統(tǒng))。其中，太陽(yáng)能熱傳輸部分包括多蒸發(fā)器環(huán)路熱管，所述多蒸發(fā)器環(huán)路熱管的一端裝配于所述太陽(yáng)能集熱部分內(nèi)，另一端裝配于所述儲(chǔ)熱箱內(nèi)。
[0010]進(jìn)一步地，所述多蒸發(fā)器環(huán)路熱管包括裝配于太陽(yáng)能集熱部分的多個(gè)蒸發(fā)器、裝配于儲(chǔ)熱箱內(nèi)的冷凝器，還包括液體補(bǔ)償器、蒸汽管路和液體管路，所述蒸發(fā)器、補(bǔ)償器和冷凝器通過(guò)蒸汽管路與液體管路連接形成閉式環(huán)路。
[0011]進(jìn)一步地，所述太陽(yáng)能集熱部分采用復(fù)合拋物面聚光集熱器，包括若干個(gè)并聯(lián)的復(fù)合拋物面反射槽及吸收太陽(yáng)光輻射能的吸收器。
[0012]進(jìn)一步地，所述復(fù)合拋物面反射槽外部包裝隔熱材料，拋物面反射槽開(kāi)口部位覆蓋透明玻璃。
[0013]進(jìn)一步地，所述吸收太陽(yáng)光輻射能的吸收器由并聯(lián)的環(huán)路熱管圓柱形蒸發(fā)器以及附著在其上的吸熱涂層組成。
[0014]進(jìn)一步地，所述蒸發(fā)器和補(bǔ)償器通過(guò)內(nèi)部的多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱力和水力連接。
[0015]進(jìn)一步地，所述多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)為鎳粉燒結(jié)毛細(xì)芯。
[0016]進(jìn)一步地，所述太陽(yáng)能集熱部分還包括用于支撐所述吸收器的固定裝置。
[0017]進(jìn)一步地，所述冷凝器的形狀為利于散熱的蛇形管。
[0018]進(jìn)一步地，所述冷凝器的外壁可增設(shè)翅片或肋結(jié)構(gòu)。
[0019]進(jìn)一步地，所述多蒸發(fā)器環(huán)路熱管殼體材料為不銹鋼，所述多蒸發(fā)器環(huán)路熱管的內(nèi)部工質(zhì)為氨，外部纏繞保溫材料。
[0020]進(jìn)一步地，所述的基于多蒸發(fā)器環(huán)路熱管和復(fù)合拋物面聚光器的太陽(yáng)能集輸系統(tǒng)還包括裝配于儲(chǔ)熱箱內(nèi)的電力輔助加熱裝置。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]①采用非成像聚光技術(shù)，通過(guò)提高聚光倍數(shù)、大幅減小集熱面積從而降低熱損失而實(shí)現(xiàn)了比平板集熱器高的多的集熱溫度，在減少了集熱器占地面積的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)空分布不均的低熱流密度太陽(yáng)能的有效聚集。
[0023]②采用復(fù)合拋物面聚光器作為集熱裝置，無(wú)需復(fù)雜跟蹤裝置及機(jī)電控制，就可實(shí)現(xiàn)全天高聚光，減少了裝置的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
[0024]③采用環(huán)路熱管技術(shù)，利用兩相閉式循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的相變換熱，實(shí)現(xiàn)了熱量的高效傳輸。
[0025]④采用多蒸發(fā)器環(huán)路熱管和復(fù)合拋物面聚光器結(jié)合，環(huán)路熱管的蒸發(fā)器同時(shí)是復(fù)合拋物面聚光器的吸熱器，取消了二次傳熱以及現(xiàn)有太陽(yáng)能集輸設(shè)備之間的機(jī)械連接，提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0026]⑤環(huán)路熱管采用并聯(lián)的多蒸發(fā)器，增加了太陽(yáng)能吸熱器數(shù)量，提高了集熱總負(fù)荷。
[0027]⑥環(huán)路熱管蒸發(fā)器內(nèi)部采用金屬燒結(jié)的多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)，熱驅(qū)動(dòng)依靠毛細(xì)壓力，氣、液傳輸管路分離，不必克服氣液攜帶阻力而取消了對(duì)氣、液傳輸管路長(zhǎng)度的限制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)械驅(qū)動(dòng)的長(zhǎng)距離等溫傳輸。
[0028]⑦選配的輔助加熱裝置，能滿足冬季、陰雨天等太陽(yáng)能供熱不足或供熱負(fù)荷變化大等場(chǎng)合下的供暖要求。
[0029]總之，基于多蒸發(fā)器環(huán)路熱管和復(fù)合拋物面聚光器的太陽(yáng)能集輸系統(tǒng)具有集熱溫度高、熱損失小、傳熱能力強(qiáng)、無(wú)機(jī)械功消耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布置靈活，系統(tǒng)的可靠性高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是太陽(yáng)能集輸系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖
[0031]圖2是多蒸發(fā)器并聯(lián)環(huán)路熱管結(jié)構(gòu)示意圖
[0032]圖3是蒸發(fā)器與補(bǔ)償器的軸向截面圖
[0033]圖4是復(fù)合拋物面聚光器的截面圖
[0034]圖5是集熱部分局部圖
[0035]圖中:1一復(fù)合拋物面聚光器；2—多蒸發(fā)器環(huán)路熱管；3—儲(chǔ)熱箱；4一蒸發(fā)器；5—補(bǔ)償器；6—液體管路；7—冷凝器；8—?dú)怏w管路；9一復(fù)合拋物面反射槽體；10—圓柱形表面吸收體；11一吸收體固定裝置；12—凹面拋物面；13—圓柱形漸開(kāi)面；14—吸熱涂層；15—透明玻璃；16—?dú)怏w移出槽道；17—多孔毛細(xì)芯體；18—水箱內(nèi)膽；19—水箱保溫層；20—水箱外殼；21—出水口 ；22—回水口 ；23—電力輔助加熱裝置
【具體實(shí)施方式】
[0036]如圖1所示，本發(fā)明的一種基于多蒸發(fā)器環(huán)路熱管和復(fù)合拋物面聚光器的太陽(yáng)能集輸系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能集熱部分、太陽(yáng)能熱傳輸部分和儲(chǔ)熱箱，所述太陽(yáng)能熱傳輸部分由多蒸發(fā)器環(huán)路熱管構(gòu)成，同時(shí)作為集熱系統(tǒng)和用戶熱水系統(tǒng)的紐帶。
[0037]太陽(yáng)能集熱部分由多個(gè)復(fù)合拋物面聚光器組成，每個(gè)聚光器包括如圖5所示的復(fù)合拋物面反射槽體、圓柱形表面吸收體和吸收體固定裝置。
[0038]復(fù)合拋物面聚光器的面型如圖4所示，以環(huán)路熱管圓柱形蒸發(fā)器為太陽(yáng)光輻射能的吸收器，反射面采用凹面拋物面和圓柱形漸開(kāi)面的組合。凹面拋物面主要將入射角下的太陽(yáng)光線通過(guò)多次反射至吸收器表面，漸開(kāi)面設(shè)計(jì)保證使設(shè)定入射角內(nèi)的所有光線全部進(jìn)入吸收體，從而達(dá)到最大理論會(huì)聚比，實(shí)現(xiàn)時(shí)空分布不均的低熱流密度太陽(yáng)能的高效收集。
[0039]復(fù)合拋物面聚光器的若干個(gè)圓柱形表面吸收體通過(guò)所述吸收體固定裝置并排固定連接，每個(gè)吸收體表面涂覆吸熱涂層，復(fù)合拋物面槽體的兩端及上部覆蓋透明玻璃，減少熱量散失。
[0040]圓柱形表面吸收體的固定裝置采用支撐式，通過(guò)連接在復(fù)合拋物面槽體上的支撐架固定吸收體的兩端，使其與復(fù)合拋物面保持合適間距。
[0041]所述多蒸發(fā)器環(huán)路熱管是將太陽(yáng)能集熱部分吸收的熱量高效地傳遞到儲(chǔ)熱箱中并對(duì)采暖工質(zhì)進(jìn)行加熱的裝置。如圖2所示，它包括裝配于太陽(yáng)能集熱部分內(nèi)的多個(gè)并聯(lián)的蒸發(fā)器、蒸發(fā)器相鄰的補(bǔ)償器、裝配于儲(chǔ)熱箱內(nèi)的冷凝器、還包括蒸汽管路和液體管路，所述蒸發(fā)器和冷凝器通過(guò)蒸汽管路與液體管路連接形成環(huán)路。蒸發(fā)器和補(bǔ)償器內(nèi)包含金屬粉末燒結(jié)而成的多孔毛細(xì)芯體。所述冷凝器插入所述儲(chǔ)熱箱的內(nèi)部。
[0042]工作時(shí)，當(dāng)接收角范圍內(nèi)的入射太陽(yáng)光照射到復(fù)合拋物面上，經(jīng)過(guò)反射，所有光線均匯聚到圓柱形吸收體表面，即并聯(lián)多蒸發(fā)器環(huán)路熱管的蒸發(fā)器表面上。在多蒸發(fā)器環(huán)路熱管系統(tǒng)中，會(huì)聚在蒸發(fā)器外壁上的熱量，通過(guò)壁面導(dǎo)熱傳遞給蒸發(fā)器內(nèi)毛細(xì)芯，同時(shí)加熱毛細(xì)芯中的液體工質(zhì)，使之蒸發(fā)乃至沸騰，經(jīng)由導(dǎo)熱、對(duì)流、相變換熱帶走施加在蒸發(fā)器壁上的熱量。產(chǎn)生的氣體通過(guò)氣體移出槽道匯聚到氣體管路中，以一定的流速在管內(nèi)流動(dòng)。蒸汽抵達(dá)冷凝器后將熱量釋放到儲(chǔ)熱箱中，對(duì)水進(jìn)行加熱，同時(shí)，環(huán)路熱管的內(nèi)部工質(zhì)受到冷卻，并沿著液體管路回流到蒸發(fā)器。儲(chǔ)熱箱中受熱的水通過(guò)暖氣管道，持續(xù)為住宅供熱。如此循環(huán)往復(fù)，在毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)下完成熱量傳輸，無(wú)需外力驅(qū)動(dòng)。
[0043]進(jìn)一步地，環(huán)路熱管殼體由不銹鋼材料制成，工質(zhì)為液氨，毛細(xì)結(jié)構(gòu)選用鎳粉燒結(jié)的多孔芯。
[0044]其中，蒸發(fā)器和補(bǔ)償器通過(guò)內(nèi)部的毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱力和水力連接，如圖3所示。為了降低毛細(xì)芯制造成本，在蒸發(fā)器和芯體設(shè)計(jì)上做了兩點(diǎn)考慮:第一，蒸汽移出槽道不在芯體上成型，而采用線切割方式在蒸發(fā)器內(nèi)壁成型；第二，芯體的形狀采用機(jī)加工的方式在燒結(jié)后的芯體圓柱面上成型。這樣既降低了模具的制造成本，也可以根據(jù)要求制造出不同尺寸和形狀的芯體。
[0045]所述冷凝器可以根據(jù)需要加工成任意形狀，包括但不限于蛇形管、螺旋盤(pán)管等常見(jiàn)形狀。所述冷凝管的外壁面可以是光滑壁面，也可以采用換熱翅片或肋結(jié)構(gòu)等強(qiáng)化換熱效果。
[0046]為減少熱損失，儲(chǔ)熱箱設(shè)計(jì)為三層結(jié)構(gòu)，分別為水箱內(nèi)膽、水箱保溫層以及水箱外殼。儲(chǔ)熱箱設(shè)出水口、回水口，以供太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)中的熱水循環(huán)。水箱內(nèi)膽一般采用不銹鋼焊接而成，保溫層采用充填發(fā)泡保溫材料，外殼多用鍍鋁鋅板或彩鋼板。
[0047]為滿足冬季、陰雨天、用戶熱負(fù)荷變化等場(chǎng)合的供暖需求，儲(chǔ)熱器通常選配電力輔助加熱裝置。電力輔助加熱裝置可采用電加熱管加熱與電磁加熱兩種方式。
[0048]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡(jiǎn)單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型的無(wú)機(jī)械功消耗的太陽(yáng)能建筑采暖集熱傳輸系統(tǒng)，主要由太陽(yáng)能集熱部分、太陽(yáng)能熱傳輸部分和儲(chǔ)熱箱組成，其特征是:太陽(yáng)能集熱部分采用復(fù)合拋物面聚光集熱器，以環(huán)路熱管圓柱形蒸發(fā)器為太陽(yáng)光輻射能的吸收器，反射面采用凹面拋物面和圓柱形漸開(kāi)面的組合，通過(guò)提高聚光倍數(shù)、大幅減小集熱面積從而降低熱損失而實(shí)現(xiàn)時(shí)空分布不均的低熱流密度太陽(yáng)能的高效聚集。太陽(yáng)能熱傳輸部分由多蒸發(fā)器并聯(lián)的環(huán)路熱管組成，同時(shí)作為集熱部分和儲(chǔ)熱箱的紐帶，通過(guò)環(huán)路熱管并聯(lián)的多個(gè)蒸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)熱量的高效收集；利用環(huán)路熱管多蒸發(fā)器毛細(xì)芯的毛細(xì)抽吸力實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)械功消耗的太陽(yáng)能熱驅(qū)動(dòng)；利用封閉空間工質(zhì)的循環(huán)相變，實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷太陽(yáng)能熱能的高效、長(zhǎng)距離、多角度傳輸，從而實(shí)現(xiàn)低溫太陽(yáng)能的高效聚集和傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能集熱輸送系統(tǒng)，其特征是:多蒸發(fā)器環(huán)路熱管包括裝配于太陽(yáng)能集熱部分的多個(gè)蒸發(fā)器、裝配于儲(chǔ)熱箱內(nèi)的冷凝器，還包括液體補(bǔ)償器、蒸汽管路和液體管路，所述蒸發(fā)器、補(bǔ)償器和冷凝器通過(guò)蒸汽管路與液體管路連接形成閉式環(huán)路。儲(chǔ)熱箱內(nèi)設(shè)有電力輔助加熱裝置。
【文檔編號(hào)】F24J2/00GK103954048SQ201410221571
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】曲燕, 張坤峰, 謝鵬, 尹鵬, 杜愛(ài)勛, 王君 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)