CN201615034U - 太阳能集热转换系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种太阳能集热转换系统，由太阳能集热器、蓄热箱、蒸发器、汽轮机和冷凝器通过管道依次连接起来，冷凝器上还设置有水管，太阳能集热器与蓄热器间的第一管道和蓄热箱与蒸发器之间的第二管道内均为高沸点介质，蒸发器与汽轮机之间的第三管道内为低沸点介质，在第一管道、第二管道和第三管道上设置有输送泵。本实用新型从建筑物能耗结构和本系统可以产生的能源结构对应应用入手，结构化地满足了建筑物的能源需求，创新了太阳能电、热、冷联供功能集成设计理念，整个系统协调运行，以实现太阳能应用的经济性。结构独特，适应建筑安装能力强，光热转化效率高，支持100℃--200℃的中温，真空保温，抗冻，还对建筑物有保温功能，有利于建筑节能。
Description
技术领域
本实用新型属太阳能领域，具体的说是涉及一种应用在城市的建筑物上的太阳能集热转换系统。
背景技术
目前，建筑物所消耗的能源，如电能、热(冷)能、燃油等，绝大部分来自于矿物能源，但由于地球上矿物能源储量有限，终将枯竭，同时在消耗过程中又伴随有CO2、SO2、NOX大量排放，致使全球气候逐渐变暖、生态环境遭到破坏，影响人类健康和可持续发展，人类社会面临着能源短缺与环境污染双重压力。而太阳能是分布广泛、取之不尽、用之不竭的清洁环保能源。在能源匮乏问题日益突出的今天，太阳能开发利用巳成为实现能源可持续发展的重点，太阳能光热及太阳能光伏是近年来研究应用的热点，但是太阳能光伏发电的成本高达普通煤电成本的6至8倍。我们调查发现：不仅仅是家庭，连同学校、医院、宾馆、办公大楼等的能耗结构都大致有这样一个规律：涉及冷暖的内能消耗巨大，电能不可或缺。太阳光热在太阳能应用方面用途比较单一，主要是太阳能热水器，太阳能热发电在城市建筑物上的应用受到安装条件的限制。
发明内容
本实用新型的目的就在于克服上述不足提供一种太阳能集热转换系统。
本实用新型的目的可通过以下技术方案来实现：
一种太阳能集热转换系统，由太阳能集热器、蓄热箱、蒸发器、汽轮机和冷凝器通过管道依次连接起来，冷凝器上还设置有水管，太阳能集热器与蓄热器间的第一管道和蓄热箱与蒸发器之间的第二管道内均为高沸点介质，蒸发器与汽轮机之间的第三管道内为低沸点介质，在第一管道、第二管道和第三管道上设置有输送泵。
上述太阳能集热转换系统，所述的太阳能集热器至少为一个。
上述太阳能集热转换系统，所述的太阳能集热器是叶脉状太阳能平板集热器。
上述太阳能集热转换系统，所述叶脉状太阳能平板集热器包括密闭的箱体，箱体的盖板为透明玻璃盖板，在箱体内设置有集热板，集热板的背面设置有导热管，导热管伸出箱体外。
上述太阳能集热转换系统，所述的箱体包括金属后壳(3)和玻璃盖板(1)，集热板(2)封装在箱体内，集热板的背面设置有导热管，导热管伸出到金属后壳外形成热管放热端，热管放热端与第一管道联通，导热管内装有低沸点介质，集热板的正面设置有前玻璃支柱，金属后壳内设置有后玻璃支柱，集热板放置在后玻璃支柱上，金属后壳上设置有抽真空预留管，玻璃盖板与金属后壳间有粘合剂。
上述太阳能集热转换系统，所述叶脉状太阳能平板集热器的导热管是叶脉状导热管，叶脉状状导热管由主管和与主管联通的支管构成。
上述太阳能集热转换系统，所述导热管是超导热管，金属后壳是钢制壳体。
上述太阳能集热转换系统，所述的前玻璃支柱和后玻璃支柱是空心玻璃支柱。
上述太阳能集热转换系统，所述的热管放热端外设置有保温层。
上述太阳能集热转换系统，所述的金属后壳的背面设置有安装挂槽。
本实用新型的叶脉状太阳能平板集热器的集热板悬空在空心玻璃支柱中间，叶脉状导热管内封闭有低沸点介质，集热板吸收太阳光，将热量通集热板传到导热管，将导热管内的低沸点介质加热煮沸，热管放热端与金属后壳开口处也进行了保温和封装，用粘合剂将前玻璃盖板的四边封装在金属后壳上，待粘合剂完全固化后，从抽真空预留管处抽真空，由于真空透光又保温，使得在玻璃前盖与金属后壳封装后的叶脉状导热管，即能够有效地吸收太阳光又保证吸收的热量不会流失，钢制后壳体有一定的强度，并有一定的变形能力；玻璃空心支柱导热低、透光，并耐静压，可以将集热板夹紧县浮在真空中。叶脉状太阳能平板集热器太阳能的热利用率高，这种小的热容量、低的热散失、高的导热性的太阳能产板集热器能够输出高品质的热量。将叶脉状太阳能平板集热器的热管放热端朝上挂装在建筑物的墙面上，将热管放热端与第一管道联通，这样热管放热端的热量可以通过第一管道的流动介质带到蓄热箱，将第二管道的流动介质加热，第二管道的热介质通过蒸发器将第三管道内的低沸点介质加热成蒸汽喷吹到汽轮机上带动汽轮机转动，汽轮机可以推动发电机发电，或压缩机制热制冷，而冷凝器上的水管进来的是冷水，出去的是温水或热水可以供市民日常生活使用，节约了能源。
本实用瓣型有以下优点：
1、本实用新型从建筑物能耗结构和本系统可以产生的能源结构对应应用入手，结构化地满足了建筑物的能源需求，创新了太阳能电、热、冷联供功能集成设计理念，整个系统协调运行，以实现太阳能应用的经济性。
2、仿生叶脉状太阳能平板集热器，应用了真空保温、热管传热、叶脉结构、平板集热等提高集热的手段，经过实验，空载时，当太阳光功率830瓦/平方米时，输出端温度可达225.8℃；对水加热时，实测加热功率为690瓦/平方米，在高温下仍保持了83.1％的光热转化高效率，实现了原设计支持100℃--200℃的中温和真空保温的预期效果；抗冻，放在-18℃的冷库中7天时间，取出后一切正常。结构独特，适应建筑安装能力强，光热转化效率高，支持100℃--200℃的中温，真空保温，抗冻，还对建筑物有保温功能，有利于建筑节能。
3、用蓄热水箱代替蓄电池，以蓄热代替蓄电，解决了能量的储存与转化问题，实现了能量使用的连续性和可控性，并降低了成本和技术难度。实验用5.7升容量的蓄热箱充满88℃热水，24小时，温度下降到80℃，保温性能很好。
4、以热机的机械能直接驱动压缩机，考虑到能效比的因素，实际制冷效率较溴化锂吸收制冷要高一些，而且设备小巧简单。经实验，用热机的机械能驱动小型活塞压缩机工作，以此压缩机为动力的制冷系统实现了制冷。
5、本实用新型适应于各种普通建筑物的可以产生中温的太阳能超导热管式集热板将太阳能收集起来，由工作液体将热量回收、储存，利用低温热机，驱动发电机和压缩机进行发电和制冷，余热就可以完成供热，从而提高太阳能应用的经济性和易用性，为建设零碳排建筑进行有益的探索。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的叶脉状太阳能平板集热器的结构示意图；
图3是本实用新型叶脉状太阳能平板集热器的拼装图；
图4是图3集热板的A向视图；
图5是图3金属后壳的B向视图。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4和图5所示的一种太阳能集热转换系统，由太阳能集热器11、蓄热箱12、蒸发器13、汽轮机14和冷凝器15通过管道依次连接起来，冷凝器15上还设置有水管19，太阳能集热器11与蓄热器12间的第一管道16和蓄热箱12与蒸发器13之间的第二管道17内均为高沸点介质，蒸发器13与汽轮机14之间的第三管道18内为低沸点介质，在第一管道16、第二管道17和第三管道18上设置有输送泵，所述的太阳能集热器至少为一个，可以根据建筑物面积不同设置多个太阳能集热器，每个集热器都与第一管道连接，所述的太阳能集热器是叶脉状太阳能平板集热器，所述叶脉状太阳能平板集热器包括密闭的箱体，箱体的盖板为透明玻璃盖板，在箱体内设置有集热板，集热板的背面设置有导热管，导热管伸出箱体外，所述的箱体包括金属后壳3和玻璃盖板1，集热板2封装在箱体内，集热板的背面设置有导热管8，导热管8伸出到金属后壳外形成热管放热端5，导热管内装有低沸点介质，集热板的正面设置有前玻璃支柱4，金属后壳内设置有后玻璃支柱10，集热板放置在后玻璃支柱10上，金属后壳上设置有抽真空预留管7，玻璃盖板与金属后壳间有粘合剂，导热管8是叶脉状导热管，叶脉状状导热管由主管8和与主管联通的支管11构成，导热管是超导热管，金属后壳是钢制壳体，前玻璃支柱和后玻璃支柱是空心玻璃支柱，热管放热端外设置有保温层10，金属后壳的背面设置有安装挂槽9。
工作过程：使用时将本实用新型的太阳能集热器的热管放热端朝上挂装在建筑物朝着太阳的一面墙体上，将集热管的热管放热端插到第一管道内，这样叶脉状太阳能平板集热器所吸收的太阳热能通过热管放热端将第一管道内的流动介质加热，就象是生活中的“热得快”一样第一管道内的流动介质加热，从而将热量带到蓄热箱，将第二管道的流动介质加热，第二管道的热介质通过蒸发器将第三管道内的低沸点介质加热成蒸汽喷吹到汽轮机上带动汽轮机转动，汽轮机可以推动发电机发电，或压缩机制热制冷，而冷凝器上的水管进来的是冷水，出去的是温水或热水可以供市民日常生活使用，节约了能源。叶脉状太阳能平板集热器背面仿照叶脉的分布放置了若干独立的导热管，支路热管紧贴主干热管且相互联通，导热管内为封装低沸点介质，主干热管导出热量。后壳为钢制壳体，留有热管放热端开口和抽真空预留口，前盖为玻璃板，集热板置于后壳和前盖之间，并由若干空心玻璃支柱将集热板悬空在中间。用粘合剂将前盖四边封装在后壳上，热管放热端与后壳开口处也要进行保温和封装，待粘合剂完全固化后，抽真空，仿生叶脉状太阳能平板集热器设计就完成了。工作原理是：真空透光又保温，但容器难设计；仿生叶脉状太阳能平板集热器阳光利用率高，优先考虑；钢制壳体有一定强度，并有一定的形变能力；玻璃空心支柱导热低、透光，并耐静压；目的是要将集热板夹紧悬浮在真空中，小的热容量、低的热散失、高的导热性才能保证输出高品质的热量。
图1为集热、循环、蓄热及热机系统图，图的左半部分为热收集循环部分。设计思路为：各个集热器通过热管放热端将收集到的太阳能光热传递到集热管道，热能由循环管道被送到蓄热箱。
低温热机部分。选择合适的低温工作物质和合适的气动马达构建高效的低温热机，热机驱动发电机发电或压缩机制冷。
图1为集热、循环、蓄热及热机系统图，图的右半部分为低温热机部分。设计原理为：从蓄热箱中抽取高温工作液体，在加热热交换器中将低沸点工作物质进行加热，使其由高压低温液态变为高压高温气态，此高压高温气态推动气动装置运转，输出机械能，气动装置出口端连接降温冷凝热交换器，有利于降低乏汽的温度，增加温差、拉大压差，提高机械能输出功率，并使乏汽冷凝为液态，最后由循环泵将液态工作物质重新送到加热热交换器中。
本实用新型的控制电路部分。通过控制系统各个工作部分，使其正常协调工作，实现系统的安全防护。设计思路是：根据各点温度情况，决定集热循环泵的工作状态，如集热器温度不高于蓄热箱温度5℃时，循环泵停止工作；根据是(否)需要空调，开(关)热机和压缩机的之间的离合器；蓄热箱温度低于90℃时，热机停止工作。
换热器部分，热机以热水为动力进行运转，需要多个换热器提供高低压工作气体，加热热交换器采用对流套管式换热器或壳管式换热器，以充分利用热能；降温冷凝换热器采用表面润湿蒸发式换热器，以达到更好的降温效果。
本发明人研究太阳池发电和热管等太阳能应用技术，并针对目前建筑物能量消耗现状，考虑能否设计一套在城市的建筑物上应用、适应各种建筑造型、低成本、高效的太阳能光热应用系统，其原理是：利用墙壁和屋顶的表面将太阳能吸收并转化为热能，热能转化为机械能，机械能可以推动发电机发电，或压缩机制热制冷。这样还解决了能量储存问题，电能储存成本高，而热能的储存成本低、技术要求低，把电的储存问题转化为热的储存问题。
Claims (10)
1.一种太阳能集热转换系统，其特征在于：由太阳能集热器、蓄热箱、蒸发器、汽轮机和冷凝器通过管道依次连接起来，冷凝器上还设置有水管，太阳能集热器与蓄热器间的第一管道和蓄热箱与蒸发器之间的第二管道内均为高沸点介质，蒸发器与汽轮机之间的第三管道内为低沸点介质，在第一管道、第二管道和第三管道上设置有输送泵。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热转换系统，其特征在于：所述的太阳能集热器至少为一个。
3.根据权利要求2所述的太阳能集热转换系统，其特征在于：所述的太阳能集热器是叶脉状太阳能平板集热器。
4.根据权利要求3所述的太阳能集热转换系统，其特征在于：所述叶脉状太阳能平板集热器包括密闭的箱体，箱体的盖板为透明玻璃盖板，在箱体内设置有集热板，集热板的背面设置有导热管，导热管伸出箱体外。
5.根据权利要求4所述的太阳能集热转换系统，其特征在于：所述的箱体包括金属后壳(3)和玻璃盖板(1)，集热板(2)封装在箱体内，集热板的背面设置有导热管(8)，导热管(8)伸出到金属后壳外形成热管放热端(5)，热管放热端(5)与第一管道联通，导热管内装有低沸点介质，集热板的正面设置有前玻璃支柱(4)，金属后壳内设置有后玻璃支柱(10)，集热板放置在后玻璃支柱(10)上，金属后壳上设置有抽真空预留管(7)，玻璃盖板与金属后壳间有粘合剂。
6.根据权利要求5所述的太阳能集热转换系统，其特征在于：所述叶脉状太阳能平板集热器的导热管(8)是叶脉状导热管，叶脉状状导热管由主管(8)和与主管联通的支管(11)构成。
7.根据权利要求6所述的太阳能集热转换系统，其特征在于：所述导热管(8)是超导热管，金属后壳是钢制壳体。
8.根据权利要求7所述的太阳能集热转换系统，其特征在于：所述的前玻璃支柱和后玻璃支柱是空心玻璃支柱。
9.根据权利要求8所述的太阳能集热转换系统，其特征在于：所述的热管放热端外设置有保温层(10)。
10.根据权利要求9所述的太阳能集热转换系统，其特征在于：所述的金属后壳的背面设置有安装挂槽(9)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Zhengzhou Starsea Technology Co., Ltd. Assignor: Ma Jian Contract record no.: 2016410000016 Denomination of utility model: Solar heat-collecting converting system Granted publication date: 20101027 License type: Exclusive License Record date: 20160906 |
|
| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20101027 |