CN2913962Y - 一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置 - Google Patents

Abstract

一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置，由内部装有均衡分液器和毛细导液管的平板集热器、冷凝换热器、盛水器、保温输气管以及保温输液管等组成，通过与装配在盛水器内部的冷凝换热器相连接的保温输液管，将回流工作介质导入均衡分液器，再由精密节流孔板和毛细导液管传输到集热排管的内上壁，实现稳定的节流、分流、导流，形成均匀的降膜流动蒸发状态，在密闭的***内形成真空并充注低沸点抗冻介质，具有分液均衡、稳定高效、建筑美观、抗冻耐寒的特点，是全新概念的太阳能升级产品。

Description

一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置

技术领域

一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置，属于太阳能光热利用技术领域，涉及一种太阳能热水器，特别是利用工作介质的相变循环传递太阳光热能量的太阳能热水器。

背景技术

直插式真空管太阳能热水器因其影响建筑美观，国内的规范城市和小区已经限制使用，国外应用的也不很多；分体流道式平板太阳能热水器由于集热器和水箱可以分离配置，集热器形态扁平方正、可以与建筑美观结合，水箱可以置于室内易于保温，因此在温热带地区和国外应用广泛，但其存在热水自循环动力不足常需要电泵辅助循环的缺陷，而且集热器的抗冻、抗垢性能较差，故其应用也有明显局限；为了解决上述问题，有人把热管技术应用到太阳能领域而提出分离式热管太阳能热水器方案，即把多支热管元件的蒸发段并列成排管，其上下两端分别用联集管并联起来放在平板形保温集热箱内，将冷凝段集合成一体形成冷凝换热器放在水箱内，蒸发段的上联集管与冷凝换热器的进气口管道连接，蒸发段的下联集管与冷凝换热器的出液口管道连接，***内形成真空并充注低沸点工作介质，这种热水器具有外形美观、易于安装、抗冻耐寒、传热迅速的优点，但其蒸发段的蒸发工况处于满液蒸发状态，只能有部分蒸发排管处在液相蒸发工作区，集热面积利用率和蒸发效率不高，因此综合效果存在局限；中国专利申请93231758和96228353分别提出对上述方案具有改进效果的构想，即只用一条连接管子作为恒温段将蒸发段的上联集管和冷凝换热器连接起来，气体和回流液体在同一个管内流动，回流液体由排管上端流入，从而具备了形成沿排管向下降膜蒸发工况，这样可以提高蒸发能力、提高集热面积利用率、降低集热器内外温度差，从而提高热效率，但上述方案的实施均存在以下严重缺陷而难于达到预期目标：第一、流量不多的液态回流工作介质进入蒸发段的上联集管后，因缺少均衡的分配装置而使各支排管回液不均，或是被淹没、或是出现干枯，导致***不能稳定均衡的工作，极大地影响集热性能、甚至不能正常工作；第二、排气和回液共用一个较长的管道，管内的气态工作介质和液态回流介质反方向长流程相对运动，存在严重的携带现象和较大的回流阻力，影响稳定的回流和综合热效率，使装置的性能欠稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以完美的与建筑一体化安装的、液态回流工质自动均衡分配的、气液两相工质顺向流动的、并且可以形成稳定降膜蒸发工况的实用、美观、高效、抗冻的太阳能热水装置。

为实现上述目的，本建筑一体化超导平板太阳能热水装置，由内部装有均衡分液器和毛细导液管的平板集热器和冷凝换热器、盛水器、保温输气管以及保温输液管等组成，在平板形保温箱框的向阳面装有透光盖板，组成平板集热器的外壳，其内安装带有太阳能选择性吸收涂层的集热板，集热板上热连接多组排管，排管的上下两端分别用联集管相互连通，上联集管通过至少一根保温输气管与冷凝换热器连通，冷凝换热器用法兰或螺纹装配在盛水器的壁上，其低位口与保温输液管的一端连通，而高位口连接排气充液管或阀门；所述均衡分液器是安装在平板集热器内或联集管内的平置的管形部件，其一端有一接口通过保温输液管与冷凝换热器的低位出液管连通而另一端封闭，在均衡分液器上均匀排列与排管数量相等的、彼此尺寸相同的精密节流孔板，精密节流孔板的外侧分别与毛细导液管的一端密闭连通，毛细导液管的另一端分别与排管的上部内腔连通；组成平板集热器的均衡分液器、排管、联集管与冷凝换热器连成的***内形成真空，并充注适量低沸点抗冻工作介质。

为了便于工厂化生产和现场安装，集热器、保温输气管、保温输液管、冷凝换热器及盛水器可以分别制造、现场组装，保温输液管和保温输气管的两端采用扩张管自密封活螺母连接或法兰活连接，并且与集热器连接的两个接口也可以分别串联阀门以适应集热器内预先充注工作介质情况的封闭控制；为了保证在集热器高于冷凝换热器的安装位置时液态工作介质能够返回集热器，在保温输液管和均衡分液器连接成的液相***上可以串联输液泵进行液体输送；为了便于***排空和补充工作介质的调试，在下联集管设置与调试电热器配合的套管；为了提高集热排管内部的蒸发能力，可以在光管的内壁紧密附着导热毛吸环状芯，也可以在内壁加工成各种沟槽；为了减少透光盖板表面的反射损失，表面可形成透光的减反射层；为加强保温效果，提高工作温度，也可以使用双层中空盖板或在集热器内填充透光绝热气体；盛水器也可以是竖立的管道并与其他储水容器连接成可循环的盛水***，可以有多个进、出水口，集热器和冷凝换热器可以多组并列安装在盛水***上，构成组合形式的建筑热水***。

采用上述结构后，当阳光透过透光盖板照射到集热板上的太阳能吸收膜层时，反射损失被降低，大部分光能转变成热能被集热排管底部工作介质吸收并升温蒸发，各排管内产生的蒸汽经上联集管、保温输气管输送到冷凝换热器内，通过器壁与盛水器内的水换热冷凝，水被加热而工质被冷凝，冷凝液经保温输液管靠重力或输液泵的动力回流到均衡分液器，通过精密节流孔板和毛细导液管进行均衡节流、分流、导流，稳定均匀地进入各排管上部，流入排管并扩展成沿排管周壁向下流动的膜状液层，在向下流动过程中又被蒸发成气体再上升至上联集管，依此循环工作，使集热板和排管接收的太阳热能传递到盛水***；由于实现了沿各个排管全长均衡降膜蒸发工况，集热效率和集热面积利用率显著提高；利用低沸点工作介质的相变传热，传热速度快、传热能力大、室外部件抗冻、室内水箱热损失少；本装置适用于高层建筑和多层建筑的单户和集群应用，可以独立壁挂安装、也可以作为建筑墙体部件或装饰部件镶嵌安装，象分体空调和装饰幕墙一样，实用方便、建筑美观、寿命长、热效高、抗冰冻，-20度低温时的晴天仍然可以产生热水。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明方案作进一步详细的说明。

图1是本建筑一体化超导平板太阳能热水装置的第一种实施方式的***剖视图。

图2是本建筑一体化超导平板太阳能热水装置的外置均衡分液器的局部结构侧视图。

图3是本建筑一体化超导平板太阳能热水装置的内置均衡分液器的局部结构侧视图。

图4是本建筑一体化超导平板太阳能热水装置的第二种实施方式的***剖视图。

图5是本建筑一体化超导平板太阳能热水装置的第三种实施方式的***剖视图。

具体实施方式

图1所示本建筑一体化超导平板太阳能热水装置由平板集热器(1)、保温输气管(4)、冷凝换热器(5)、盛水器(6)以及均衡分液器(2)和保温输液管(3)组成，在平板形保温箱框(1E)的向阳面装有单层透光盖板(1A)，外表面腐蚀成一薄层透光的减反射层，组成平板集热器(1)的外壳，其内充填绝热的氩气，平板集热器(1)内安装带有太阳能选择性吸收涂层的集热板(1G)，集热板(1G)上焊接竖立的、内壁形成螺旋沟槽或附着毛吸芯的排管(1F)，集热板(1G)，可以是整体的也可以是按排管分离配置的翅片，排管的上下两端分别用联集管(1D)和(1B)相互连通，上联集管(1D)的出口(4A)串联一个阀门后通过保温输气管(4)与冷凝换热器(5)的进气口(5C)连通，冷凝换热器(5)的高位端口连接排气充液管并连接一个阀门(5D)，冷凝换热器(5)的低位出液管口(5B)与保温输液管(3)的一端连通，保温输液管(3)的另一端串联一个阀门后与均衡分液器(2)的进液口连通，所述均衡分液器(2)是安装在平板集热器(1)内的平置的管形部件，其一端是进液口(3A)与保温输液管(3)连通，另一端封闭，在均衡分液器(2)上均匀排列与排管(1F)数量相等的、彼此尺寸相同的精密节流孔板(2B)，精密节流孔板(2B)分别与毛细导液管(2A)的一端密闭连通，其另一端分别与排管(1F)的上部内腔连通；组成平板集热器(1)的均衡分液器(2)、排管(1F)、联集管(1D)、(1B)与冷凝换热器(5)连成的***内形成真空，并充注适量如丙酮或甲醇等低沸点抗冻工作介质；保温输液管(3)和保温输气管(4)的两端采用扩张管自密封活螺母连接，下联集管(1B)  的一端内部装有电热棒套管(1C)，另一端连接一个排放阀门(7)；冷凝换热器(5)用法兰或螺纹(5A)装配在盛水器(6)上，盛水器(6)上带有进水管(6C)、出水管(6D)、浮动出水口(6A)和电加热器(6B)。

图2是本建筑一体化超导平板太阳能热水装置的外置均衡分液器的局部结构侧视图，管形均衡分液器平置于集热器(1)内的联集管(1D)外，精密节流孔板(2B)均匀排列，毛细导液管(2A)从排管(1F)的顶部外侧引入管内并出口贴壁。

图3是本建筑一体化超导平板太阳能热水装置的内置均衡分液器的局部结构侧视图，管形均衡分液器平置于集热器(1)内的联集管(1D)内部，精密节流孔板(2B)均匀排列，毛细导液管(2A)从排管(1F)的顶部内侧引入管中并出口贴壁。

图4是本建筑一体化超导平板太阳能热水装置的第二种实施方式的***剖视图。其特点是集热器(1)的安装位置高于盛水器(6)和冷凝换热器(5)，并且在冷凝换热器(5)出液口的保温输液管(3)上串联输液泵(3B)用于输送液态介质，输液泵(3B)并联一个单向阀(3C)。

图5是本建筑一体化超导平板太阳能热水装置的第三种实施方式的***剖视图。是图1所示太阳能热水装置的另一种变形，其差别在于盛水器(6)是竖立的粗管，其上并列安装多台冷凝换热器(5)及平板集热器(1)，盛水器(6)的上下两端分别与副水箱(8)、循环泵(11)及主水箱(10)连通，并通过循环管(9)组成可以循环的大盛水***，副水箱(8)连接带有多组水表(13)和阀门(12)的热水出水管(6D)，副水箱(8)与自来水进水管(6C)连接。

上述建筑一体化超导平板太阳能热水装置可以预先在工厂制造时充注工作介质，现场连接管道经排空试漏后开启阀门即可工作；当然也可以取消上述阀门而直接用保温输气管和保温输液管连接，现场整体清洗、试漏、排空后充注适量工作介质，再经下联集管内部***的电热器调试后再工作。

很明显，作为本领域的技术人员很清楚，上述具体实施例并不限制本发明基本思想的其他变形实施方式，例如冷凝换热器也可以采用套桶结构、排管结构或螺旋管结构，其内部可以填充多孔导热填料、外侧可以加散热翅片；保温输气管也可以多根并列；下联集管和保温输液管也可以连接粗管储液器等等。

Claims (10)

1.一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置，由平板集热器(1)、保温输气管(4)、冷凝换热器(5)以及盛水器(6)等组成，在平板形保温箱框(1E)的向阳面装有透光盖板(1A)，组成平板集热器(1)的外壳，其内安装带有太阳能选择吸收涂层的集热板(1G)，集热板(1G)上紧密连接排管(1F)并且良好导热，排管的两端分别用联集管(1D)和(1B)相互连通，上联集管(1D)通过至少一根保温输气管(4)与冷凝换热器(5)连通，冷凝换热器(5)用螺纹或法兰装配在盛水器(6)上，冷凝换热器(5)的高位端连接排气充液管或阀门(5D)，其特征在于：还包括均衡分液器(2)和保温输液管(3)，所述均衡分液器(2)是安装在平板集热器(1)内或联集管(1D)内的平置的管形部件，其一端有一进液口与保温输液管(3)连通，再与冷凝换热器(5)的低位出液管(5B)连通，另一端封闭，在均衡分液器(2)上均匀排列与排管(1F)数量相等的、彼此尺寸相同的精密节流孔板(2B)，精密节流孔板(2B)分别与毛细导液管(2A)的一端密闭连通，其另一端分别与排管(1F)的上部内腔连通；组成平板集热器(1)的均衡分液器(2)、排管(1F)、联集管(1D)、(1B)与冷凝换热器(5)连成的***内形成真空，并充注适量低沸点抗冻工作介质。

2.根据权利要求1所述的一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置，其特征在于：保温输液管(3)和保温输气管(4)的两端是扩张管自密封活螺母连接或法兰活连接。

3.根据权利要求1所述的一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置，其特征在于：平板集热器(1)上的上联集管(1D)、均衡分液器(2)分别串联阀门再与保温输气管(4)、保温输液管(3)连接。

4.根据权利要求1所述的一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置，其特征在于：保温输液管(3)与均衡分液器(2)连成的液体管道上串联输液泵(3B)。

5.根据权利要求1所述的一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置，其特征在于：盛水器(6)是竖立的粗管，其上并列多台冷凝换热器(5)和平板集热器(1)，其上下两端分别与副水箱(8)、循环泵(11)及主水箱(10)连通，并通过循环管(9)组成循环回路，水循环***连接带有多组水表(13)和阀门(12)的热水出水管(6D)和自来水进水管(6C)。

6.根据权利要求1所述的一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置，其特征在于：下联集管(1B)上装配有电热套管(1C)。

7.根据权利要求1所述的一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置，其特征在于：排管(1F)内壁形成沟槽或附着毛吸芯。

8.根据权利要求1所述的一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置，其特征在于：透光盖板(1A)的表面形成一薄层透光的减反射层。

9.根据权利要求1所述的一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置，其特征在于：透光盖板(1A)与保温箱框(1E)形成的集热器(1)内腔充填绝热气体。

10.根据权利要求1所述的一种建筑一体化超导平板太阳能热水装置，其特征在于：透光盖板(1A)是双层中空透光板。

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