专利名称：工质自循环太阳能－热能装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能装置，能将太阳能变为热能，再利用低沸点工质易吸热气化的性质，气化的工质运行到较远处，将热能传递的蓄热媒质，工质放热液化后又吸热气化，如此循环。
背景技术：
目前，商品化的太阳能——热能装置，多为太阳能热水器，有整体式太阳能热水器和分式太阳能热水器。集热器与贮水箱组装为一体的称为整体式太阳能热水器，集热器与贮水箱分开安装的称为分体式太阳能热水器。
整体式太阳能热水器，因集热器与贮水箱组装为一体，只能安装在住宅楼顶，集热管采用双层真空玻璃管或热管。集热管用玻璃管时，内部充满水，晚上室外气温低于0℃时，易冻结引起玻璃管破裂；集热管用热管时，集热管为金属材料芯，外面罩透明玻璃管，晚上室外气温低于0℃时，透明玻璃管不至于发生破裂。缺点是非顶楼住户不便安装，集热管和反射板易积聚灰尘且清理不便，特别是用双层真空玻璃管作集热管时，损坏其中一根，则热水器就无法使用。
分体式太阳能热水器，即集热器与贮水箱可分开安装，第一类是贮水箱安装在集热器附近高处，二者内充满水并由两循环水管连接，工作时水在集热器内吸热升温后沿上循环管上升到贮水箱，贮水箱内温度较低的水沿下循环管进入集热器吸热后又上升，水循环动力为太阳能，集热器的热能靠水升温吸收带走，因而水循环量达，循环阻力也大；第二类分体式太阳能热水器，贮水箱与集热器距离可以很远，集热器的热量也依靠水吸热升温(不是相变)后由电动循环泵带至贮水箱；第三类分体式太阳能热水器，贮水箱与集热器距离可以很远，与第二类分体式太阳能热水器有区别，集热器的热量由第二媒质吸热升温(不是相变)后由电动循环泵带至贮水箱。缺点是第一类分体式太阳能热水器，晚上室外气温低于0℃时，易冻结引起集热管破裂，贮水箱只能置于距集热器很近的南阳台内或朝南房间内，第二类与第三类分体式太阳能热水器靠媒质升温循环移走热量，媒质循环量大，而且需提供额外的循环动力。
发明内容
本实用新型提供一种工质自循环太阳能——热能装置，它是一种分体式太阳能——热能装置，无需提供额外的循环动力，可以将太阳能转变为热能并传递给远处的蓄热媒质，集热器可置于屋顶坡，还可悬挂在南墙或南阳台外侧，作热水器(水为蓄热媒质)时，贮水箱可安装在北面卫生间或厨房，其位置比集热器稍高即可；作太阳能供暖器时，蓄热媒质可以置于墙内或地板下，其位置比集热器稍高即可，因而适合高层住宅各层用户安装使用。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案利用一工质自循环太阳能——热能系统，该系统先吸收太阳能并转变为热能，再传递给较远处的蓄热媒质。该能量吸收转换、传递系统原理如图1，由集热器(1)、气管(2)、放热器(3)、液管(4)钎焊连接，和内部的低沸点工质组成一系统，系统工作过程集热器(1)吸收太阳能变为热能并传给内部的液态工质，液态工质吸热后气化，再沿气管(2)上升至放热器(3)，气态工质在(3)将热量传给蓄热媒质后变成液体，此液态工质在重力作用下沿液管(4)进入集热器(1)，又吸热气化，如此循环不断将太阳能转变为热能并传给远处的蓄热媒质。因靠工质相变吸热和放热，所以小的工质循环量能传递大量的热量。为很好地完成能量吸收转换、传递，集热器(1)由薄壁紫铜管制造，表面涂太阳能吸收层，(3)之液体出口位置比(1)之液体进口位置稍高。
根据该系统的特性，要注意如下几方面气管(2)通径选较大，中间应避免设置积存液体的弯折结构；放热器(3)的管路中间不允许有可积存液体的弯折结构；液管(4)通径较小，其走向允许有波浪形，但波浪的最高处也要比(3)之液体出口低；若气管(2)中间不得不有可积存液体的弯折结构，应采取补救措施，即在弯折的最低处开一小孔，与一小通径的液体引流管进口连接，液体引流管出口与液管(4)连通，引流管出口位置应比引流管进口位置低，而液体引流管本身允许作波浪形弯曲，但波浪形最高处也要比引流管进口位置低。
为了将穿过集热器(1)缝隙中的阳光反射到集热器(1)，根据需要设置反光板。为减少集热器(1)、气管(2)、液管(4)与周围环境空气对流换热，需采取措施绝热气管(2)、液管(4)外面包裹绝热即可，如果作太阳能热水器，贮水箱外面同样也需包裹绝热层；而集热器(1)的绝热，根据不同的形式采取不同的措施。
而集热器(1)有三种形式。
第一种形式如图9、10、11，由多根集热管(12)和相同数量的液体分配支管(15)、气体汇集管(14)一根、液体分配管(13)一根按设计要求连接，每根集热管外单独套双层真空透明玻璃管；(12)为带宽翅片的薄壁紫铜管，如图4、图5，表面涂太阳能吸收层；每根(12)之底端(也可在其中部或上部某一位置)与对应一根(15)底端连通，并一起插入双层真空透明玻璃管(17)中，(12)置于朝阳一侧、(15)置于背阴一面；(12)顶端均与(14)连通，(15)顶端均与(13)连通，(14)留有接口与气管(2)连接，(13)留有接口与液管(4)连接；玻璃管背阴侧设置反射板。
第二种形式如图16、17，由紧密排列的(12)多根、(13)一根和(14)一根按设计要求连接，多根集热管朝阳一侧遮挡透明平板玻璃(可双层)，背阴一面粘贴绝热层；(12)为带宽翅片的薄壁紫铜管，朝阳一侧表面涂太阳能吸收层；(12)顶端均与(14)连通，(12)底端均与(13)连通，(14)留有接口与气管(2)连接，(13)留有接口与液管(4)连接；(12)上部或中部与(13)连通也可以，这种情况下，(12)底端均与一根连通管(26)相通，确保每根集热管供液均匀，如图18。
集热管(12)也可由薄壁紫铜管外面套带翅片薄壁铝管构成，胀管后使铜管与铝管接触紧密，如图6、图7，铝管外表面涂太阳能吸收层。
第三种形式新型集热器由两薄紫铜板构成，两薄紫铜板间有多道平行的纵向空腔，上下端各有一道横向空腔，纵向空腔和横向空腔是相通的，上端横向空腔留有接口与气管(2)连接，下端横向空腔留有接口与液管(4)连接，如图19、图20、图21；另外，多道平行的纵向空腔，也可由若干道(比纵向空腔道数少)蛇形空腔替代。
本实用新型与现有技术比较的有益效果利用工质相变吸热和放热，以最少的工质循环量传递最大量的热能，原理清晰；低沸点工质在地球自然环境温度下不会凝固，故适合广大地区；新型集热器，太阳能转换效率高，技术可行，使用材料易得，加工方便；贮水箱安装在室内，热损失少；集热器与贮水箱分开，可安装在屋顶南坡、南墙或南侧阳台，能与建筑物融为一体，适合高层住宅各层用户，方便维护；本实用新型不消耗外部能源，无运动部件，因而无噪音，无磨损，集热管均为金属材料构成，耐受机械冲击不易损坏，寿命长；即使某一集热管外面的双层真空透明玻璃管损坏，也不影响装置运行，双层真空透明玻璃管可以方便地在使用场合更换。
图1为本实用新型能量转换、传递系统原理图。
图2为太阳能热水器或太阳能供暖器管路原理图。
图3为太阳能热水器-供暖器的联合装置管路原理图。
图4为带宽翅片的薄壁紫铜管构成的集热管正面图。
图5为图4横断面图。
图6为薄壁紫铜管外套带翅片薄壁铝管构成的集热管正面图。
图7为图6横断面图。
图8为气体汇集管、液体分配管和连通管结构示意图。
图9为图11之B-B剖视图。
图10为图9之C-C剖视图。
图11为第一种形式集热器顶视图。
图12为图11之A-A剖视图。
图13为集热管下端与液体分配支管连通的示意图。
图14为集热管中部与液体分配支管连通的示意图。
图15为集热管上部与液体分配支管连通的示意图。
图16为集热管与气体汇集管、液体分配管装配图。
图17为第二种形式集热器中液体分配管置于底部的垂直方向剖视图。
图18为第二种形式集热器中液体分配管置于上部的垂直方向剖视图。
图19为图20之D-D剖视图。
图20为两薄紫铜板构成的集热器。
图21为图20之E-E剖视图。
图22为太阳能热水器实施管路图。
图23为太阳能热水器-供暖器的联合装置实施管路图。
图中，1.集热器，2.(热水)气管，3.(热水)放热器，4.(热水)液管，5.(热水)控制(截止)阀，6.(取暖)控制(截止)阀，7.(取暖)气管，8.(取暖)放热器，9.(取暖)液管，10.(热水)截止阀，11.(取暖)截止阀，12.集热管，13.液体分配管，14.气体汇集管，15.液体分配支管16.液体分配支管绝热层，17.双层真空透明玻璃管，18.密封橡胶塞，19.气体汇集管、液体分配管公用绝热层，20.第一种形式集热器支撑安装架，21.玻璃管安装衬套，22.反射板，23.透明平板玻璃，24.集热管保温块，25.第二种形式集热器支撑安装架。单箭头表示工质流向，三平行箭头表示太阳光线。
具体实施方式
实施方式一 太阳能热水器按图22所示的管路要求实施，在液管(4)和集热器(1)之间设一截止阀(5)，无需系统工作时，关闭(5)时，液态工质聚集在放热器(3)、和液管(4)中，系统停止运行。
以第一种形式集热器为例，按图加工液体分配管(通径较小)、气体汇集管(通径较大)，按图加工好集热管，按图组装焊接好各件，用制冷行业的二通截止阀(5)一件与液体分配管(13)焊接，三通截止阀(10)一件与气体汇集管(14)焊接，并检漏(可充高压气体检漏)后，用真空泵抽真空后往内部灌注制冷行业用工质(灌注质量需计算，以运行时集热管内五分之一～三分之一内腔有液体工质为宜)，再在(15)外裹好绝热层(16)(也允许不包裹绝热层)，接着按要求将集热管(12)等插进双层真空透明玻璃管(17)中，用密封橡胶塞(18)塞好玻璃管敞口，抽出玻璃管与集热管之间的空气(不抽出空气也无多大关系)，再按要求作好集热器组件，可垂直悬挂在阳台上。气管、液管按分体式空调器用连接管要求加工并套好绝热层，扩喇叭口，长度据需要而定。热水箱按常规热水箱制作，放热器与空调热交换器相似的铜管外套铝箔翅片热交换器(铝箔需耐受自来水腐蚀)，或用螺旋铜管盘管热交换器(设有与气管、液管喇叭口连接的接头)，置于贮水箱内，组成一热水箱组件，安装在室内，保证放热器出液口位置比集热器组件进液口稍高即可。用气管、液管将截止阀(5)、截止阀(10)和热水箱组件连接。按分体式空调器安装方法，打开截止阀(5)，用制冷工质驱赶气管、液管、放热器内的空气。按上述方法加工安装的太阳能热水器可多次拆卸，如果一次性现场安装，则气管、液管与集热器组件和热水箱组件用钎焊焊接方式连接，并可省去序号(10)，(5)改为三通截止阀，通过三通截止阀接口现场抽真空和灌注制冷工质。注意事项如前述。
实施方式二 太阳能供暖器；按实施方式一要求作好集热器组件及气管、液管。放热器可用铜管盘成蛇形盘管状，放热器夹在内墙中间(包括地板)隐藏起来(也可明装在外)，蓄热媒质则按暖通行业相关技术配备。其余按实施方式一即可。
实施方式三 太阳能热水器-供暖器的联合装置。
按图23的管路要求实施，将实施方式一、实施方式二组合起来实施即可。
权利要求1一种工质自循环太阳能——热能装置，是一种分体式自循环太阳能利用装置，能将太阳能转变为热能并传递给较远处的蓄热媒质，其特征是一种新型工质自循环太阳能——热能系统，由集热器(1)、气管(2)、放热器(3)、液管(4)按设计要求连接，内部充适量低沸点工质，放热器之液体出口位置比集热器之液体进口位置稍高；而集热器(1)由多根集热管(12)和相同数量的液体分配支管(15)、气体汇集管(14)一根、液体分配管(13)一根按设计要求连接，即每根集热管之底端与对应一根液体分配支管底端连通，并一起插入双层真空透明玻璃管(17)中，集热管置于朝阳一侧、液体分配支管置于背阴一面；集热管顶端均与气体汇集管连通，液体分配支管顶端均与液体分配管连通；气体汇集管留有接口与气管(2)连接，液体分配管留有接口与液管(4)连接；其中集热管(12)为带宽翅片的薄壁紫铜管，表面涂太阳能吸收层；玻璃管背阴侧设置反射板。
2根据权利1所述的工质自循环太阳能——热能装置，其特征是所述集热器(1)中的集热管(12)由薄壁紫铜管外面套带翅片薄壁铝管构成，胀管后使铜管与铝管接触紧密，铝管表面涂太阳能吸收层。
专利摘要一工质自循环太阳能—热能装置，它是一种分体式太阳能—热能装置，无需提供额外的循环动力，而利用一新型工质自循环能量转换、传递系统来将太阳能转变为热能，并靠低沸点工质相变将热量传递给远处的蓄热媒质，集热器可置于屋顶坡，还可悬挂在南墙或南阳台外侧，作热水器(水为蓄热媒质)时，贮水箱可安装在北面卫生间或厨房，其位置比集热器稍高即可；作太阳能供暖器时，蓄热媒质可以置于墙内或地板下，其位置比集热器稍高即可；适合广大地区的高层住宅各层用户安装使用。
文档编号F24J2/34GK2762022SQ200520004778
公开日2006年3月1日 申请日期2005年2月17日 优先权日2004年2月18日
发明者庞立升 申请人:庞立升