分体式自循环太阳能-热能装置制造方法及图纸

一种分体式自循环太阳能－热能装置，以分离式重力热管系统的蒸发器作太阳能的集热器直接吸收太阳能辐射能，再用分离式重力热管系统将热量传递给高处的蓄热媒质，解决了分离式重力热管系统回流的液体工质均匀分配到每一根蒸发管并从蒸发管上端进入形成流动薄膜蒸发的问题。技术方案要点是；所述蒸发器至少有两根集热－蒸发管和一水平集箱，所述集热－蒸发管上端开口一段从集箱下壁伸进集箱腔内，集热－蒸发管处于集箱腔内的一段管壁上设有泄液孔。本发明专利技术可用于一切太阳能－热能利用场合，应用于建筑物的分体式太阳能热水器或供暖器时，集热器可做成薄而轻的曲面型，与曲面阳台、建筑相吻合，与建筑融为一体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分体式自循环太阳能-热能利用装置，采用分离式重力热管系统的蒸发器作太阳能集热器直接吸收太阳辐射能变为热能，用热管系统自动循环将热量传递给位置较高的蓄热媒质。热管系统冷凝器液化的工质均匀分配给蒸发器各根蒸发管，并由蒸发管上端的旁通泄液孔进入，形成重力作用下的流动薄膜蒸发。
技术介绍
重力式热管因其结构简单、自动运行，有着巨大的优势。重力式热管的工质冷凝液在重力作用下在蒸发管管壁形成流动液体薄膜蒸发。根据杨世铭主编的《传热学》(高等教育出版社，1980年4月第二版)第208页介绍，重力作用下的流动薄膜蒸发的换热系数αb比大空间沸腾的换热系数α可高出1～3倍。若将热管的蒸发段和冷凝段远距离布置，中间用长的绝热段连接，即为分离式重力热管，此种分离式重力热管为单蒸发段分离式重力热管。单蒸发段分离式重力热管传热能力有限，为了传热更多的热能，发展了多根蒸发管段和多根冷凝管段的分离式重力热管系统，多根蒸发管段和多根冷凝管段之间用蒸气上升管和液体回流管连接。与单根蒸发段分离式重力热管相比，分离式重力热管系统传热量大小不受限制，而且蒸气上升通道和液体下降通道分开。分离式重力热管系统同样可用于太阳能-热能装置。但目前的分离式重力热管技术未解决好实施过程中的关键问题即工质冷凝液如何均匀分配至各蒸发管、同时形成重力作用下的流动薄膜蒸发，特别是偏离设计状态情况下如何使冷凝液如何均匀分配的问题。据检索，“热管式太阳热水器(专利号CN98208449.8)”，其分离式重力热管系统技术方案要点是蒸发器的多根蒸发管上、下两头开口，分别用上、下联管连通，所述上联管一头封闭，另一头开口作蒸发器之蒸气出口连接蒸汽上升管；所述下联管一头封闭，另一头开口作蒸发器之液体进口连接液体回流管。运行时，液化的工质由液体回流管进入下联管，再进入蒸发管下头开口，液体在蒸发管下半部管壁吸热蒸发。此技术方案存在缺陷蒸发管下半部液体蒸发属大空间沸腾，其换热系数比单蒸发段分离式重力热管之蒸发段的流动薄膜蒸发换热系数小得多；同时蒸发管上半部为无相变的蒸汽自然对流换热。即该专利的蒸发管远未达到热管应有的换热效能。另据检索，专利“一种用于分离式热管的蒸发器(专利号CN03245513.5)”，该专利可应用于分离式重力热管系统。该专利为解决多蒸发管的分离式重力热管系统之回流液体均匀配到蒸发器各蒸发管、液体从蒸发管上端进入形成流动薄膜蒸的问题，采用的技术方案要点是金属板中有多条并联竖置的通道，通道的上端有一底面为V形槽做液体集箱，通道与液体集箱之V形斜壁相贯形成的椭圆形相贯线为通道的上端口，各上端口处于同一水平面；与V形槽连通的上方有一空腔，作为蒸气集箱，如附图1、附图2。该专利是按如下实现其目的的并联的通道相当于并联的蒸发管，通道的上端口为蒸气出口，也为蒸发管进液口；运行时，分离式热管的回流液先积聚在液体集箱V形的底部，当液位达通道的上端口最低沿时，液体从由此流进各通道，沿通道壁往下冲淋，形成重力作用下的流动薄膜蒸发，蒸气由各通道的上端口进入蒸气集箱。该专利存在缺陷实施过程中，通道的上端口很可能未处于同一水平面，那么，液体集箱低头的通道供液过多、高的一头可能没有供液，如附图3。假设V形斜壁与水平面成45°角，通道通径为30毫米，通道中心距为50毫米。通道与V形斜壁相贯形成的椭圆长轴为42.43毫米，短轴为30毫米。如果通道的上端口中心所在直线与水平面成1°夹角。设某一通道的下缘在液面以下2毫米，则通道横切面方向(下同)进液面积为20.2377平方毫米，占通道总面积706.8583平方毫米的2.86％；其最近邻两侧通道的进液面积分别为34.5168平方毫米和8.6427平方毫米，分别占总面积的4.88％和1.22％；次相邻两侧通道的进液面积分别为50.9032平方毫米0.9367平方毫米，分别占总面积的7.20％和0.133％。即在实施时造成1°的误差，横向200毫米范围内的5个通道中，最大进液面积为最小进液面积的54.34倍，难以将回流液体均匀配到各蒸发通道。另外，通道的进液口只能在V形槽的内侧，限制了其应用范围如太阳能集热器的向阳面外侧热流密度最大，要求液体的大部分冲淋外侧的向阳面，但该专利的技术方案无法实现此目的。
技术实现思路
为解决目前分离式重力热管系统用于分体式太阳能-热能装置时存在的不足，本专利技术提供一种实用性较强的分体式自循环太阳能-热能装置，解决了分离式重力热管系统液化的工质被均匀分配到各根蒸发管、并形成重力作用下的流动薄膜蒸发的问题；即使安装有误差，也能达到目的。本专利技术所采取的技术方案本专利技术以分离式重力热管系统的蒸发器兼作太阳能-热能装置的集热器——即集热-蒸发器直接吸收太阳能辐射能变为热能，分离式重力热管系统的冷凝器置于蓄热媒质中。集热-蒸发器至少有两根集热-蒸发管(1)和一水平集箱(2)组成，关键在于集热-蒸发管(1)上端开口穿过集箱(2)下壁并伸进一段在集箱内，集热-蒸发管(1)处于集箱内腔的一段管壁上开有旁通泄液孔(1.1)，上端管口在同一水平面，旁通泄液孔(1.1)也在同一水平面。集箱(2)侧壁下部或下壁开有一孔作液体进口与液体回流管(5)连接，集箱侧壁上部或上壁开有一孔作蒸气出口与蒸气上升管(3)连接，液体回流管(5)、蒸气上升管(3)则与冷凝器(4)连接，热管系统原理如附图4。热管系统内部抽真空后注入适量易相变工质；蒸气上升管(3)中间段不能有向下凹的存液弯结构；蒸气上升管(3)、液体回流管(5)外裹绝热层；集热-蒸发器表面按常规太阳能集热器要求涂太阳能吸收层，并采取相应绝热措施。本方案是按如下方式实现其目的的如果实施安装时无误差，则所有集热-蒸发管的泄液孔(1.1)在同一水平面，上端管口也在同一水平面。所有集热-蒸发管(1)同时吸热，内部的工质气化上升，从集热-蒸发管(1)上端开口汇集到集箱(2)，再从集箱(2)的蒸气出口进入蒸气上升管(3)，上升到冷凝器将热量传递给蓄热媒质并液化；液化的工质在重力作用下，由液体回流管(5)往下流动，从集箱(2)进液口回到集箱(2)中，当液体淹没集热-蒸发管(1)的泄液孔(1.1)时，液体由泄液孔(1.1)进入集热-蒸发管(1)，由上往下冲淋集热-蒸发管(1)管壁，形成重力作用下的薄膜蒸发气化，如此循环，不断将太阳辐射能变为热能并传递给蓄热媒质。回流的液体要么同时淹没所有集热-蒸发管(1)的泄液孔(1.1)，所有的泄液孔(1.1)同时有进液；或者相反，所有泄液孔(1.1)同时无进液；当所有的泄液孔(1.1)不能下泄全部的回流液体时，液位上升达到集热-蒸发管(1)管口，所有的集热-蒸发管(1)管口有泄液，如此实现均匀分配液体的目的。如果实施安装时有误差，设误差极限是最低处集热-蒸发管(1)的管口高于最高处集热-蒸发管(1)的泄液孔(1.1)。回流液先聚在集箱(2)下侧，随着液位上升，最低的泄液孔(1.1)先有进液，最低的泄液孔(1.1)不能下泄全部回流液，液位继续上升直至第二个泄液孔(1.1)有进液……直至所有集热-蒸发管的泄液孔(1.1)有进液。当所有集热蒸发管(1)的泄液孔(1.1)不能下泄全部回流液时，液位继续上升直至最低处集热-蒸发管(1)管口有液体进入，如附图5所示。又因为管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分体式自循环太阳能－热能装置，以分离式重力热管系统的蒸发器作太阳能－热能装置的集热器，直接吸收太阳能辐射能变为热能，分离式重力热管系统的冷凝器（４）置于蓄热媒质中；集热－蒸发器至少有两根集热－蒸发管（１）和一水平集箱（２），集箱（２）和冷凝器（４）之间连接蒸气上升管（３）、液体回流管（５）；集热－蒸发管（１）涂太阳能吸收层，并采取相应绝热措施，其特征在于所述集热－蒸发管（１）上端开口一段从集箱（２）下壁伸进集箱（２）腔内，集热－蒸发管（１）处于集箱（２）腔内的一段管壁上设有泄液孔（１．１），集热－蒸发管（１）管壁与集箱（２）底壁穿孔间密封连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：庞立升，
申请(专利权)人：庞立升，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]