專利名稱：制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加熱領(lǐng)域中加熱或制冷的聯(lián)合系統(tǒng)中的太陽(yáng)能冷管，特別是涉及一種可在一根管子內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)制冷與供熱循環(huán)的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管。
太陽(yáng)能制冷與供熱是新能源利用的一個(gè)重要領(lǐng)域，其研究和應(yīng)用工作愈來(lái)愈受到世人的重視。太陽(yáng)能真空集熱管熱水器的廣泛應(yīng)用以及太陽(yáng)能吸收式和吸附式制冷的研究進(jìn)展促進(jìn)了太陽(yáng)能的熱利用水平。太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的固體吸附式制冷具有結(jié)構(gòu)與控制簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)噪音、無(wú)環(huán)境污染等一系列優(yōu)點(diǎn)。從目前的研究來(lái)看，太陽(yáng)能固體吸附制冷需要解決吸附/集熱器白天的高效集熱和夜間的有效散熱之間的矛盾問(wèn)題，以及對(duì)于以甲醇和水等低蒸汽壓吸附質(zhì)作為制冷劑的負(fù)壓系統(tǒng)，如何長(zhǎng)期維持系統(tǒng)的真空度等。發(fā)明專利號(hào)ZL 00 216930.4，發(fā)明名稱真空隔熱的直接吸熱式太陽(yáng)能冷管，提出了一種吸附/集熱器可以直接吸收太陽(yáng)能并有效地保溫隔熱的玻璃冷管式的太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)，同時(shí)避免了系統(tǒng)的真空泄漏。但該發(fā)明只能用于太陽(yáng)能制冷，且吸附/集熱器不能夠有效散熱，制冷效率較低，不能對(duì)外界供熱。
本發(fā)明的目的在于提供一種制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管。使其對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)制冷與供熱的高效太陽(yáng)能冷管。該冷管的吸附/集熱器白天吸收太陽(yáng)能，夜間進(jìn)行吸附制冷，同時(shí)制冷劑蒸汽的冷凝熱以及夜間吸附/集熱器降溫的顯熱和吸附熱也能得到利用，使太陽(yáng)能制冷和供熱集中在一根管子上完成，其效率高，成本低，裝配與維修方便。
本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
依據(jù)本發(fā)明提出的一種制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其中吸附/集熱器和冷凝/蒸發(fā)器制成為一體，吸附/集熱器為多層結(jié)構(gòu)，在吸附/集熱器的兩層之間設(shè)有真空隔熱夾層，在吸附/集熱器的內(nèi)層外表面涂有選擇性涂層，使吸附/集熱器具有很高的太陽(yáng)吸收率和很低的輻射熱損。在吸附/集熱器內(nèi)裝填有吸附劑，在吸附劑中埋設(shè)有熱量導(dǎo)出管；使吸附劑保持高效吸熱脫附水平同時(shí)又提高了吸附效率，從而使制冷與供熱在一根管內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)；冷凝/蒸發(fā)器，其為多層結(jié)構(gòu)，外管與內(nèi)管封接為一整體，外管與內(nèi)管之間抽成真空，并充裝制冷劑液體，冷凝/蒸發(fā)器的內(nèi)腔與吸附/集熱器的內(nèi)腔相通。
本發(fā)明的目的還可以通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其中所述的熱量導(dǎo)出管形狀采』用型、Ω型、或|型；材料采用銅、可伐、不銹鋼、鋁合金、玻璃材料；熱量導(dǎo)出管的數(shù)量采用一根或數(shù)根。
前述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其中所述熱量導(dǎo)出管為小玻璃管，一端為進(jìn)水口，一端為出水口，在冷卻吸附階段其內(nèi)的水與外部聯(lián)通。
前述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其中所述冷凝/蒸發(fā)器中的內(nèi)管為倒U型、M形、波紋型等大表面積形狀，大大增加換熱效果。
前述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其中所述冷凝/蒸發(fā)器的上端外壁與吸附/集熱器的下端封接為一整體，使吸附腔內(nèi)長(zhǎng)期維持較高真空度。
前述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其中所述吸附/集熱器的外部形狀為圓管形或橢圓管形或雙層同軸玻璃管。
前述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其中所述吸附/集熱器內(nèi)裝填吸附劑，吸附劑為顆粒或帶孔道的塊狀形，可采用高導(dǎo)熱材料將其隔成多層結(jié)構(gòu)。
前述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其中所述吸附/集熱器還可以采用玻璃外管與銅次外管之間通過(guò)密封圈與真空密封膠密封的結(jié)構(gòu)。
前述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其中所述吸附/集熱器外部的次外管采用金屬或非金屬材料制成。
前述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其中所述的吸附/集熱器外部的集熱內(nèi)管可采用銅、可伐、不銹鋼、鋁合金等金屬材料；吸附/集熱器外部的集熱內(nèi)管可采用鈉鈣玻璃、石英玻璃、等非金屬材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和積極效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明由于采用雙層玻璃管結(jié)構(gòu)，吸附/集熱器白天高效吸收太陽(yáng)能，同時(shí)夜間通過(guò)換熱流體與吸附/集熱器進(jìn)行熱交換，使吸附/集熱器降溫快，解決了吸附/集熱器的白天集熱與夜間散熱的矛盾問(wèn)題。另一方面，系統(tǒng)的供熱量包括制冷劑的凝結(jié)熱、吸附/集熱器降溫的顯熱和吸附熱等，因此可以實(shí)現(xiàn)熱泵型供熱。
利用清潔的太陽(yáng)能制冷和供熱，整個(gè)過(guò)程無(wú)污染，與建筑配套使用進(jìn)行制冷空調(diào)，潛在市場(chǎng)很大，并可局部替代真空集熱管等太陽(yáng)能熱水器，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，有效地利用可再生能源，對(duì)環(huán)保起到積極的促進(jìn)作用，可以節(jié)省大量的能源。
綜上所述，本發(fā)明制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其在新能源利用領(lǐng)域中，不論在結(jié)構(gòu)上或功能上皆有較大的改進(jìn)，且在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，而確實(shí)具有增進(jìn)的功效，從而更加適于實(shí)用，誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1中A-A剖面的放大示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3中B-B剖面的放大示意圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是圖5中C-C剖面的放大示意圖。
圖7是圖5中D-D剖面的放大示意圖。
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其具體結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。
請(qǐng)參閱圖1、圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。其包括吸附/集熱器1、冷凝/蒸發(fā)器2兩部分。
吸附/集熱器1，其外部為雙層結(jié)構(gòu)，形狀為圓管形或橢圓管形，采用雙層同軸高硼硅玻璃管。外管11和次外管12之間為真空隔熱夾層13，次外管12的外表面涂有選擇性涂層14。吸附/集熱器1內(nèi)裝填吸附劑15，吸附劑15可以為顆?；驇Э椎赖膲K狀吸附劑。吸附劑15的中部埋設(shè)有熱量導(dǎo)出管，其為一根小玻璃管16，一端為進(jìn)水口161，另一端為出水口162，在冷卻吸附階段其內(nèi)的水與外部聯(lián)通，對(duì)吸附/集熱器進(jìn)行降溫同時(shí)對(duì)外供熱。
冷凝/蒸發(fā)器2，其為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)管21為“倒U”型，外管23與內(nèi)管21封接為一整體，外管23與內(nèi)管21之間抽成真空，并充裝制冷劑液體22，冷凝/蒸發(fā)器2的上端外壁與吸附/集熱器1的下端封接為一整體，進(jìn)水口161，出水口162穿過(guò)外管23與外界相通，外管23與內(nèi)管21的空間與吸附劑15相通。
在本發(fā)明的實(shí)施例一中，吸附/集熱器1內(nèi)布置沸石分子篩顆粒，制冷劑為水。吸附/集熱器1和冷凝/蒸發(fā)器2的長(zhǎng)度分別為1000mm和350mm。為全玻璃管結(jié)構(gòu)，吸附/集熱器1的外管和次外管管徑分別為47mm、58mm，隔熱夾層內(nèi)的真空度為5×10-3Pa。以該冷管作應(yīng)用試驗(yàn)，每平方米布置14根冷管，冷管傾斜放置。吸附/集熱器從上午8時(shí)到下午4時(shí)接收太陽(yáng)輻射，期間平均日照強(qiáng)度為700W/m2，平均環(huán)境溫度為30℃，制冷劑夜間平均蒸發(fā)溫度為6℃。1平方米集熱面積的制冷量約為3000kJ，制冷效率為15％，同時(shí)可產(chǎn)生48℃的熱水120kg，供熱效率為45％，制冷與供熱的總性能系數(shù)為60％。
請(qǐng)參閱圖3及圖4所示，為本發(fā)明的實(shí)施例二，其主要包括吸附/集熱器1′和冷凝/蒸發(fā)器2′兩部分。吸附/集熱器1′外部為雙層結(jié)構(gòu)，外管11′為高硼硅玻璃管，次外管12′為銅管，夾層抽真空，銅管12′外表面涂有選擇性涂層14′。在吸附/集熱器1′下端外管11′與銅管12′之間通過(guò)密封圈17′與真空密封膠密封。吸附劑15′內(nèi)部設(shè)置一根小玻璃管16′，小玻璃管16′內(nèi)充換熱流體。冷凝/蒸發(fā)器2′內(nèi)設(shè)有玻璃螺旋管21′，螺旋管21′從管23′穿出與外界相通，管23′內(nèi)抽真空并充裝制冷劑液體22′。管23′內(nèi)的空間與吸附劑15′相通。吸附/集熱器1′段小管16′內(nèi)的換熱流體白天不流通，夜間與水箱相連通，輸出熱量。螺旋管21內(nèi)的換熱流體白天為冷卻水，使制冷劑蒸汽凝結(jié)，夜間為冷媒水，對(duì)外供冷。
實(shí)施例二中，冷管吸附/集熱器內(nèi)布置以沸石分子篩為主的復(fù)合吸附劑塊，制冷劑為水。吸附/集熱器和冷凝/蒸發(fā)器的長(zhǎng)度分別為1000mm和300mm。冷管吸附/集熱器的外管管徑為70mm，次外管即銅管直徑58mm。以該冷管作應(yīng)用試驗(yàn)，每平方米布置10根冷管，冷管傾斜放置。吸附/集熱器從上午8時(shí)到下午4時(shí)接收太陽(yáng)輻射，期間平均日照強(qiáng)度為650W/m2，平均環(huán)境溫度為28℃，制冷劑夜間平均蒸發(fā)溫度為7℃。1平方米集熱面積的制冷量約為2900kJ，制冷效率為15.5％，同時(shí)可產(chǎn)生48℃的熱水100kg，供熱效率為47.5％，制冷與供熱的總性能系數(shù)為63％。
請(qǐng)參閱圖5、圖6、圖7所示，為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。其包括吸附/集熱器1″、冷凝/蒸發(fā)器2″兩部分。吸附/集熱器1″，其外部為雙層結(jié)構(gòu)，形狀為圓管形或橢圓管形，采用雙層同軸高硼硅玻璃管。外管11″和次外管12″上端熔接在一起，下端通過(guò)密封圈17″與真空膠密封。外管11″和次外管12″之間為真空隔熱夾層13″，次外管12″的外表面涂有選擇性涂層14″。吸附/集熱器1″內(nèi)裝填吸附劑15″，吸附劑15″可以為顆?；驇Э椎赖膲K狀吸附劑。吸附劑15″的中部埋設(shè)有熱量導(dǎo)出管，其為一根小玻璃管16″，直接從吸附/集熱器1″的頂部引出與外界相通，在冷卻吸附階段其內(nèi)的水與外部聯(lián)通，對(duì)吸附/集熱器進(jìn)行降溫同時(shí)對(duì)外供熱。
冷凝/蒸發(fā)器2″，其為三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)管21″為“M”型，外管23″與內(nèi)管21″熔封為一整體，外管23″與內(nèi)管21″之間抽成真空，并充裝制冷劑液體22″，冷凝/蒸發(fā)器2″的上端外壁與吸附/集熱器1″的下端封接為一整體，外管23″與內(nèi)管21″的空間與吸附劑15″相通。
本發(fā)明的其它實(shí)施例還可以為以下各種型式a、實(shí)施例一中冷凝/蒸發(fā)器與實(shí)施例二、三中的吸附/集熱器相組合，或?qū)?shí)施例二中的冷凝/蒸發(fā)器與實(shí)施冽一、三中的吸附/集熱器相組合，亦即以上實(shí)施例中的冷凝/蒸發(fā)器和吸附/集熱器可以任意組合。
b、實(shí)施例一、二、三中的冷凝/蒸發(fā)器采用金屬、陶瓷或其它材料與吸附/集熱器的外管(或次外管)封接成一體。
c、吸附/集熱器也可設(shè)為多層結(jié)構(gòu)，其在外管及次外管之間抽真空并在次外管的外表面涂吸熱層與前面實(shí)施例結(jié)構(gòu)相同，但內(nèi)部吸附劑可采用高導(dǎo)熱材料將其隔成多層結(jié)構(gòu)裝填于吸附/集熱器內(nèi)。
本發(fā)明的工作原理為白天吸附/集熱器吸收太陽(yáng)能而溫度升高，制冷劑蒸汽從吸附/集熱器中被脫附出來(lái)，系統(tǒng)內(nèi)壓力上升，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到與冷凝溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力時(shí)，制冷劑蒸汽在冷凝/蒸發(fā)器內(nèi)管外表面凝結(jié)為液體，同時(shí)冷凝熱可以使作為換熱流體的水升溫。傍晚之后，吸附/集熱器與換熱流體進(jìn)行熱交換，溫度開(kāi)始降低，逐漸吸附蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑，由于制冷劑的蒸發(fā)而產(chǎn)生制冷效果，同時(shí)吸附/集熱器溫度降低的顯熱及吸附制冷劑產(chǎn)生的吸附熱由熱量導(dǎo)出管內(nèi)的換熱流體帶出，用于對(duì)外供熱或產(chǎn)生熱水。由于采用雙層玻璃管結(jié)構(gòu)，吸附/集熱器白天高效吸收太陽(yáng)能，同時(shí)夜間通過(guò)換熱流體與吸附/集熱器進(jìn)行熱交換，使吸附/集熱器降溫快，解決了吸附/集熱器的白天集熱與夜間散熱的矛盾問(wèn)題。另一方面，系統(tǒng)的供熱量包括制冷劑的凝結(jié)熱、吸附/集熱器降溫的顯熱和吸附熱等，因此可以實(shí)現(xiàn)熱泵型供熱。
本發(fā)明解決了固體吸附/集熱器對(duì)太陽(yáng)能的高效吸收、貯存和轉(zhuǎn)換，提供的太陽(yáng)能冷管在夏季晴天時(shí)吸附/集熱器的集熱溫度可達(dá)到150℃以上，制冷效率(制冷量與照射到冷管的太陽(yáng)輻射能之比)為12-16％，供熱與制冷的總能量轉(zhuǎn)換效率約為55％。在相同制冷量和情況下成本低于常規(guī)集熱、制冷分開(kāi)式太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)，且可提供相應(yīng)集熱面積的太陽(yáng)能熱水器的產(chǎn)熱量。
權(quán)利要求
1.一種制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其包括吸附/集熱器和冷凝/蒸發(fā)器，其特征在于吸附/集熱器(1)和冷凝/蒸發(fā)器(2)制成為一體，吸附/集熱器(1)為多層結(jié)構(gòu)，在吸附/集熱器(1)的兩層之間設(shè)有真空隔熱夾層(13)，在吸附/集熱器的內(nèi)層外表面涂有選擇性涂層(14)，使吸附/集熱器具有很高的太陽(yáng)吸收率和很低的輻射熱損。在吸附/集熱器(1)內(nèi)裝填有吸附劑(15)，在吸附劑(15)中埋設(shè)有熱量導(dǎo)出管(16)；使吸附劑(15)保持高效吸熱脫附水平同時(shí)又提高了吸附效率，從而使制冷與供熱在一根管內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)；冷凝/蒸發(fā)器(2)，其為多層結(jié)構(gòu)，外管(23)與內(nèi)管(21)封接為一整體，外管(23)與內(nèi)管(21)之間抽成真空，并充裝制冷劑液體(22)，冷凝/蒸發(fā)器(2)的內(nèi)腔與吸附/集熱器(1)的內(nèi)腔相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述的熱量導(dǎo)出管形狀采用』型、Ω型、或|型；材料采用銅、可伐、不銹鋼、鋁合金、玻璃材料；熱量導(dǎo)出管的數(shù)量采用一根或數(shù)根。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述熱量導(dǎo)出管為小玻璃管(16)，一端為進(jìn)水口(161)，一端為出水口(162)，在冷卻吸附階段其內(nèi)的水與外部聯(lián)通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述冷凝/蒸發(fā)器(2)中的內(nèi)管為倒U型、M形、波紋型等大表面積形狀，大大增加換熱效果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述冷凝/蒸發(fā)器(2)的上端外壁與吸附/集熱器(1)的下端封接為一整體，使吸附腔內(nèi)長(zhǎng)期維持較高真空度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述吸附/集熱器(1)的外部形狀為圓管形或橢圓管形或雙層同軸玻璃管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述吸附/集熱器(1)內(nèi)裝填吸附劑(15)，吸附劑(15)為顆粒或帶孔道的塊狀形，可采用高導(dǎo)熱材料將其隔成多層結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述吸附/集熱器(1)還可以采用玻璃外管與銅次外管之間通過(guò)密封圈與真空密封膠密封的結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述吸附/集熱器(1)外部的次外管(12)采用金屬或非金屬材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制冷和供熱兩用的多功能太陽(yáng)能冷管，其特征在于所述的吸附/集熱器外部的集熱內(nèi)管可采用銅、可伐、不銹鋼、鋁合金等金屬材料；吸附/集熱器外部的集熱內(nèi)管可采用鈉鈣玻璃、石英玻璃、等非金屬材料。
全文摘要
一種制冷與供熱的多功能太陽(yáng)能冷管，其包括吸附/集熱器和冷凝/蒸發(fā)器。吸附/集熱器和冷凝/蒸發(fā)器制成為一體，吸附/集熱器為多層結(jié)構(gòu)，吸附/集熱器的外管和次外管之間為真空隔熱夾層，次外管的外表面涂有選擇性涂層，可以高效吸收太陽(yáng)能并大大降低輻射熱損，在吸附/集熱器內(nèi)裝填吸附劑，在吸附劑中部埋有小玻璃管，吸附階段其內(nèi)流通換熱流體，使吸附/集熱器可迅速降溫，實(shí)現(xiàn)吸附/集熱器的白天高效集熱與夜間有效散熱。在制冷的同時(shí)，可充分利用制冷劑的凝結(jié)熱、吸附/集熱器降溫的顯熱和吸附熱等，實(shí)現(xiàn)熱泵型供熱。本發(fā)明在一根管子內(nèi)完成固體吸附式制冷與熱泵循環(huán)，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用面廣。
文檔編號(hào)F25B30/04GK1393668SQ01129539
公開(kāi)日2003年1月29日 申請(qǐng)日期2001年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月25日
發(fā)明者劉震炎, 朱延文, 盧允莊, 劉兆斌, 趙正中 申請(qǐng)人:江蘇淮陰輝煌太陽(yáng)能有限公司, 上海交通大學(xué)