多功能太陽能系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多功能太陽能系統(tǒng)。由一個或多個太陽能收集器、帶有熱交換器的儲熱箱、凈化工質(zhì)容器以及工質(zhì)補充容器組成。太陽能收集器包括多條縱向管道和與其相通的三條平行水平管，分別為頂部汽管，底部液管和之間的輸液管；太陽能收集器內(nèi)的工質(zhì)充滿底部液管和縱向管道的一部份，優(yōu)選的工質(zhì)為待凈化原水。太陽能收集器內(nèi)的原水在太陽光的作用下汽化，并通過汽管進入儲熱箱內(nèi)的熱交換器。水汽在熱交換器內(nèi)冷凝為蒸餾水，所釋放熱量用于加熱熱交換器周圍的儲熱媒質(zhì)；蒸餾水則進入與熱交換器相通的凈化工質(zhì)容器，工質(zhì)補充容器通過輸液管不斷地向太陽能收集器補充原水。本發(fā)明低成本地實現(xiàn)高效相變熱傳遞并同時生成純凈水，大大提升系統(tǒng)的回報。
【專利說明】多功能太陽能系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地涉及一種包括帶有純凈水功能的太陽能熱或電-熱一體系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是非常理想的清潔能源，是解決由煤之類的化石能源帶來環(huán)境污染、全球變暖和資源枯竭等問題最好的方案之一。但相比化石能源，目前大規(guī)模的太陽能的應(yīng)用仍然面臨各種瓶頸，其中投資回報率低，或投資回報周期過長是最大的問題。
[0003]提高投資回報率最有效的方向是提高系統(tǒng)的“回報”。當(dāng)前的太陽能光伏組件的轉(zhuǎn)換效率相對偏低(15^20%),大部分光能變成 熱，因此有熱利用的空間。但為了不使光伏電池的溫度太高、溫度分布不均勻而影響效率，組件和水箱的高效熱傳導(dǎo)尤其重要。
[0004]而讓太陽能系統(tǒng)生成純凈水更是將系統(tǒng)的“回報”顯著提高。在很多應(yīng)用環(huán)境下，太陽能系統(tǒng)的純凈水的回報遠高于其光電和光熱的回報。本發(fā)明也有助于解決我國清潔飲用水資源缺乏的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]1、本發(fā)明的目的。
[0006]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有太陽能技術(shù)中投資回報率低的問題，并解決了自然循環(huán)熱傳導(dǎo)性能不佳，以及強制循環(huán)需要水泵等附加設(shè)備和消耗電能等問題，而提出的具有純凈水功能的多功能太陽能系統(tǒng)。
[0007]2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案。
[0008]多功能太陽能系統(tǒng)由一個或多個太陽能收集器(101)、帶有熱交換器的儲熱箱
(102)、凈化工質(zhì)容器(103)、以及工質(zhì)補充容器(104)組成。
[0009]太陽能收集器(101)包括太陽能收集面板(7)，其正面為向陽面；向陽面上裝有能將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能的涂層(12)或?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)換為電能的光伏電池(13)，其背面與包括有多條縱向管道(3)的管道系統(tǒng)緊密熱接觸；管道系統(tǒng)還包括三條延伸到太陽能收集器外的水平管道與縱向管道(3)相通，三條水平管道分別為頂部的汽管(2)，底部的液管(6)，以及介于兩者之間的輸液管(I);可發(fā)生相變的傳熱工質(zhì)(105)充滿底部液管(6)和縱向管道
(3)的一部分，工質(zhì)在常溫常壓下為液態(tài)，而在太陽能熱的作用下，工質(zhì)可部分或全部汽化并吸收熱量。
[0010]多個太陽能收集器(101)之間通過汽管(2)、輸液管(I)和底部液管(6)連通。
[0011]儲熱箱(102)內(nèi)有儲熱媒質(zhì)(16)和熱交換器(4);熱交換器(4)至少和太陽能收集器(101)的汽管(2)相通，并將接收到的汽化工質(zhì)冷凝為液態(tài)，所釋放熱量用于加熱儲熱媒質(zhì)(16)。
[0012]凈化工質(zhì)容器(103 )與儲熱箱(102 )內(nèi)的熱交換器(4 )相通用于接納熱交換器內(nèi)冷凝的工質(zhì)(16)。[0013]工質(zhì)補充容器(104)與太陽能收集器(101)的輸液管(I)相連，向太陽能收集器內(nèi)補充工質(zhì)(15)。
[0014]優(yōu)選的，所述的太陽能收集器(101)的工質(zhì)為待凈化的原水。
[0015]優(yōu)選的，所述的儲熱箱(102)內(nèi)的儲熱媒質(zhì)為水。
[0016]在本發(fā)明的一具體實施例中，多個太陽能收集器(101)之間通過汽管、輸液管和底部液管連成一排，并且多排太陽能收集器通過外部公共的汽管、輸液管和底部液相連。由多個太陽能收集器組成的系統(tǒng)其純凈水功能的附加成本比例可降至很低。
[0017]在本發(fā)明的一具體實施例中，還包括用于收集可能產(chǎn)生的不凝氣體的不凝氣室
(5)，與所述熱交換器(4)連通。
[0018]在本發(fā)明的另一具體實施例中，所述的熱交換器、凈化工質(zhì)容器、和不凝氣室三者由導(dǎo)熱壁做成的熱交換容器(105)替代，并放置于儲熱箱(103)內(nèi)；熱交換容器(105)將接收到的汽化工質(zhì)冷凝為液態(tài)并儲存于熱交換容器內(nèi)，所釋放熱量通過導(dǎo)熱壁用于加熱熱交換容器周圍的儲熱媒質(zhì)(16)，而不凝氣體則集聚于熱交換容器的上部。
[0019]在本發(fā)明的另一具體實施例中，工質(zhì)補充容器(104)與太陽能收集器(101)的底部液管(6)相連，在泵的作用下將太陽能收集器濃度升高的工質(zhì)(15)抽出。
[0020]在本發(fā)明的另一具體實施例中，還包括一真空泵(10)，用于抽走不凝氣體和并維持系統(tǒng)處于低壓或真空狀態(tài)。
[0021 ] 在本發(fā)明的另一具體實施例中，還包括一旁流管(8 )與汽管(2 )和底部液管(6 )相連。
[0022]在本發(fā)明的另一具體實施例中，所述的旁流管(8 )與汽管(2 )連接處安裝氣-液分離器(14)。
[0023]在本發(fā)明的另一具體實施例中，工質(zhì)補充容器(104)與儲熱箱(102)合并，儲熱箱
(102)兼作工質(zhì)補充容器的作用，并與太陽能收集器的輸液管(I)相連通。
[0024]工作原理:
運行時，系統(tǒng)的內(nèi)部壓力是低于大氣壓的，優(yōu)選是真空或接近真空。在工質(zhì)補充容器(原水容器)104內(nèi)工質(zhì)(原水15)被真空吸力經(jīng)輸液管I引入太陽能收集器101內(nèi)，其流量是由節(jié)流閥11控制。原水吸收了太陽的熱能后汽化并由縱管3向上，經(jīng)過汽管2流向熱交換的儲熱箱102內(nèi)的熱交換器4的上端，所攜帶的液態(tài)水則經(jīng)旁流管8流回太陽能收集器101的底部液管6。水汽在熱交換的儲熱箱102中的熱交換器4內(nèi)凝結(jié)為蒸餾水，同時釋放熱量并加熱儲熱箱內(nèi)的水16。不凝氣體如氧氣、氮氣、二氧化碳等向上積聚于不凝氣室5，而蒸餾水則向下流入凈化工質(zhì)容器(純凈水容器)103。
[0025]3、本發(fā)明的有益效果。
[0026](I)本發(fā)明的多功能太陽能系統(tǒng)能同時輸出熱或電+熱，并生成純凈水，使系統(tǒng)的投資回報率大大提高；
(2)本發(fā)明的三條平行管道的設(shè)計可以低成本地實現(xiàn)高效相變熱傳遞和無能耗地生成蒸餾水，并且使太陽能收集面板7的溫度均勻，保持太陽能電池的效率；
(3)相比自然或強迫循環(huán)熱傳導(dǎo)，相變熱傳導(dǎo)高效地將熱量從太陽能收集器傳遞到儲熱箱，并可省去水泵及其附加控制設(shè)備，而且不消耗電能；
(4)作為一個純凈水系統(tǒng)或海水淡化系統(tǒng)，本發(fā)明的系統(tǒng)既不消耗昂貴的反滲透膜濾芯，又不消耗包括太陽能在內(nèi)的任何能源。
[0027]綜上，本發(fā)明所展示的多功能太陽能系統(tǒng)相對于現(xiàn)有的太陽能系統(tǒng)是很大的提升。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為實施例1的多功能太陽能系統(tǒng)。
[0029]圖2為太陽能收集面板涂有太陽能吸收涂層示意圖。
[0030]圖3為太陽能收集面板上裝有光伏電池示意圖。
[0031]圖4為實施例2的多功能太陽能系統(tǒng)。
[0032]圖5為實施例3的多功能太陽能系統(tǒng)。
[0033]圖6為實施例4的多功能太陽能系統(tǒng)。
[0034]101-太陽能收集器，102-帶有熱交換的儲熱箱，103-凈化工質(zhì)容器，104-工質(zhì)補充容器,105-由導(dǎo)熱壁做成的熱交換容器,1-輸液管，2-汽管,3-縱向管道,4-熱交換器，5-不凝氣室，6-底部液管，7-太陽能收集面板，8-旁流管，9-水泵，10-真空泵，11-節(jié)流閥，12-將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能的涂層，13-將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的光伏電池，14-汽-液分離器，15-工質(zhì)，16-儲熱媒質(zhì)。
【具體實施方式】
[0035]為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)和有益效果， 申請人:將在下面以實施例的方式作詳細說明，但是對實施例的描述均不是對本發(fā)明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實質(zhì)性的等效變換都應(yīng)視為本發(fā)明的技術(shù)方案范疇。
[0036]實施例1
如圖1所示，有純凈水功能的多功能太陽能系統(tǒng)由太陽能收集器101、帶有熱交換器的儲熱箱102，凈化工質(zhì)容器103、以及工質(zhì)補充容器104組成；
太陽能收集器101包括太陽能收集面板7，其正面為向陽面，向陽面安裝有能將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能的涂層12或?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)換為電能的光伏電池(13)。如圖2所示，太陽能收集面板7上有太陽能吸收涂層12可將光能轉(zhuǎn)換為熱能；或如圖3所示，太陽能收集面板7上有太陽能電池13，將光能同時轉(zhuǎn)換為電能和熱能，
太陽能收集面板7背面與包括多條縱向管道3的管道體系緊密熱接觸；管道體系還包括延伸到太陽能收集器外的三條水平管，縱向管道與的此三條平行水平管道相通；頂部的水平管道為汽管2，底部的水平管道為底部液管6，介于兩者之間的水平管為輸液管I。
[0037]可發(fā)生相變的傳熱工質(zhì)15充滿底部液管6，也充盈縱向管道3的一部份。工質(zhì)在常溫常壓下為液態(tài)，而在太陽能熱的作用下，工質(zhì)可部分或全部汽化并吸收熱量。優(yōu)選的工質(zhì)為待凈化的原水。
[0038]多功能太陽能系統(tǒng)還包括一旁流管8與汽管2和底部液管6相連，將汽管2中可能存在的液體工質(zhì)通過旁流管8流向底部液管6，減少了對循環(huán)系統(tǒng)的不良干擾。
[0039]儲熱箱102內(nèi)有儲熱媒質(zhì)16和熱交換器4 ;熱交換器4和太陽能收集器101的汽管2相通，并將接收到的汽化工質(zhì)冷凝為液態(tài)，所釋放熱量用于加熱儲熱媒質(zhì)16。儲熱箱102優(yōu)選地放置高于太陽能收集器101。
[0040]凈化工質(zhì)容器103與儲熱箱102內(nèi)的熱交換器4相通用于接納熱交換器內(nèi)冷凝的工質(zhì)。凈化工質(zhì)容器103外部連通一個用于將凈化的工質(zhì)排出的泵9。
[0041]工質(zhì)補充容器104與太陽能收集器101的輸液管I相連，由節(jié)流閥11控制向太陽能收集器補充工質(zhì)。
[0042]系統(tǒng)還包括用于收集不凝氣體的不凝氣室5，位于熱交換器4的頂部。
[0043]系統(tǒng)還包括一真空泵10，用于抽走不凝氣體和并維持系統(tǒng)處于低壓或真空狀態(tài)。
[0044]實施例2
在此實施例中，實施例1所述的熱交換器、凈化工質(zhì)容器103、和不凝氣室5三者由導(dǎo)熱壁做成的熱交換容器105所替代，如圖4所示。熱交換容器105將接收到的汽化工質(zhì)冷凝為液態(tài)并儲存于熱交換容器內(nèi)，所釋放熱量用于加熱熱交換容器周圍的儲熱媒質(zhì)16，而不凝氣體則集聚于熱交換容器的上部。
[0045]在此實施例中，工質(zhì)補充容器104與太陽能收集器101的底部液管通過泵相連，用于抽走太陽能收集器101內(nèi)濃度升高的工質(zhì)。
[0046]在旁流管8與汽管2連接處還安裝了汽-液分離器14。
[0047]實施例3
在此實施例中，帶有熱交換的儲熱箱102內(nèi)的儲熱媒質(zhì)為水，并且儲熱水箱102和工質(zhì)補充容器104合二為一,儲熱水箱兼作工質(zhì)補充容器(或原水容器),并與縱向管道上部的輸液管I相通，如圖5所示。
[0048]實施例4
在此實施例中，此系統(tǒng)由多個太陽能收集器101和帶有熱交換容器105的儲熱箱102組成，儲熱媒質(zhì)為水，如圖6所示，每個太陽能收集器可與相鄰的太陽能收集器通過連接對應(yīng)的三條水平管(汽管、輸液管和底部液管)而連成一排。三條公共的水平管，汽管2、輸液管I和底部液管6可用于連接對應(yīng)的多排太陽能收集器的水平管。
[0049]儲熱水箱102內(nèi)的熱交換容器105通過公共汽管2和太陽能收集器101的汽管連通，將水汽冷凝并儲存生成的蒸餾水，而儲熱水箱102兼原水容器通過公共輸液管I向太陽能收集器101的輸液管補充原水。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能太陽能系統(tǒng)，其特征在于:由一個或多個太陽能收集器(101)、帶有熱交換器的儲熱箱(102)、凈化工質(zhì)容器(103)、以及工質(zhì)補充容器(104)組成；太陽能收集器(101)包括太陽能收集面板(7)，其正面為向陽面；向陽面上裝有能將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能的涂層(12)或?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)換為電能的光伏電池(13)，其背面與包括多條縱向管道(3)的管道系統(tǒng)緊密熱接觸；管道系統(tǒng)還包括延伸到太陽能收集器之外的三條水平管道與縱向管道(3)相通，三條水平管道分別為頂部的汽管(2)，底部的液管(6)，以及介于兩者之間的輸液管(I);可發(fā)生相變的傳熱工質(zhì)(15)充滿底部液管(6)和縱向管道(3)的一部分，工質(zhì)在常溫常壓下為液態(tài)，在太陽能熱的作用下，工質(zhì)可部分或全部汽化并吸收熱量； 多個太陽能收集器(101)之間通過汽管(2)、輸液管(I)和底部液管(6)連通； 儲熱箱(102)內(nèi)有儲熱媒質(zhì)(16)和熱交換器(4);熱交換器(4)至少和太陽能收集器(101)的汽管(2)相通，并將接收到的汽化工質(zhì)冷凝為液態(tài)，所釋放熱量用于加熱儲熱媒質(zhì)(16)； 凈化工質(zhì)容器(103)與儲熱箱(102)內(nèi)的熱交換器(4)相通用于接納熱交換器內(nèi)冷凝的工質(zhì)(16)； 工質(zhì)補充容器(104)與太陽能收集器(101)的輸液管(I)相連，向太陽能收集器內(nèi)補充工質(zhì)(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能太陽能系統(tǒng)，其特征在于:還包括用于收集不凝氣體的不凝氣室(5)，與所述熱交換器(4)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能太陽能系統(tǒng)，其特征在于:所述的熱交換器、凈化工質(zhì)容器和不凝氣室三者由導(dǎo)熱壁做成的熱交換容器(105)替代，并放置于儲熱箱(103)內(nèi)；熱交換容器(105)將接收到的汽化工質(zhì)冷凝為液態(tài)并儲存于熱交換容器內(nèi)，所釋放熱量通過其導(dǎo)熱壁用于加熱熱交換容器周圍的儲熱媒質(zhì)(16)，而不凝氣體則集聚于熱交換容器的上部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能太陽能系統(tǒng)，其特征在于:工質(zhì)補充容器(104)與太陽能收集器(101)的底部液管(6)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2和3任一所述的多功能太陽能系統(tǒng)，其特征在于:還包括一真空泵(10)，用于抽走不凝氣體和并維持系統(tǒng)處于低壓或真空狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能太陽能系統(tǒng)，其特征在于:還包括一旁流管(8)與汽管(2)和底部液管(6)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多功能太陽能系統(tǒng)，其特征在于:所述的旁流管(8)與汽管(2)連接處安裝氣-液分離器(14)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能太陽能系統(tǒng)，其特征在于:所述的太陽能收集器(101)的工質(zhì)為水。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能太陽能系統(tǒng)，其特征在于:所述的儲熱箱(102)內(nèi)的儲熱媒質(zhì)為水。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多功能太陽能系統(tǒng)，其特征在于:所述的工質(zhì)補充容器(104)與儲熱箱(102)合并，并與太陽能收集器的輸液管(I)相連通。
【文檔編號】C02F1/14GK103994591SQ201410152071
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月17日
【發(fā)明者】龐怡 申請人:龐怡