[發明專利]真空相變傳熱式太陽能平板集熱系統及用于該系統的工質

無效

• 申請號: 201010568487.5
• 申請日: 2010-12-01
• 公開（公告）號: CN102012115A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 李建明;陳志;高宇
• 申請（專利權）人: 四川天乙太陽能科技有限公司
• 主分類號: F24J2/32
• 分類號: F24J2/32;F24J2/34;F24J2/46;C09K5/04
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民

技術領域

本發明涉及太陽能利用領域，具體地說，涉及一種真空相變傳熱式太陽能平板集熱系統及用于該系統的工質。

背景技術

太陽能被公認為一種可持續發展的環保能源，隨著科技的不斷發展，人們利用太陽能已由被動、半主動逐步發展到積極主動的開發利用。如何有效的利用太陽能以彌補煤、石油、天然氣等有限能源的不足，是當代科學界的熱門課題。迄今為止，人們所采用的太陽能平板集熱器主要有兩種類型。第一種是常規平板集熱器，這種集熱器已商品化生產，主要在太陽能熱水系統中用作為集熱部件。其特征在于，主要由吸熱板和上、下集管組成的管板式集熱器和由兩塊壓有凹槽的金屬板對焊形成的扁盒式集熱器等等。盡管集熱器的吸熱板結構多種多樣，但基本上都是利用太陽能通過吸熱元件直接加熱水，這種方法存在吸熱元件內的水在冬季容易結冰和對吸熱元件腐蝕等問題。因此，這種集熱器在0℃以下不能使用，并且技術經濟性較差。第二種是熱管式太陽能平板集熱器，其特征在于，利用若干根重力熱管做成吸熱板，熱管內的工質從吸熱板獲得熱量蒸發，然后通過冷凝器在蓄熱器放出熱量加熱水且自身被冷凝，在重力作用下返回集熱器，再從吸熱板獲得量，并且所選的工質具有防凍功能。然而，由于熱管根數太多很難形成分體遠程連接，不宜在建筑物墻面安裝，此外該種集熱器制作成本太高、熱效率低、且制造工藝復雜，難以推廣應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種真空相變傳熱式太陽能平板集熱系統及用于該系統的工質，該系統針對常規集熱器在0℃以下不能使用，或是熱管式太陽能平板集熱器成本高、不能分體安裝和不易推廣等問題，提出了一種創新裝置，即集熱器與蓄熱器分體安裝、利用工質真空相變傳熱的太陽能平板集熱系統，這種系統效率高，成本低，在0℃以下仍可正常使用。這種系統的集熱器不僅可以安裝在建筑物的屋頂，而且可以安裝在其墻面。

本發明另一個要解決的技術問題是提供一種專用于真空相變傳熱式太陽能平板集熱系統的工質，該工質為多組分復合工質，通過反復蒸發、冷凝的相變循環傳熱，將液體加熱。

本發明解決上述問題所采用的技術方案是：真空相變傳熱式太陽能平板集熱系統，真空蒸發器置于平板集熱器框體內部并貫穿平板集熱器框體形成兩個連接端；冷凝器置于蓄熱器內部并貫穿蓄熱器形成兩個連接端；所述真空蒸發器一端與氣液分離器接通，氣液分離器氣體出口通過蒸氣上升管與冷凝器的一端接通，液分離器液體出口通過蒸發器供液管與真空蒸發器的另一端接通，冷凝器的另一端通過冷凝液回流管與氣液分離器接通。

具體地，所述真空蒸發器是蛇形盤管且蛇形盤管上連接有吸熱元件。冷凝器也可以是其他任意形式的盤管。真空蒸發器安裝在平板集熱器框體內，蛇形管上連接有吸熱元件，吸熱元件面積與集熱器的受光面積相等，工質在蛇形管內吸收來自吸熱元件的熱量，然后蒸發將熱量帶走。

所述真空蒸發器的換熱面積與吸熱元件面積之比為0.30～0.80。

所述冷凝器是為蛇形、螺旋形或長圓形盤管，蓄熱器設有冷水進水管和熱水出水管。冷凝器也可以是其他任意形式的盤管，安裝在蓄熱器內，工質在冷凝器內冷凝放出熱量加熱蓄熱器內的物質。

所述冷凝器的換熱面積與吸熱元件面積之比為0.30～1.0。

所述氣液分離器底部連接有疏水閥，冷凝器的冷凝液回流管與氣液分離器底部的側面相連。

所述真空蒸發器、氣液分離器、蒸氣上升管、冷凝器、冷凝液回流管、蒸發器供液管的順序連接構成工質循環回路，工質循環回路中的工質充裝量是真空蒸發器容積的5～50%。

所述真空蒸發器內的真空度為4～98kPa。

一種專用于上述的真空相變傳熱式太陽能平板集熱系統的工質，所述工質為水、氨、乙醚、呋喃、丙酮、丁酮、氯仿、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、戊烷、異戊烷、己烷、環己烷中的一種或者一種以上構成，其沸點為30℃～90℃。上述工質是多組分復合工質，為易相變的一種液相物質或幾種液相物質，其沸點在30℃～90℃范圍內可調。

具體地，所述工質為水，其絕對壓力為4.24～70.11kPa；或者所述工質為乙醇，真空度為63.09kPa；或者所述工質為摩爾成分0.22丙酮和摩爾成分0.78甲醇的混合物，其絕對壓力為1atm；或者所述工質為摩爾成分0.35丙酮和摩爾成分0.65氯仿的混合物，其真空度為32.32kPa。