一种重力热管型太阳能集热-辐射制冷复合集热装置的制作方法

一种重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置
技术领域
1.本发明涉及太阳能建筑技术领域，特别是一种重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置。


背景技术：

2.能源问题是社会经济发展的首要问题。近年来，伴随着经济的快速发展，我国对能源的需求呈现快速增长的趋势。由于我国能源利用效率的低下和煤炭等化石能源的使用比重过大导致了我国能源问题更加严峻和环境破坏日趋严重，极大地制约了我国经济的发展。太阳能因为其可再生以及对环境友好的优点，是重要的传统能源替代物。目前，建筑能耗已与工业能耗、交通能耗并列成为我国能源消耗的三大“耗能大户”，尤其是建筑能耗伴随着建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升，呈急剧上升趋势。据统计，建筑能耗约占社会总能耗的30％，其中最主要的是采暖和空调，占到20％。而这“30％”还仅仅是建筑物在建造和使用过程中消耗的能源比例，如果再加上建材生产过程中耗掉的能源(占全社会总能耗的16.7％)，和建筑相关的能耗将占到社会总能耗的46.7％。建筑负荷主要以冷热负荷为主，而太阳能建筑一体化是一项降低建筑负荷的可行方式。
3.虽然太阳能集热技术已相对成熟，但由于受到昼夜更迭的影响，太阳能集热系统在夜间处于闲置状态，这大大降低了其使用效率；另一方面，辐射制冷也存在功率较小导致成本较高，且辐射制冷装置在白天很难实现制冷效果等缺陷。
4.现有的制热制冷复合装置存在的缺陷为：(1)一般的建筑一体化太阳能集热器热量传递管道过长，提高了热量传递过程中的热损失，影响了系统的整体性能，并且造价较高。(2)功能单一，只能供暖或只能制冷难以满足用户日常所需。(3)在白天辐射制冷的过程中会与环境进行对流换热及热辐射，使得白天制冷效益不高。(4)无法自动控制制冷系统工作的启停。(5)太阳能集热装置的不稳定性。(6)器件结构复杂、加工难度大，制备成本高。


技术实现要素：

5.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
6.鉴于上述和/或现有的制热制冷复合装置中存在的问题，提出了本发明。
7.因此，本发明所要解决的问题在于提供一种重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置。
8.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置，其包括复合集热单元和连接单元，复合集热单元包括基板、传热热管、散热热管、复合集热组件、热水箱和冷水箱，所述传热热管一端固定设置在所述基板上，一端与所述热水箱可拆卸连接，所述散热热管一端固定设置在所述基板上，一端与所述冷水箱可拆卸连接，所述复合集热组件设置在所述基板的表面上；连接单元，设置在所述复合
集热单元内，包括连接组件，所述连接组件设置在所述传热热管和所述热水箱的连接处，所述连接组件设置在所述散热热管和所述冷水箱的连接处。
9.作为本发明所述重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的一种优选方案，其中：所述连接组件包括固定座、固定套、移动件和保护套，在所述热水箱和所述冷水箱上均设置有所述固定座，所述固定座和所述固定套固定连接，所述固定套上设置有凸起，所述保护套设置在所述移动件外侧。
10.作为本发明所述重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的一种优选方案，其中：所述移动件包括固定环、第一移动件、小球、第二移动件、弹簧、限位环和弹性垫片，所述固定环与所述固定套同轴设置，所述第一移动件设置在所述固定环与所述固定套之间，所述第一移动件上设置有与所述凸起配合的凹槽，所述小球设置在所述固定环和所述第二移动件之间，所述第二移动件移动设置在所述固定环和所述限位环之间，所述弹簧连接所述第二移动件和所述限位环，所述弹簧外侧设置有所述弹性垫片。
11.作为本发明所述重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的一种优选方案，其中：所述传热热管包括传热热管蒸发段和传热热管冷凝段，所述传热热管蒸发段固定连接在所述基板的背面，所述传热热管冷凝段可拆卸连接在所述热水箱上。
12.作为本发明所述重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的一种优选方案，其中：所述散热热管包括散热热管蒸发段和散热热管冷凝段，所述散热热管蒸发段可拆卸连接在所述冷水箱上，所述散热热管冷凝段固定连接在所述基板的背面。
13.作为本发明所述重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的一种优选方案，其中：所述复合集热组件包括pe膜、集热
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辐射制冷复合膜、保温层和边框，所述pe膜设置于所述基板的最上方，所述pe膜和所述集热
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辐射制冷复合膜之间形成空气夹层，所述集热
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辐射制冷复合膜均匀喷涂在所述基板的表面上，所述保温层均匀包裹在所述基板的四周及底部，所述边框设置在所述保温层的外围。
14.作为本发明所述重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的一种优选方案，其中：所述集热
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辐射制冷复合膜由集热涂层和辐射制冷涂层组成，两种涂层混合后，均匀喷涂在所述基板的表面。
15.作为本发明所述重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的一种优选方案，其中：所述基板为金属基板。
16.作为本发明所述重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的一种优选方案，其中：所述热水箱置于所述基板的上方。
17.作为本发明所述重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的一种优选方案，其中：所述冷水箱置于所述基板的下方。
18.本发明有益效果为：所述装置借助重力热管的热二极管特性，将传热热管及散热热管的蒸发端和冷凝端分别交替布置在基板背面，以实现不同功能热管的分时工作；同时，具备白天制热，夜间制冷的功能，有效克服了传统太阳能集热器和辐射制冷装置功能单一的局限性，并可根据季节调整运行模式，与建筑结合可有效降低建筑能耗。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用
的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
20.图1为重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的结构图。
21.图2为重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的连接组件的结构图。
22.图3为重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的连接组件的剖视图。
23.图4为重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的固定套和第一移动件的结构图。
24.图5为重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的剖视图。
25.图6为重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的夜间辐射制冷模式工作原理图。
26.图7为重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置的白天太阳能集热模式工作原理图。
具体实施方式
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
28.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
29.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
30.实施例1
31.参照图1～图6，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种重力热管型太阳能集热
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辐射制冷复合集热装置，包括复合集热单元100和连接单元200。
32.复合集热单元100，包括基板101、传热热管102、散热热管103、复合集热组件104、热水箱105和冷水箱106，传热热管102一端固定设置在基板101上，此处的固定设置采用现有的固定连接方式，如粘接、焊接等；一端与热水箱105可拆卸连接，此处的可拆卸连接采用现有的连接方式，如螺纹连接、卡扣连接等；散热热管103一端固定设置在基板101上，此处的固定设置采用现有的固定连接方式，如粘接、焊接等；一端与冷水箱106可拆卸连接，此处的可拆卸连接采用现有的连接方式，如螺纹连接、卡扣连接等；复合集热组件104设置在基板101的表面上。
33.连接单元200，设置在复合集热单元100内，包括连接组件201，连接组件201设置在传热热管102和热水箱105的连接处，连接组件201设置在散热热管103和冷水箱106的连接处。
34.具体的，参照图2，连接组件201包括固定座201a、固定套201b、移动件201c和保护套201d，在热水箱105和冷水箱106上均设置有固定座201a，固定座201a和固定套201b固定连接，固定套201b上设置有凸起201b
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1(参照图4)，保护套201d设置在移动件201c外侧，便
于传热热管102和热水箱105之间的连接以及散热热管103和冷水箱106之间的连接。
35.进一步的，参照图3，移动件201c包括固定环201c
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1、第一移动件201c
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2、小球201c
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3、第二移动件201c
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4、弹簧201c
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5、限位环201c
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6和弹性垫片201c
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7，固定环201c
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1与固定套201b同轴设置，第一移动件201c
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2设置在固定环201c
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1与固定套201b之间，第一移动件201c
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2上设置有与凸起201b
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1配合的凹槽201c
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21(参照图4)，小球201c
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3设置在固定环201c
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1和第二移动件201c
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4之间，第二移动件201c
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4移动设置在固定环201c
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1和限位环201c
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6之间，弹簧201c
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5连接第二移动件201c
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4和限位环201c
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6，弹簧201c
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5外侧设置有弹性垫片201c
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7，通过移动第一移动件201c
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2，小球201c
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3通过第二移动件201c
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4的移动进行上升，使得凹槽201c
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21和凸起201b
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1卡紧，利用弹簧201c
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5的弹性，加固第一移动件201c
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2与固定套201b之间的连接；实现传热热管102和热水箱105之间的连接以及散热热管103和冷水箱106之间的连接。
36.具体的，传热热管102包括传热热管蒸发段102a和传热热管冷凝段102b，传热热管蒸发段102a固定连接在基板101的背面，在本实施例中，此处固定连接方式采用焊接；传热热管冷凝段102b可拆卸连接在热水箱105上；传热热管冷凝段102b在传热热管蒸发段102a的上方。
37.进一步的，散热热管103包括散热热管蒸发段103a和散热热管冷凝段103b，散热热管蒸发段103a可拆卸连接在冷水箱106上，散热热管冷凝段103b固定连接在基板101的背面，在本实施例中，此处固定连接方式采用焊接；散热热管冷凝段103b在散热热管蒸发段103a的上方。
38.较佳的，传热热管蒸发段102a和散热热管冷凝段103b保持相等间隔交替焊接在基板101的背面。
39.优选的，参照图5，复合集热组件104包括pe膜104a、集热
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辐射制冷复合膜104b、保温层104c和边框104d，pe膜104a设置于基板101的最上方，pe膜104a和集热
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辐射制冷复合膜104b之间形成空气夹层m，集热
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辐射制冷复合膜104b均匀喷涂在基板101的表面上，pe膜104a外表面与外界空气接触，内表面与空气夹层m接触，具有较高的太阳辐射透过率，在阻止集热
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辐射制冷复合膜104b自身辐射向周围环境散热的同时还能避免与空气直接接触，使其不受灰尘和雨雪的侵蚀；保温层104c均匀包裹在基板101的四周及底部，边框104d设置在保温层104c的外围。
40.具体的，pe膜104a和基板101都为矩形平板形状，且相互保持平行，四周镶嵌在保温层104c当中。
41.进一步的，集热
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辐射制冷复合膜104b由集热涂层和辐射制冷涂层组成，两种涂层混合后，均匀喷涂在基板101的表面；其中辐射制冷涂层在8～13μm的大气窗口波段具有高发射率、低吸收率，而集热涂层在其他波段具有高吸收率、低发射率。
42.较佳的，基板101为金属基板，其上表面喷涂集热
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辐射制冷复合膜104b，背面焊接着传热热管蒸发段102a和散热热管冷凝段103b，为集热
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辐射制冷复合膜104b的喷涂和传热热管蒸发段102a和散热热管冷凝段103b的固定提供载体。
43.优选的，热水箱105与传热热管冷凝段102b连接，置于基板101的上方；热水箱105安置在屋顶上，水箱内的热水由管道运输进室内供用户使用。
44.具体的，冷水箱106与散热热管蒸发段103a连接，置于基板101的下方；冷水箱106
安置在墙壁外侧，水箱内的冷水由管道运输进室内降低室温，由于热空气处于室内上方，因而管道设计安装在室内墙壁上方，达到强化传热的效果。
45.综上所述，在使用时，分为以下几个模式：
46.夜间辐射制冷模式
47.参照图6，在没有太阳辐射的夜间，集热
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辐射制冷复合膜104b对8～13μm的大气窗口波段具有高发射率、低吸收率，利用这一性能可以将集热
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辐射制冷复合膜104b自身热量以8～13μm电磁波的形式通过大气窗口排放到温度接近绝对零度的外部太空，从而降低自身温度，通过热传导依次降低基板101、散热热管冷凝段103b的温度，导致散热热管冷凝段103b和散热热管蒸发段103a之间出现温差，温差使得散热热管103启动工作；散热热管冷凝段103b的工质降温冷凝后，由于重力的作用，冷凝后的工质以液态形式流向散热热管蒸发段103a，并在散热热管蒸发段103a吸收热量后蒸发成气态工质，蒸发后的气态工质向上流向散热热管冷凝段103b，如此，在散热热管103内完成一次闭合循环，同时吸收冷水箱106中水的热量。散热热管103的每次闭合循环都会吸收冷水箱106中水的热量，降低冷水箱106中的水温。
48.需要注意的是，辐射制冷功能一般在温度较高的夏天启动工作，其他季节温度不高，一般选择关闭辐射制冷功能。
49.白天太阳能集热模式
50.参照图7，在有太阳辐射的白天，集热
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辐射制冷复合膜104b对8～13μm的大气窗口以外的辐射波段具有高吸收率、低发射率，利用这一性能可以吸收太阳辐射，提高自身温度，太阳辐射首先到达pe膜104a的表面，由于pe膜104a对太阳辐射具有良好的穿透性，并且阻止了集热
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辐射制冷复合膜104b自身辐射向周围环境的发散，继而在空气夹层m内形成了温室效应；太阳辐射在空气夹层m内多次反射，最后大部分太阳辐射能量被集热
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辐射制冷复合膜104b所吸收，吸收后的热量以热传导的方式传递给焊接在基板101背面的传热热管蒸发段102a，使得传热热管蒸发段102a的工质受热蒸发，蒸发后的工质流向传热热管冷凝段102b，释放潜热后凝结成液态工质；在受到自身重力影响后，液态工质回流到传热热管蒸发段102a，如此在传热热管102内完成一次闭合循环。传热热管102内的每次闭合循环都会将工质释放出的潜热传递给热水箱105中的生活用水，提高热水箱105中的水温。
51.春秋冬季运行模式
52.春秋冬季启用太阳能集热功能，通过集热
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辐射制冷复合膜104b吸收太阳辐射，加热热水箱105中的生活用水，被加热后的生活用水在热水箱105中被储存起来备用，在需要热水时可以控制管道输送进室内供用户使用。
53.夏季运行模式
54.夏季启用太阳能集热 辐射制冷功能，白天有太阳辐射时，集热
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辐射制冷复合膜104b吸收太阳辐射。夜间没有太阳辐射时，集热
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辐射制冷复合膜104b将自身热量以8～13μm电磁波的形式通过大气窗口排放到温度接近绝对零度的外部太空，降低冷水箱106中的水温，被储存在冷水箱106中备用。当用户感觉到室温过高的时候可控制冷水箱中的冷水通过管道运输进室内墙壁的上方，与室内上方的热空气形成温差，发生热交换，继而降低室内温度。
55.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳
实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。