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1、(10)申请公布号 CN 103968597 A (43)申请公布日 2014.08.06 CN 103968597 A (21)申请号 201410177827.X (22)申请日 2014.04.29 F25B 27/00(2006.01) F25B 27/02(2006.01) (71)申请人 北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街 5 号 (72)发明人 郑宏飞 马兴龙 熊建银 冯朝卿 (74)专利代理机构 北京理工大学专利中心 11120 代理人 郭德忠 仇蕾安 (54) 发明名称 双循环吸附式太阳能冷热联供真空管 (57) 摘要 本发明属于太阳能利用技术领域， 。
2、具体涉及 一种双循环吸附式太阳能冷热联供真空管。双循 环吸附式太阳能冷热联供真空管， 其技术方案是， 它包括 ： 真空玻璃管 (1)、 位于所述真空玻璃管 (1) 内部的吸热管 (2)， 位于所述吸热管 (2) 内的 外、 内双层吸附体 (3)、 (7)， 以及内吸附体 (7) 内 的二次循环热管 (8) 和引流管 (9) ； 本发明采用 内、 外双吸附体， 增加了吸附剂的吸附体积， 同时 减短了传热与传质距离 ； 在内吸附体近中心处设 有二次循环热管， 解决了因吸附体对吸附质进行 吸附时产生吸附热， 和日照结束时吸附体中的高 温余热无法及时散去而降低吸附体吸附能力的问 题 ； 并采用储热装置。
3、收集循环中产生的热量。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103968597 A CN 103968597 A 1/1 页 2 1. 双循环吸附式太阳能冷热联供真空管， 其特征在于， 它包括 ： 真空玻璃管 (1)、 位于 所述真空玻璃管 (1) 内部的吸热管 (2)、 外吸附体 (3)、 内吸附体 (7)、 二次循环热管 (8) 和 引流管 (9) ； 所述吸热管(2)的外表面喷涂吸收层， 所述吸热管(2)的腔体内设有所述外吸附体。
4、(3) 与所述内吸附体(7)， 其中， 所述外吸附体(3)与所述吸热管(2)的内壁直接接触， 所述外吸 附体 (3) 与所述内吸附体 (7) 之间通过气隙支架 (5) 留有缝隙， 所述气隙支架 (5) 的内外 两侧分别设有外网筛 (4) 和内网筛 (6) ； 所述内吸收体 (7) 内部设有二次循环热管 (8) 和 引流管 (9) ； 所述吸热管 (2) 的一端与冷蒸汽导管 (13) 连接， 所述冷蒸汽导管 (13) 穿过所述真空 玻璃管 (1) 一侧的密封端盖 (10)、 冷室 (16) 接口处的连接法兰 (12) 与位于所述冷室 (16) 内的蒸发器 (15) 连接， 所述蒸发器 (15) 。
5、上设有抽气阀 (14) ； 所述吸热管(2)的另一端与热蒸汽导管(17)连接， 所述冷凝器(19)位于水箱(20)内 ； 所述热蒸汽导管 (17) 与所述冷凝器 (19) 连接， 所述冷凝器 (19) 设有汇液口 (18) ； 所述二次循环热管 (8) 的冷凝端与所述冷凝器 (19) 的内壁相接触， 所述引流管 (9) 的 一端与所述蒸发器 (15) 相通， 另一端通过所述汇液口与所述冷凝器 (19) 相通 ； 在所述密封端盖 (10) 与所述连接法兰 (12) 之间设有预紧弹簧 (11)。 2. 如权利要求 1 所述的双循环吸附式太阳能冷热联供真空管， 其特征在于， 在所述吸 热管 (2) 。
6、外加装翅片 (21)。 3. 权利要求 1 所述的双循环吸附式太阳能冷热联供真空管， 其特征在于， 所述二次循 环热管 (8) 的数量有两根。 4. 双循环吸附式太阳能冷热联供真空管， 其特征在于， 它包括 ： 吸热管 (2)、 位于所述 吸热管 (2) 外部的环肋阵 (22)、 外吸附体 (3)、 内吸附体 (7)、 二次循环热管 (8) 和引流管 (9) ； 所述吸热管 (2) 及所述环肋阵 (22) 的外表面涂有吸收层， 所述吸热管 (2) 的腔体内设 有外吸附体 (3) 与内吸附体 (7)， 其中， 所述外吸附体 (3) 与所述吸热管 (2) 的内壁直接接 触， 所述外吸附体 (3) 。
7、与所述内吸附体 (7) 之间通过气隙支架 (5) 留有缝隙， 所述气隙支架 (5)的内外两侧分别设有外网筛(4)和内网筛(6) ； 所述内吸收体(7)内部设有二次循环热 管 (8) 和引流管 (9) ； 所述吸热管 (2) 的一端与冷蒸汽导管 (13) 连接， 所述冷蒸汽导管 (13) 穿过所述冷室 (16)接口处的连接法兰(12)与位于所述冷室(16)内的蒸发器(15)连接， 所述蒸发器(15) 上设有抽气阀 (14) ； 所述吸热管 (2) 的另一端与热蒸汽导管 (17) 连接， 所述冷凝器 (19) 位于所述水箱 (20) 内 ； 所述热蒸汽导管 (17) 与所述冷凝器 (19) 连接，。
8、 所述冷凝器 (19) 设有汇液口 (18) ； 所述二次循环热管 (8) 的冷凝端与所述冷凝器 (19) 的内壁相接触， 所述引流管 (9) 的 一端与所述蒸发器 (15) 相通， 另一端通过所述汇液口 (18) 与所述冷凝器 (19) 相通 ； 冷蒸 汽导管 (13) 与所述热蒸汽导管 (17) 外加设有保温层。 权 利 要 求 书 CN 103968597 A 2 1/5 页 3 双循环吸附式太阳能冷热联供真空管 技术领域 0001 本发明属于太阳能利用技术领域， 具体涉及一种吸附式太阳能冷热联供真空管。 背景技术 0002 能源作为人类社会发展的一个永恒的话题， 近代以来倍受世界各国重。
9、视。随着科 学的发展， 便捷而高效的勘测与开采技术为人类开发了越来越多的化石能源， 却给自然环 境带来了灾难， 因而人们把目光开始转向清洁能源。 太阳能作为一种清洁而廉价的能源， 目 前已受到很多国家的大力支持与开发， 太阳能热利用技术应运而生。 目前， 人们对太阳能电 池技术、 聚光型太阳能集热技术及太阳能热动力系统等都有重大研究突破， 而太阳能制冷 技术仍然处于探索阶段。 吸附式制冷技术因为其具有结构简单， 运行条件要求低， 无制冷剂 污染， 工质种类选择性大， 易适应太阳季节性变化等诸多优点， 受到很多研究者的追捧 ； 但 由于其本身制冷功率较小， 初投资大， 易受气候变化影响等缺点， 。
10、成为太阳能制冷技术发展 的瓶颈。 一般的吸附式制冷装置， 由于吸附时会在吸附剂表面产生大量吸附热， 导致吸附剂 吸附能力下降， 从而降低系统的制冷系数， 部分采取的措施是加装肋片将该部分热量散入 环境， 在光照情况下也需要从外界通入冷却工质， 如空气或水用以冷却装置内循环工质， 冷 却剂所接收的热量往往因温度相对较低而无法再利用， 最终只能排入大气， 从而造成了大 量的热能损失。 发明内容 0003 本发明的目的是 ： 为克服因吸附体对吸附质进行吸附时产生吸附热， 和日照结束 时吸附体中的高温余热无法及时散去而降低吸附体吸附能力的问题， 提供一种双循环吸附 式太阳能冷热联供真空管 ； 0004。
11、 本发明的技术方案一 ： 双循环吸附式太阳能冷热联供真空管， 它包括 ： 真空玻璃 管、 位于真空玻璃管内部的吸热管、 外吸附体、 内吸附体、 二次循环热管和引流管 ； 0005 吸热管的外表面喷涂吸收层， 吸热管的腔体内设有外吸附体与内吸附体， 其中， 外 吸附体与吸热管的内壁直接接触， 外吸附体与内吸附体之间通过气隙支架留有缝隙， 气隙 支架的内外两侧分别设有外网筛和内网筛 ； 内吸收体内部设有二次循环热管和引流管 ； 0006 吸热管的一端与冷蒸汽导管连接， 冷蒸汽导管穿过真空玻璃管一侧的密封端盖、 冷室接口处的连接法兰与位于冷室内的蒸发器连接， 蒸发器上设有抽气阀 ； 0007 吸热管。
12、的另一端与热蒸汽导管连接， 冷凝器位于水箱内 ； 热蒸汽导管与冷凝器连 接， 冷凝器设有汇液口 ； 0008 二次循环热管的冷凝端与冷凝器的内壁相接触， 引流管的一端与蒸发器相通， 另 一端通过汇液口与冷凝器相通 ； 0009 在密封端盖与连接法兰之间设有预紧弹簧。 0010 本发明的技术方案二 ： 双循环吸附式太阳能冷热联供真空管， 它包括 ： 吸热管、 位 于吸热管外部的环肋阵、 外吸附体、 内吸附体、 二次循环热管和引流管 ； 说 明 书 CN 103968597 A 3 2/5 页 4 0011 吸热管及环肋阵的外表面涂有吸收层， 吸热管的腔体内设有外吸附体与内吸附 体， 其中， 外吸。
13、附体与吸热管的内壁直接接触， 外吸附体与内吸附体之间通过气隙支架留有 缝隙， 气隙支架的内外两侧分别设有外网筛和内网筛 ； 内吸收体内部设有二次循环热管和 引流管 ； 0012 吸热管的一端与冷蒸汽导管连接， 冷蒸汽导管穿过冷室接口处的连接法兰与位于 冷室内的蒸发器连接， 蒸发器上设有抽气阀 ； 0013 吸热管的另一端与热蒸汽导管连接， 冷凝器位于水箱内 ； 热蒸汽导管与冷凝器连 接， 冷凝器设有汇液口 ； 0014 二次循环热管的冷凝端与冷凝器的内壁相接触， 引流管的一端与蒸发器相通， 另 一端通过汇液口与冷凝器相通 ； 冷蒸汽导管与热蒸汽导管外加设有保温层。 0015 本发明的有益效果是。
14、 ： (1) 本发明采用内、 外双吸附体， 增加了吸附剂的吸附体 积， 同时减短了传热与传质距离 ； 在内吸附体近中心处设有二次循环热管， 解决了因吸附体 对吸附质进行吸附时产生吸附热， 和日照结束时吸附体中的高温余热无法及时散去而降低 吸附体吸附能力的问题 ； 利用循环过程中产生的热量加热水箱中的水， 使循环热得到收集 和利用。 0016 (2) 将大部分工作零部件及工作介质集于一个管内， 结构非常紧凑 ； 一次完成工 作介质填装， 密封， 工作无污染， 安全可靠， 无二次投资， 且装置对工作条件要求低 ； 0017 (3) 内部设置了二次循环热管， 强化了内部热量向外传递， 同时， 相对传。
15、统的制冷 管， 水箱可收集到循环中各个阶段产生的热量， 增加热能利用效率 ； 0018 (4) 本发明对热源要求低， 既可用太阳光照驱动 ( 方案一 )， 也可用废热余热驱动 ( 方案二 )， 并且管式结构容易进行多管并排组装， 从而得到较大的冷量和热能。 附图说明 0019 图 1 是本发明一个实现形式的剖视图。 0020 图 2 是图 1 的断面图 ； 0021 图 3 是图 1 制冷端剖视图 ； 0022 图 4 是图 1 加翅片的结构示意图 ； 0023 图 5 是图 1 设有两个二次循环热管的结构示意图。 0024 图 6 是本发明另一个实现形式的剖视图 ； 0025 其中， 1- 。
16、玻璃管 ； 2- 吸热管 ； 3- 外吸附体 ； 4- 外网筛 ； 5- 气隙支架 ； 6- 内网筛 ； 7- 内吸附体 ； 8- 二次循环热管 ； 9- 引流管 ； 10- 密封端盖 ； 11- 预紧弹簧 ； 12- 连接法兰 ； 13- 冷蒸汽导管 ； 14- 抽气阀 ； 15- 蒸发器 ； 16- 冷室 ； 17- 热蒸汽导管 ； 18- 汇液口 ； 19- 冷凝 器 ； 20- 水箱 ； 21- 翅片 ； 22- 环肋 ； 23- 保温层。 具体实施方式 0026 实施例 1， 参见附图 1、 2， 双循环吸附式太阳能冷热联供真空管， 它包括 ： 真空玻璃 管 1、 位于所述真空玻璃管。
17、 1 内部的吸热管 2、 外吸附体 3、 内吸附体 7、 二次循环热管 8 和引 流管 9 ； 0027 吸热管 2 的外表面涂有吸收层， 吸热管 2 的腔体内设有外吸附体 3 与内吸附体 7， 说 明 书 CN 103968597 A 4 3/5 页 5 其中， 外吸附体 3 与吸热管 2 的内壁直接接触， 外吸附体 3 与内吸附体 7 之间通过气隙支架 5 留有缝隙， 气隙支架 5 的内外两侧分别设有外网筛 4 和内网筛 6 ； 内吸收体 7 内部设有二 次循环热管 8 和引流管 9 ； 0028 参见附图 3， 吸热管 2 的一端与冷蒸汽导管 13 连接， 冷蒸凝汽导管 13 穿过真空玻。
18、 璃管 1 一侧的密封端盖 10、 冷室 16 接口处的连接法兰 12 与位于冷室 16 内的蒸发器 15 连 接， 蒸发器 15 上设有抽气阀 14 ； 0029 二次循环热管8的冷凝端与冷凝器19的内壁相接触， 引流管9的一端与蒸发器15 相通， 另一端通过汇液口与冷凝器 19 相通 ； 0030 在密封端盖 10 与连接法兰 12 之间设有预紧弹簧 11 ； 0031 整个装置倾斜放置在易于接受阳光的地方， 并使引流管 9 处于二次循环热管 8 的 下面， 方便冷凝器 19 内的液体靠重力回流。在白天， 期初水箱 20 中有低温水， 太阳光透过 真空玻璃管照到吸热管2时， 吸热管2壁面温。
19、度逐渐升高， 并将热量由其内壁传递到外吸附 体 3， 因此外吸附体 3 的温度优先升高， 并使其吸附的吸附质开始解吸， 随后由于两吸附体 之间逐渐产生温差， 热量主要以蒸汽的对流和气隙支架 5 的导热两种形式从外吸附体 3 传 递到内吸附体 7 ； 随着日照时间的推移， 外吸附体 3 的温度愈加升高， 并逐渐解吸完全， 此时 外吸附体3主要以热辐射和气隙支架5导热两种形将热量传递给内吸附体7， 促进内吸附体 7 的解吸。高温的解吸蒸汽通过气隙， 沿热蒸汽导管 17 进入冷凝器 19， 并在冷凝器 19 内壁 上凝结， 放出潜热加热水箱中的水， 凝结后吸附质汇聚在汇液口 18， 并通过引流管 9。
20、 靠重力 回流到蒸发器15。 整个过程中， 处于内吸附体7中二次循环热管8的温度总是最后才升高， 所以不会因为其本身的传热效应对吸附体中吸附质的解吸产生显著影响， 而当两吸附体解 吸趋于完全时， 若依然有光照比如夏季日照时间较长， 二次循环热管 8 可将此时吸热管接 收到多余的太阳能传到冷凝器 19 的内壁， 通过冷凝器壁与水箱 20 中的水换热。结束一天 的光照后， 需要对吸附体降温从而恢复其对吸附质的吸附能力。此时， 用户可从水箱 20 中 取走热水， 如洗澡后重新加入冷水， 于是二次循环热管 8 的上下两端重新产生温差， 可将吸 附体中的高温余热传到水箱 20， 从而使吸附体温度下降， 。
21、恢复其吸附能力。当然， 吸附体中 的一部分热量会以热辐射的方式进入大气当中。在夜间， 蒸发器 15 中的吸附质慢慢挥发， 带走汽化潜热， 并在冷室 16 中实现制冷， 吸附质蒸汽通过冷蒸汽导管 13 进入气隙， 被两吸 附体缓慢吸附， 同时会在吸附体表面产生吸附热， 即由于蒸汽液化放出的热量， 吸附热的聚 集会使吸附体表面温度升高， 降低吸附体的吸附能力， 此时可由二次循环热管 8 将这部分 热量传至水箱20， 从而消除吸附热对吸附体吸附能力的影响。 由于夜间时间足够长， 可使吸 附体充分完成吸附， 而二次循环热管8与吸附体3、 7及吸附质在夜间相当于热泵， 该热泵循 环由二次循环热管 8 完。
22、成， 这样一来， 也使水箱中水的温度有所升高， 减少了第二天的热负 荷。 0032 图 2 是本发明的真空管断面图， 运行原理解释如下 ： 0033 夜间从蒸发器 15 中挥发出来的吸附质蒸汽， 进入由外、 内吸附体 3、 7 所组成的气 隙， 并被两吸附体缓慢吸附， 气隙由气隙支架 5 保持， 气隙支架内外分别有外网筛 4 和内网 筛 6， 用以隔挡吸附体， 防止碎屑进入气隙， 同时， 气隙支架 5 也起到内外吸附体热量传递的 作用。内吸附体 7 近中心处有二次循环热管 8 和引流管 9。由于日照结束时两吸附体中仍 有大量高温余热， 阻碍吸附体对吸附质的吸附， 而吸热管 2 与玻璃管 1 之。
23、间又是真空层， 在 说 明 书 CN 103968597 A 5 4/5 页 6 低温段由热辐射向外散发的热量的速率非常缓慢， 此时就可由二次循环热管 8 将该部分热 量传到冷凝器 19 的内壁， 同时， 由于吸附体在对吸附质蒸汽进行吸附时， 会在吸附体表面 产生吸附热， 此部分热量也可通过二次循环热管 8 传到冷凝器内壁， 最终通过冷凝器壁将 热量传到水箱 20 中的水中储存。 0034 图 3 是本发明制冷端结构示意图， 运行原理解释如下 ： 0035 在夜间， 蒸发器 15 中的吸附质挥发带走大量汽化潜热， 从而在冷室 16 中产生冷 量。蒸发器 15 通过锥形螺纹与冷蒸汽导管 13 连。
24、接， 以保证密封性。冷蒸汽导管 13、 吸热管 2、 密封端盖 10 和预紧弹簧 11 通过焊接连在一起， 以避免日照时由于高温使材料膨胀产生 巨大力破坏系统密封性。 蒸发器15上装有抽气阀14， 使用前需要将吸热管内部封闭空间中 的空气含量降到安全浓度， 此时可通过抽气阀 14 进行重复抽气和充液来完成。 0036 在图 4 中， 对吸热管 2 的外面加装翅片 21， 其运行原理如下 ： 0037 翅片 21 的作用是增大太阳辐射接收面积， 从而获得更多的辐射能。对于中高纬度 区， 受太阳高度角影响， 日照时间相对较短， 太阳辐射强度会低于低纬度区域， 此时仅由吸 热管 2 接收到的辐射能不。
25、足以使管内吸附体中的吸附质完全解吸。而在吸热管 2 的两侧加 装总宽为吸热管半径的翅片21， 可使吸热管2比无翅片时多接收三分之一的辐射量。 因此， 对于高纬度区可采用加翅片的方式， 提高装置的性能。 0038 在图 5 中， 内吸附体 7 中对称分布这两个二次循环热管 8， 其运行原理如下 ： 0039 采用双二次循环热管8， 可以强化白天吸附体中热量通过热管向水箱的热传导。 对 于太阳辐射力较强的地区， 吸热管每天接收到的热量使吸热管 2 内吸附体中的吸附质完全 解吸后仍有多余， 该热量若不及时散去， 会使内、 外吸附体 3、 7 之间的吸附质蒸汽温度急剧 升高， 这对装置的工作能力有很大。
26、影响， 比如采用甲醇为吸附质， 当温度达到 140时， 甲醇 分解成二甲醚， 影响装置工作性能， 因此双二次循环热管 8 能有效的加强该部分热量的传 递。 0040 实施例 2， 参见附图 6， 双循环吸附式太阳能冷热联供真空管， 它包括 ： 吸热管 2、 位 于吸热管 2 外部的环肋阵 22、 外吸附体 3、 内吸附体 7、 二次循环热管 8 和引流管 9 ； 0041 吸热管 2 及环肋阵 22 的外表面涂有吸收层， 吸热管 2 的腔体内设有外吸附体 3 与 内吸附体7， 其中， 外吸附体3与吸热管2的内壁直接接触， 外吸附体3与内吸附体7之间通 过气隙支架 5 留有缝隙， 气隙支架 5 。
27、的内外两侧分别设有外网筛 4 和内网筛 6 ； 内吸收体 7 内部设有二次循环热管 8 和引流管 9 ； 0042 吸热管 2 的一端与冷蒸汽导管 13 连接， 冷蒸汽导管 13 穿过冷室 16 接口处的连接 法兰 12 与位于冷室 16 内的蒸发器 15 连接， 蒸发器 15 上设有抽气阀 14 ； 0043 吸热管 2 的另一端与热蒸汽导管 17 连接， 冷凝器 19 位于水箱 20 内 ； 热蒸汽导管 17 与冷凝器 19 连接， 冷凝器 19 设有汇液口 18 ； 0044 二次循环热管8的冷凝端与冷凝器19的内壁相接触， 引流管9的一端与蒸发器15 相通， 另一端通过汇液口 18 与。
28、冷凝器 19 相通 ； 冷蒸汽导管 13 与热蒸汽导管 17 外加设有保 温层。 0045 二次循环热管8的冷凝端与冷凝器19的内壁相接触， 引流管9的一端与蒸发器15 相通， 另一端通过汇液口与冷凝器 19 相通 ； 其运行原理如下 ： 0046 采用废气余热驱动， 当热流体流过吸热管 2 表面时， 会与吸热管 2 发生换热， 环肋 说 明 书 CN 103968597 A 6 5/5 页 7 阵 22 能有效提高换热面积， 增大热交换量， 热量通过吸热管壁传给管内吸附体， 实现吸附 体中的吸附质解吸。保温层 23 可降低吸热管 2 两端的导气管与环境的换热速率， 尤其对冷 蒸汽导管13， 保温层23可使吸附质在晚间挥发时带走气化潜热基本都来自冷室16， 以实现 较好的制冷效果。 说 明 书 CN 103968597 A 7 1/4 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103968597 A 8 2/4 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103968597 A 9 3/4 页 10 图 5 说 明 书 附 图 CN 103968597 A 10 4/4 页 11 图 6 说 明 书 附 图 CN 103968597 A 11 。