多功能热管式光伏光热热水采暖系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201922490465.0 (22)申请日 2019.12.31 (73)专利权人 西南交通大学 地址 610031 四川省成都市二环路北一段 111号 (72)发明人 袁艳平周锦志蒋福建季亚胜 高志宇 (74)专利代理机构 成都点睛专利代理事务所 (普通合伙) 51232 代理人 敖欢 (51)Int.Cl. F24D 15/00(2006.01) F24S 10/95(2018.01) F24S 50/00(2018.01) F24S 60/30(2018.01) F24S。

2、 80/30(2018.01) F28D 15/04(2006.01) H02S 10/00(2014.01) H02S 40/38(2014.01) H02S 40/44(2014.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 多功能热管式光伏光热热水采暖系统 (57)摘要 本实用新型提供一种多功能热管式光伏光 热热水采暖系统， 包括太阳能光伏发电系统、 直 管式热管强制水冷系统、 储热水箱、 闭式环路热 管强制风冷系统、 采暖房间、 光电储存器太阳能 蓄电池以及太阳能逆控一体机； 直管式热管强制 水冷系统包括直管式微通道热管、 微通道水冷换 热器和水泵， 直管式。

3、微通道热管设有蒸发端和冷 凝端， 闭式环路热管强制风冷系统包括闭式环路 热管蒸发器、 闭式环路热管冷凝器和风扇， 本实 用新型具有小型化、 易与建筑结合等特点， 可根 据不同季节光照特点， 实现多功能输出满足建筑 不同需求。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 211260985 U 2020.08.14 CN 211260985 U 1.一种多功能热管式光伏光热热水采暖系统， 其特征在于： 包括太阳能光伏发电系统 (1)、 直管式热管强制水冷系统(4)、 储热水箱(8)、 闭式环路热管强制风冷系统(11)、 采暖房 间(17)、 光电储存器太阳能蓄电池(20)以及太阳能逆控一体机(2。

4、1)； 太阳能光伏发电系统(1)安装在室外， 所述太阳能光伏发电系统(1)包括太阳能电池片 阵列(2)和太阳能光伏模块基板(3)， 太阳能电池片阵列(2)通过热熔胶层压在太阳能光伏 模块基板(3)正面， 吸收和转换太阳能为系统提供电能和热能， 太阳能蓄电池(20)和太阳能 电池片阵列(2)连接， 太阳能逆控一体机(21)和太阳能蓄电池(20)连接， 太阳能蓄电池(20) 和太阳能逆控一体机(21)组合运行用于储存电能并输送给用户端(19)； 直管式热管强制水冷系统(4)包括直管式微通道热管(5)、 微通道水冷换热器(6)和水 泵(7)， 直管式微通道热管(5)设有蒸发端和冷凝端， 直管式微通道。

5、热管(5)的蒸发端通过热 熔胶层压在太阳能光伏模块基板(3)背面与太阳能光伏模块基板(3)进行热交换， 直管式微 通道热管(5)的冷凝端通过热熔胶层压方式与微通道水冷换热器(6)相结合， 并与微通道水 冷换热器(6)进行热交换， 直管式微通道热管(5)内设有冷媒， 直管式微通道热管(5)的蒸发 端通过管内冷媒的相变， 吸收太阳能光伏模块基板(3)的热量形成蒸汽， 蒸汽上升到冷凝端 后与微通道水冷换热器(6)里面的冷水进行强制对流换热， 冷水吸收蒸汽的热量变成热水 进入储热水箱(8)， 将来自太阳能光伏模块基板(3)的热量储存在储热水箱(8)中， 微通道水 冷换热器(6)的出口通过水泵(7)连接。

6、至储热水箱(8)的入口， 储热水箱(8)的出口连接至微 通道水冷换热器(6)的入口， 储热水箱(8)内的热水通过储热水箱用户端出口阀门(18)供给 用户端(19)； 所述闭式环路热管强制风冷系统(11)包括闭式环路热管蒸发器(12)、 闭式环路热管冷 凝器(13)和风扇(14),闭式环路热管蒸发器(12)通过热熔胶层压在太阳能光伏模块基板 (3)背部并与太阳能光伏模块基板(3)进行热交换， 闭式环路热管冷凝器(13)和风扇(14)固 定在一起并置于室内， 闭式环路热管冷凝器(13)和风扇(14)的位置高于太阳能光伏模块基 板(3)， 闭式环路热管蒸发器(12)内设有冷媒， 闭式环路热管蒸发器(。

7、12)通过管内冷媒的相 变吸收太阳能光伏模块基板(3)的热量形成热蒸汽， 热蒸汽进入闭式环路热管冷凝器(13)， 风扇(14)设置于采暖房间(17)内并连接于冷凝器(13)的热蒸汽出口末端， 通过风扇的旋转 冷却冷凝器(13)并将热量传递入采暖房间(17)。 2.根据权利要求1所述的多功能热管式光伏光热热水采暖系统， 其特征在于： 直管式微 通道热管(5)、 闭式环路热管蒸发器(12)、 闭式环路热管冷凝器(13)以及微通道水冷换热器 (6)皆采用微通道扁管结构作为换热器。 3.根据权利要求1或2所述的多功能热管式光伏光热热水采暖系统， 其特征在于： 直管 式微通道热管(5)与闭式环路热管蒸发。

8、器(12)互相交替并列排布在太阳能光伏模块基板 (3)背面， 填补对方管道间隔并充当翅片。 4.根据权利要求1所述的多功能热管式光伏光热热水采暖系统， 其特征在于： 水泵(7) 和储热水箱(8)安装在室外。 5.根据权利要求1所述的多功能热管式光伏光热热水采暖系统， 其特征在于： 微通道水 冷换热器(6)的出口通过储热水箱进口阀门(9)连接储热水箱(8)的入口； 储热水箱(8)的出 口经过储热水箱出口阀门(10)连通至微通道水冷换热器(6)的入口； 闭式环路热管蒸发器(12)的出口通过蒸汽管阀门(15)连通至闭式环路热管冷凝器 权利要求书 1/2 页 2 CN 211260985 U 2 (1。

9、3)的入口； 闭式环路热管冷凝器(13)的出口通过回液管阀门(16)连通至闭式环路热管蒸 发器(12)的入口。 权利要求书 2/2 页 3 CN 211260985 U 3 多功能热管式光伏光热热水采暖系统 技术领域 0001 本实用新型属于光伏光热技术领域， 具体涉及一种多功能热管式光伏光热热水采 暖系统。 背景技术 0002 随着太阳能技术的发展和太阳能产品成本的下降， 太阳能作为一种可靠的补充能 源越来越受到人们的青睐， 如太阳能热水系统、 分布式光伏发电系统等。 然而， 当前系统在 实际应用过程中存在功能单一、 能量转换效率低和热传递效率低等问题。 因此， 研发可实现 多功能、 高转换。

10、效率和高利用率的光伏光热一体化系统成为实现建筑节能和满足用户需求 的重要研究方向。 0003 目前， 光伏光热系统可采用空气或者水作为换热介质， 因空气热容低、 密度低传递 热量能力较弱， 同时空气冷却型系统与建筑结合方式较为复杂， 所以当前系统多采用水冷 方式进行换热。 然而， 水循环采暖多采用地暖形式进行， 太阳能从光伏光热系统到房间经历 了太阳能模块、 储热水箱、 地板、 室内空气等多个换热过程， 大量热量在传递过程中流失， 整 体传热效率下降； 同时， 水冷方式在冬季易造成管道结冰， 导致系统无法正常运转。 0004 中国专利 一种节能建筑的太阳能光伏光热系统 (CN 20131057。

11、3559.9)介绍了一 种光伏光热系统采用地板采暖方式为建筑提供热量，一种发汗传热式太阳能光伏光热联 用窗 (CN CN201010224257.7)将光伏光热模块以窗户的形式与建筑结合， 这些系统皆具有 功能单一或采暖传热效率低等问题。 实用新型内容 0005 针对现有光伏光热系统功能单一或严寒地区冬季运行困难等问题， 本实用新型提 出了一种可实现强制风冷和强制水冷的热管式光伏光热热水采暖系统。 该系统将直管式热 管与闭式环路热管与光伏光热模块相结合， 以强制水冷和强制风的换热方式实现制热水、 采暖的功能。 在提高换热效率的情况下， 解决了冬季水路结冰和传热效率低的问题。 0006 为实现上。

12、述实用新型目的， 本实用新型技术方案如下： 0007 一种多功能热管式光伏光热热水采暖系统， 包括太阳能光伏发电系统1、 直管式热 管强制水冷系统4、 储热水箱8、 闭式环路热管强制风冷系统11、 采暖房间17、 光电储存器太 阳能蓄电池20以及太阳能逆控一体机21； 0008 太阳能光伏发电系统1安装在室外， 所述太阳能光伏发电系统1包括太阳能电池片 阵列2和太阳能光伏模块基板3， 太阳能电池片阵列2通过热熔胶层压在太阳能光伏模块基 板3正面， 吸收和转换太阳能为系统提供电能和热能， 太阳能蓄电池20和太阳能电池片阵列 2连接， 太阳能逆控一体机21和太阳能蓄电池20连接， 太阳能蓄电池20。

13、和太阳能逆控一体机 21组合运行用于储存电能并输送给用户端19； 0009 直管式热管强制水冷系统4包括直管式微通道热管5、 微通道水冷换热器6和水泵 7， 直管式微通道热管5设有蒸发端和冷凝端， 直管式微通道热管5的蒸发端通过热熔胶层压 说明书 1/5 页 4 CN 211260985 U 4 在太阳能光伏模块基板3背面与太阳能光伏模块基板3进行热交换， 直管式微通道热管5的 冷凝端通过热熔胶层压方式与微通道水冷换热器6相结合， 并与微通道水冷换热器6进行热 交换， 直管式微通道热管5内设有冷媒， 直管式微通道热管5的蒸发端通过管内冷媒的相变， 吸收太阳能光伏模块基板3的热量形成蒸汽， 蒸汽。

14、上升到冷凝端后与微通道水冷换热器6里 面的冷水进行强制对流换热， 冷水吸收蒸汽的热量变成热水进入储热水箱8， 将来自太阳能 光伏模块基板3的热量储存在储热水箱8中， 微通道水冷换热器6的出口通过水泵7连接至储 热水箱8的入口， 储热水箱8的出口连接至微通道水冷换热器6的入口， 储热水箱8内的热水 通过储热水箱用户端出口阀门18供给用户端19； 0010 所述闭式环路热管强制风冷系统11包括闭式环路热管蒸发器12、 闭式环路热管冷 凝器13和风扇14,闭式环路热管蒸发器12通过热熔胶层压在太阳能光伏模块基板3背部并 与太阳能光伏模块基板3进行热交换， 闭式环路热管冷凝器13和风扇14固定在一起并。

15、置于 室内， 闭式环路热管冷凝器13和风扇14的位置高于太阳能光伏模块基板3， 闭式环路热管蒸 发器12内设有冷媒， 闭式环路热管蒸发器12通过管内冷媒的相变吸收太阳能光伏模块基板 3的热量形成热蒸汽， 热蒸汽进入闭式环路热管冷凝器13， 风扇14设置于采暖房间17内并连 接于冷凝器13的热蒸汽出口末端， 通过风扇的旋转冷却冷凝器13并将热量传递入采暖房间 17。 0011 作为优选方式， 直管式微通道热管5、 闭式环路热管蒸发器12、 闭式环路热管冷凝 器13以及微通道水冷换热器6皆采用微通道扁管结构作为换热器。 0012 作为优选方式， 直管式微通道热管5与闭式环路热管蒸发器12互相交替并。

16、列排布 在太阳能光伏模块基板3背面， 填补对方管道间隔并充当翅片。 0013 作为优选方式， 水泵7和储热水箱8安装在室外。 0014 作为优选方式， 微通道水冷换热器6的出口通过储热水箱进口阀门9连接储热水箱 8的入口； 储热水箱8的出口经过储热水箱出口阀门10连通至微通道水冷换热器6的入口； 0015 闭式环路热管蒸发器12的出口通过蒸汽管阀门15连通至闭式环路热管冷凝器13 的入口； 闭式环路热管冷凝器13的出口通过回液管阀门16连通至闭式环路热管蒸发器12的 入口。 0016 上述采暖系统的使用方法包括如下步骤： 0017 通过太阳能光伏发电系统1吸收光照并将其转化成电能和热能， 太阳。

17、能蓄电池20 和太阳能逆控一体机21组合运行， 储存电能并输送给用户端19； 热能通过太阳能光伏模块 基板3传递给背面贴合的直管式微通道热管5的蒸发端， 直管式微通道热管5的蒸发端通过 管内冷媒的相变， 吸收太阳能光伏模块基板3的热量形成蒸汽， 蒸汽上升到冷凝端后与微通 道水冷换热器6里面的冷水进行强制对流换热， 冷水吸收蒸汽的热量变成热水经水泵7进入 储热水箱8， 将来自太阳能光伏模块基板3的热量储存在储热水箱8中， 储热水箱8内的热水 通过储热水箱用户端出口阀门18供给用户端19； 0018 闭式环路热管蒸发器12通过管内冷媒的相变吸收太阳能光伏模块基板3的热量形 成热蒸汽， 热蒸汽进入闭。

18、式环路热管冷凝器13， 风扇14设置于采暖房间17内并连接于冷凝 器13的热蒸汽出口末端， 通过风扇的旋转冷却冷凝器13并将热量传递入采暖房间17； 0019 作为优选方式， 在非采暖季， 蒸汽管阀门15和回液管阀门16关闭， 储热水箱进口阀 门9和储热水箱出口阀门10打开， 储热水箱8提供热水给用户端19， 风扇不提供暖风给采暖 说明书 2/5 页 5 CN 211260985 U 5 房间； 0020 在采暖季， 蒸汽管阀门15和回液管阀门16打开， 储热水箱进口阀门9和储热水箱出 口阀门10关闭， 储热水箱8不提供热水给用户端19， 风扇提供暖风给采暖房间。 0021 本实用新型系统的技。

19、术构思如下： 0022 采用太阳能光伏光热系统为建筑提供热水、 电能和采暖， 其中太阳能光伏发电系 统1可直接为用户提供电能， 同时， 两种不同类型的热管与太阳能光伏模块基板相结合， 分 别以强制水冷和强制风冷的形式实现制热水和采暖的功能。 在非采暖季， 系统通过直管式 热管强制水冷系统4将热量传递并保存在储热水箱8内； 在采暖季， 系统通过闭式环路热管 强制风冷系统11将热量传入房间17， 达到采暖的目的。 两套系统可通过阀门启停， 互不影 响， 在不同季节实现不同的功能。 0023 相比现有技术， 本实用新型的有益效果如下： 0024 1、 本实用新型使用的两套不同的热管系统进行传热， 与。

20、功能单一的热水或采暖系 统相比， 本实用新型可实现全年供电、 非采暖季提供热水以及采暖季实现室内采暖功能， 实 现了系统功能多样化。 0025 2、 系统中两种不同热管冷凝端的换热方式皆为强制对流换热， 具有较高的换热系 数， 提高了系统光伏光热综合效率。 0026 3、 直管式微通道热管5与闭式环路热管蒸发器12互交替并列排布在太阳能光伏模 块基板3背面， 填补对方管道间隔并起到充当翅片的作用， 此种排列方式在合理利用空间的 同时， 提高了热管的换热能力。 0027 4、 与传统直管式热管相比， 微通道水冷换热器6与直管式微通道热管5换热面积具 有可调节性， 其较大的换热面积是提高其传热能力。

21、的另一个优势。 附图说明 0028 图1为本实用新型实施例提供一种可实现强制风冷和强制水冷的热管式光伏光热 热水采暖系统的结构示意图； 0029 图2为本实用新型实施例提供直管式微通道热管与闭式环路热管蒸发器相互交替 并列平面图； 0030 图3为本实用新型实施例提供系统在热水模式下的直管式热管工作平面图； 0031 图4为本实用新型实施例提供系统在采暖模式下的闭式环路热管工作平面图； 0032 图中， 1为太阳能光伏发电系统， 2为太阳能电池片阵列， 3为太阳能光伏模块基板， 4为直管式热管强制水冷系统， 5为直管式微通道热管， 6为微通道水冷换热器， 7为水泵， 8为 储热水箱， 9为储热。

22、水箱进口阀门， 10为储热水箱出口阀门， 11为闭式环路热管强制风冷系 统， 12为闭式环路热管蒸发器， 13为闭式环路热管冷凝器， 14为风扇， 15为蒸汽管阀门， 16为 回液管阀门， 17为采暖房间， 18为储热水箱用户端出口阀门， 19为用户端， 20为太阳能蓄电 池， 21为太阳能逆控一体机。 具体实施方式 0033 如图1所示， 本实用新型的一种多功能热管式光伏光热热水采暖系统， 包括太阳能 光伏发电系统1、 直管式热管强制水冷系统4、 储热水箱8、 闭式环路热管强制风冷系统11、 采 说明书 3/5 页 6 CN 211260985 U 6 暖房间17、 光电储存器太阳能蓄电池2。

23、0以及太阳能逆控一体机21； 0034 太阳能光伏发电系统1安装在室外， 所述太阳能光伏发电系统1包括太阳能电池片 阵列2和太阳能光伏模块基板3， 太阳能电池片阵列2通过热熔胶层压在太阳能光伏模块基 板3正面， 吸收和转换太阳能为系统提供电能和热能， 太阳能蓄电池20和太阳能电池片阵列 2连接， 太阳能逆控一体机21和太阳能蓄电池20连接， 太阳能蓄电池20和太阳能逆控一体机 21组合运行用于储存电能并输送给用户端19； 0035 直管式热管强制水冷系统4包括直管式微通道热管5、 微通道水冷换热器6和水泵 7， 直管式微通道热管5设有蒸发端和冷凝端， 直管式微通道热管5的蒸发端通过热熔胶层压 。

24、在太阳能光伏模块基板3背面与太阳能光伏模块基板3进行热交换， 直管式微通道热管5的 冷凝端通过热熔胶层压方式与微通道水冷换热器6相结合， 并与微通道水冷换热器6进行热 交换， 直管式微通道热管5内设有冷媒， 直管式微通道热管5的蒸发端通过管内冷媒的相变， 吸收太阳能光伏模块基板3的热量形成蒸汽， 蒸汽上升到冷凝端后与微通道水冷换热器6里 面的冷水进行强制对流换热， 冷水吸收蒸汽的热量变成热水进入储热水箱8， 将来自太阳能 光伏模块基板3的热量储存在储热水箱8中， 微通道水冷换热器6的出口通过水泵7连接至储 热水箱8的入口， 储热水箱8的出口连接至微通道水冷换热器6的入口， 储热水箱8内的热水 。

25、通过储热水箱用户端出口阀门18供给用户端19； 0036 所述闭式环路热管强制风冷系统11包括闭式环路热管蒸发器12、 闭式环路热管冷 凝器13和风扇14,闭式环路热管蒸发器12通过热熔胶层压在太阳能光伏模块基板3背部并 与太阳能光伏模块基板3进行热交换， 闭式环路热管冷凝器13和风扇14固定在一起并置于 室内， 闭式环路热管冷凝器13和风扇14的位置高于太阳能光伏模块基板3， 闭式环路热管蒸 发器12内设有冷媒， 闭式环路热管蒸发器12通过管内冷媒的相变吸收太阳能光伏模块基板 3的热量形成热蒸汽， 热蒸汽进入闭式环路热管冷凝器13， 风扇14设置于采暖房间17内并连 接于冷凝器13的热蒸汽出。

26、口末端， 通过风扇的旋转冷却冷凝器13并将热量传递入采暖房间 17。 0037 直管式微通道热管5、 闭式环路热管蒸发器12、 闭式环路热管冷凝器13以及微通道 水冷换热器6皆采用微通道扁管结构作为换热器。 0038 直管式微通道热管5与闭式环路热管蒸发器12互相交替并列排布在太阳能光伏模 块基板3背面， 填补对方管道间隔并充当翅片。 0039 水泵7和储热水箱8安装在室外。 0040 微通道水冷换热器6的出口通过储热水箱进口阀门9连接储热水箱8的入口； 储热 水箱8的出口经过储热水箱出口阀门10连通至微通道水冷换热器6的入口； 0041 闭式环路热管蒸发器12的出口通过蒸汽管阀门15连通至闭。

27、式环路热管冷凝器13 的入口； 闭式环路热管冷凝器13的出口通过回液管阀门16连通至闭式环路热管蒸发器12的 入口。 0042 上述系统的使用方法包括如下步骤： 0043 通过太阳能光伏发电系统1吸收光照并将其转化成电能和热能， 太阳能蓄电池20 和太阳能逆控一体机21组合运行， 储存电能并输送给用户端19； 热能通过太阳能光伏模块 基板3传递给背面贴合的直管式微通道热管5的蒸发端， 直管式微通道热管5的蒸发端通过 管内冷媒的相变， 吸收太阳能光伏模块基板3的热量形成蒸汽， 蒸汽上升到冷凝端后与微通 说明书 4/5 页 7 CN 211260985 U 7 道水冷换热器6里面的冷水进行强制对流。

28、换热， 冷水吸收蒸汽的热量变成热水经水泵7进入 储热水箱8， 将来自太阳能光伏模块基板3的热量储存在储热水箱8中， 储热水箱8内的热水 通过储热水箱用户端出口阀门18供给用户端19； 0044 闭式环路热管蒸发器12通过管内冷媒的相变吸收太阳能光伏模块基板3的热量形 成热蒸汽， 热蒸汽进入闭式环路热管冷凝器13， 风扇14设置于采暖房间17内并连接于冷凝 器13的热蒸汽出口末端， 通过风扇的旋转冷却冷凝器13并将热量传递入采暖房间17； 0045 在非采暖季， 蒸汽管阀门15和回液管阀门16关闭， 储热水箱进口阀门9和储热水箱 出口阀门10打开， 储热水箱8提供热水给用户端19， 风扇不提供暖。

29、风给采暖房间； 0046 在采暖季， 蒸汽管阀门15和回液管阀门16打开， 储热水箱进口阀门9和储热水箱出 口阀门10关闭， 储热水箱8不提供热水给用户端19， 风扇提供暖风给采暖房间。 0047 本实用新型提出的系统安装方便， 非常适合与建筑相结合， 可根据不同季节光照 特点， 实现多功能输出满足建筑内用户的不同需求。 0048 以上结合附图对本实用新型的实施例进行了详细阐述， 但是本实用新型并不局限 于上述的具体实施方式， 上述具体实施方式仅仅是示意性的， 而不是限制性的， 本领域的普 通技术人员在本实用新型的启示下， 不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护范围的情况 下还可以做出很多变形， 这些均属于本实用新型的保护。 说明书 5/5 页 8 CN 211260985 U 8 图1 图2 说明书附图 1/3 页 9 CN 211260985 U 9 图3 说明书附图 2/3 页 10 CN 211260985 U 10 图4 说明书附图 3/3 页 11 CN 211260985 U 11 。