CN101566392A - 分级式太阳能中高温空气加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分级式太阳能中高温空气加热装置，包括一级集热块、二级集热块、三级集热块，集热块间依次用连接管连通相邻的出气管和进气管，每个集热块中包含并列的集热管，相邻的集热管由U型铜管连接，三级集热块内的集热管外设置CPC聚光板能有效提高热利用率，提高出口空气温度，该装置结构简单，热效率高，能提供中高温空气，供工农业使用。

Description

分级式太阳能中高温空气加热装置
技术领域
本发明涉及的是一种太阳能技术领域的设备，具体涉及的是一种分级式太阳能中高温空气加热装置。
背景技术
常规能源资源的有限性和环境压力的增加，使世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持，太阳能是一种清洁、环保、高效和永不衰竭的新能源，所以各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。这其中，太阳能空气加热装置在很多领域已有广泛的应用，例如用于食品、农产品和中草药的干燥、提供生活用热水、供暖及医疗物品消毒等。
经过对现有相关技术文献检索发现，中国专利申请号：200620022425.3，发明名称为：一种太阳能真空管空气集热器，其特征是真空管型集热管外面用聚光板来对空气进行加热，但其空气出口温度仅为80℃。中国专利申请号：200720034396.7，发明名称为：太阳能空气集热器，其特征在于集热器内设有上下两层空腔，形成双层空气通道，从而提高制热效果。中国专利申请号：200610045391.4，发明名称为：空气加热装置，其特征是在用于加热的双层玻璃真空管内增设一层金属导热层，以加快吸热速度，从而对室内空气进行循环加热。上述太阳能空气加热器一般存在加热效率低，制热效果不好的问题，空气大概只能加热到60-70℃左右，属于低温应用，而在中高温工业应用方面，相应的空气加热装置还很少，设备结构也很复杂，给工业上推广应用带来困难。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种分级式太阳能中高温空气加热装置。本发明结构简单，提高太阳能热利用率，得到中高温空气。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：一级集热块、二级集热块、三级集热块，集热块间依次用连接管连通相邻的出气管和进气管，每个集置CPC聚光板。
所述集热管包括真空管、硅胶保温塞、螺旋弹簧圈、传导介质、环形肋片、U型铜管、支架，真空管内插入U型铜管，U型铜管外部套上环形肋片，U型铜管插入螺旋弹簧圈，U型铜管底部用支架支撑，U型铜管与真空管之间填充传导介质，真空管出口和U型铜管之间用硅胶保温塞密封。
所述真空管由玻璃外管和玻璃内管熔融密封后抽真空形成，内部为真空夹层，真空夹层底部设有弹簧支撑卡，玻璃内管外表面覆盖吸收涂层。
所述集热块内的集热管个数为8-12根。
对于三个集热块来说，其内部集热管和U型铜管的结构是完全一样的，但每个集热块内集热管的根数是根据情况来具体调整。不同集热块的传导介质是不一样的，一级集热块填充的传导介质是水，空气从进气管进入一级集热块内的U型管，太阳辐射能经真空管由吸收涂层吸收，热量再由水传递给U型管内的空气，从而对空气进行加热，初步加热到60-80℃后的空气经出气管和连接管进入二级集热块，二级集热块内是传导介质，能进一步将空气加热到120℃左右。随后空气进入三级集热块，该级集热块内的每根集热管外都设置一个CPC聚光板，热量由聚光板汇聚到真空管，能提高集热效率，提高被加热工质温度。此集热块内的传导介质也是甘油石墨粉混合物，导热性能良好。经CPC聚光板聚光并传递热量后，空气出口温度可达到200℃。
选择合适的玻璃集热管和铜管间的传热介质是此类装置的核心问题，现有技术都是使用金属支架或液体(如水和油)，这些介质的热阻都很大。本发明使用甘油和石墨粉混合物作为玻璃集热管和铜管间的传热介质，其良好的传热性能来自于石墨粉的高导热系数。添加导热油后混合物的导热系数进一步提高。更为重要的是，单纯使用石墨粉的话，长时期后石墨粉在重力作用下在管底部沉积压实，失去弹性，系统加热时会将玻璃管涨破。而添加导热油后，不仅提高整体传热介质导热系数，而且导热油在石墨粉间起了一种润滑作用。导热油的热胀冷缩和润滑特性使得石墨粉间处于一种相互移动状态，不会集结成块，当温度变化导致玻璃集热管和铜管间容积出现微小的变化时，通过石墨粉的滑动调节空间变化，不会涨破玻璃管。本发明的介质导热系数十分高，使得玻璃管内壁面(吸热面)和铜管间温差降低到1-2度。而且不会出现由于金属管和玻璃管膨胀系数不同产生动调节空间变化，不会涨破玻璃管。本发明的介质导热系数十分高，使得玻璃管内壁面(吸热面)和铜管间温差降低到1-2度。而且不会出现由于金属管和玻璃管膨胀系数不同产生的玻璃管破裂问题。
CPC聚光板只用在高温集热段，降低了设备成本和占地空间。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：对空气进行分级式加热，每级集热块包括真空管和U型管，结构简单，集热块内的传导介质分别为水和甘油-石墨粉混合物且最后一级集热块内的集热管外设置CPC聚光板，从而有效提高太阳能热利用率，得到中高温空气，供工农业使用。
附图说明
图1是集热管的结构示意图；
图2是单级集热块的结构示意图；
图3是分级式太阳能中高温空气加热装置的总体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1至图3所示，本实施例包括：一级集热块18、二级集热块20、三级集热块21，集热块间依次用连接管19连通相邻的出气管17和进气管14，每个集热块中包含并列的集热管1，相邻的集热管1由U型铜管12连接，三级集热块21内的集热管1外设置CPC聚光板24。
所述集热管1包括真空管3、硅胶保温塞8、螺旋弹簧圈9、传导介质10、环形肋片11、U型铜管12、支架13，真空管3内插入U型铜管12，U型铜管12外部套上环形肋片11，U型铜管12插入螺旋弹簧圈9，U型铜管12底部用支架13支撑，U型铜管12与真空管3之间填充传导介质10，真空管3出口和U型铜管12之间用硅胶保温塞8密封。
所述真空管3由玻璃外管4和玻璃内管5熔融密封后抽真空形成，内部为真空夹层7，真空夹层7底部设有弹簧支撑卡2，玻璃内管5外表面覆盖吸收涂结构示意图，空气从进气管14进入一级集热块18中的U型铜管12，热量从集热管1中的传导介质22水传递给U型铜管12中的空气，加热后的空气从一级集热块18出来后进入二级集热块20，集热块之间通过连接管19连接，其内的传导介质23是甘油石墨粉混合物(1988年出版的《新型热控材料器件及应用》一书中记载了此种甘油石墨粉混合物)，该甘油石墨粉混合物的导热系数十分高，达到水的3倍以上，经加热后空气进入三级集热块21，三级集热块21内的每根集热管1外设置一个CPC聚光板24，聚光板是由具有CPC结构型面的钢板表面铺设一层反光铝箔形成，光反射率高，每个CPC聚光板的聚光比为2.15，厚度0.8mm，宽度大约有320mm。玻璃集热管内的传导介质23也是甘油石墨粉混合物，加热后得到的中高温空气从出气管17排出，供工农业应用。
当集热管1中的U型铜管12的内径10mm，厚度1mm，空气从进气管14进入一级集热块18内的U型铜管12，空气流量为5.6升/秒，一级集热块18内共有集热管12根，二级集热块20内共有集热管8根，三级集热块21内共有集热管12根，每根管带一个CPC聚光板，整个装置内的U型铜管总长度为116米，空气通过进气管14进入一级集热块18后，太阳辐射能经真空管3由吸收涂层6吸收，热量再由传导介质水21传递给U型铜管12内的空气，对空气进行加热，流经一级集热块18后，空气初步加热到90℃左右，从出气管流出，通过连接管19，流入二级集热块20的进气管，而后进入二级集热块20，热量由传导介质23甘油石墨粉混合物传递给空气，空气进一步加热到120℃左右，最后进入三级集热块21，该集热块内的每根集热管外部都设置有1个CPC聚光板24，聚光比为2.15，厚度0.8mm，宽度大约有320mm。热量由CPC聚光板24汇聚到集热管1内，再由传导介质23甘油石墨粉混合物传递给U型铜管12，由U型铜管12再传递给空气，经此加热，三级集热块出气管17的空气温度达到200℃左右。
本实施例中的分级式太阳能中高温空气加热装置，结构简单，热效率高，空气是分级加热，三个集热块内的集热管数目可变，且最后一级集热块内的集热管配置CPC聚光板24，能极大提高集热温度，从而得到中高温空气，供生产使用。

Claims (4)

1、一种分级式太阳能中高温空气加热装置，其特征在于，包括一级集热块、二级集热块、三级集热块，集热块间依次用连接管连通相邻的出气管和进气管，每个集热块中包含并列的集热管，相邻的集热管由U型铜管连接，三级集热块内的集热管外设置CPC聚光板。
2、根据权利要求1所述分级式太阳能中高温空气加热装置，其特征是，所述集热管包括真空管、硅胶保温塞、螺旋弹簧圈、传导介质、环形肋片、U型铜管、支架，真空管内插入U型铜管，U型铜管外部套上环形肋片，U型铜管插入螺旋弹簧圈，U型铜管底部用支架支撑，U型铜管与真空管之间填充传导介质，真空管出口和U型铜管之间用硅胶保温塞密封。
3、根据权利要求2所述分级式太阳能中高温空气加热装置，其特征是，所述真空管由玻璃外管和玻璃内管熔融密封后抽真空形成，内部为真空夹层，真空夹层底部设有弹簧支撑卡，玻璃内管外表面覆盖吸收涂层。
4、根据权利要求1所述分级式太阳能中高温空气加热装置，其特征是，所述集热块内的集热管个数为8-12根。
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