CN101625161A - 双吸热复合式太阳能空气加热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双吸热复合式太阳能空气加热器；其特征在于：所述的双吸热复合式太阳能空气加热器组由若干套双吸热复合式太阳能空气加热器经分布排列连接组成，所述的每套双吸热复合式太阳能空气加热器是由一个以上尺寸相同的双吸热复合式太阳能空气加热器串接组成，所述的每个双吸热复合式太阳能空气加热器由外壳、透明板、加热板、热气管、保温层板和真空加热管组成，本发明不仅设计合理，结构紧凑，既增加光照面，提高加热能力和效率，又增设了既能储热又能储冷的储能床，而且还具有内热循环功能提高加热空气的温度，既适用于冬季采暖期供热又适用夏季供冷，减少使用空间，便于安装维修以及使用十分方便等优点。
Description
技术领域
本发明属于太阳能空气加热设备，特别涉及一种双吸热复合式太阳能空气加热器。
背景技术
随着我国经济的迅速发展，能源需求的压力日益增大，节能减排、可持续发展的要求也日益迫切。近年来太阳能热利用产品的开发，也受到人们越来越多的重视，这充分说明太阳能热利用具有非常大的潜力。其中以空气为介质的各种各样的太阳能加热装置，也越来越快地进入了市场；目前，市场上常见的太阳能空气加热器总体上可以分为平板加热器和真空管加热器两类，它们各自独立地来吸收太阳能转化为热能使用。经专利检索其专利号为ZL200820011997.0的一种太阳能空气加热装置的专利产品，已开始得到了人们的青睐；它的结构由平板集热器、真空加热管和热气输出管组成，其中真空加热管由保温层的外管、一端封闭另一端敞口的内管、镀膜真空管和耐热风管组成，在保温层的外管内悬置一端封闭另一端敞口的内管。尽管其中真空加热管对于热空气温度的二次提升起到了的较好作用，较上述平板加热器和真空管加热器有了进步。但它仍存在下列缺点和不足之处：
1、整套装置仍需要较大的采光面积和摆放空间。
2、由于太阳能的间歇性和不稳定性，装置受日照情况影响较大，在夜间和雨雪阴天难以发挥作用。
3、加热空气的温度不够高，对于东北冬季室内采暖的供热能力不足，同时对一些工农业领域如木材烘干、粮食干燥、工业预热等达不到要求，使其实际应用受到了限制。
发明内容
本发明旨在为了克服上述技术中存在的缺点和不足之处，而提供一种双吸热复合式太阳能空气加热器；它是将平板吸热和真空管吸热有机地结合为一体，将通风道的一部分设计为平板加热器，使通风道具备了加热能力；它不仅增加了光热转换面积，使通风道具备了吸光加热能力，提高加热能力和效率，而且还具有内热循环功能，以进一步提高加热空气的温度，同时又增设了既能储热又能储冷的储能床，既适用于冬季采暖期供热又适用夏季供冷，不仅设计合理，结构紧凑，减少了使用空间，而且便于安装维修，使用十分方便。
本发明的目的是采用如下的技术方案实现的：所述的双吸热复合式太阳能空气加热器，包括冷空气进口、热气输出口和太阳能空气加热器，其特征在于：其太阳能空气加热器是采用双吸热复合式太阳能空气加热器，所述的双吸热复合式太阳能空气加热器组由若干套双吸热复合式太阳能空气加热器经分布排列连接组成，所述的每套双吸热复合式太阳能空气加热器是由一个以上尺寸相同的双吸热复合式太阳能空气加热器串接组成，将首位的双吸热复合式太阳能空气加热器内的进口端的加热腔和热气管的端面封闭，使外壳的透明板与加热板之间的空间构成通风道；冷空气进口管通过冷空气进口连接通风道，使处于末尾的双吸热复合式太阳能空气加热器的热气输出口连接输热气总管的一端，输热气总管的另一端与需要采暖的房屋内连通相接或是与需要热能的装置连通相接，在输热气总管段上连接抽风机；在双吸热复合式太阳能空气加热器组中的任一只真空管内装设测温探头；所述的每个双吸热复合式太阳能空气加热器由外壳、透明板、加热板、热气管、保温层板和真空加热管组成，外壳的南面和顶面均装设可透射阳光的透明板、外壳的北面和底面均装设保温层板；在外壳北面的保温层板内壁和底壁上连接由加热板组成的加热腔，所述的加热板上遍布有小的热气孔，加热腔内的中央悬置由保温层板制的热气管，热气管的上、下端两侧均以横梁固定连接在加热腔的腔壁上，加热腔内壁与热气管之间留有间距，热气管底面居中处排列分布连通相接若干个真空加热管。
所述的双吸热复合式太阳能空气加热器以支架安装在房屋顶上、在房屋的南墙面上或是在靠近室内的室外空地上；所述的支架，当在房屋顶平面或是靠近室内的室外空地上安装时是采用由纵、横梁组成的直立架固定，直立架下段设有支撑真空管底部的支座；在房屋顶坡面上安装时是采用由纵、横梁组成的横架卧置固定，横架底部设有支撑真空管底部的支座；在房屋的南墙面上安装时是采用挂接固定，将每个双吸热复合式太阳能空气加热器中外壳的北面的保温层板挂接固定在南墙面上，与镀膜真空管的底部位置相对应的南墙面上设有支撑真空管底部的支座。
所述的输热气总管穿过房屋的墙壁进入室内与三通管接头的一端直通接口连接，三通管接头的另一端直通接口上装设室内取暖或烘干的加热管系；三通管接头的垂直接口上装设储冷、热能的储能床；所述的加热管系由加热分管、I#阀、若干个加热支管和III#阀组成，在三通管接头的加热分管管段上连接I#阀，加热分管的另一端连接在出气管管段上，靠近出气管的加热分管管段上装设III#阀；在I#阀和III#阀之间的加热分管管段上分布设有若干个加热支管；所述的出气管穿过房屋的墙壁连接余热循环管的一端，余热循环管的另一端连接在冷空气进口管管段上，在余热循环管段上装设IV#阀，与房屋位置对应的余热循环管段上连接余热吸收阀的一端，余热吸收阀的另一端以管路与房屋内连通相接。
所述的储冷、热能的储能床由储热分管、储能床体、储能材料和出气管组成，在储热分管的管段上以管路连接II#抽风机的一端，II#抽风机的另一端以管路与房屋内连通相接，在储热分管连接II#抽风机的管路上装设II#阀；当储能床体设置在地面上时，床体采用两金属板间填充保温材料的保温层板制成，当储能床体设置在地面下时，床体采用加保温材料的水泥砌筑制成；在储能床体内加入或是显热储能材料或是潜热储能材料，在储能床体的后端连接出气管的一端。当在冬季采暖期内需要储热时，可以在光照充足时，首先使双吸热复合式太阳能空气加热器组中空气经光照加热后，通过I#抽风机吸抽经输热气总管通过三通管接头经储热分管进入储能床体，将多余的热能输送到储能床储存起来，通过储能床的空气经过余热循环管进入冷空气进口管；待到没有光照时，通过直接连通室内的II#抽风机抽取室内空气通过储能床提取热量，通过加热分管送入室内使用。当在夏季需要储冷时，尤其是利用北方地区昼夜温差大的特点，在夜晚时使冷风流入储能床，将冷量储存起来，待白天时提取使用，给室内降温。
所述的每个双吸热复合式太阳能空气加热器的长度大于1米，两双吸热复合式太阳能空气加热器之间的连接采用法兰式密封连接。
所述的加热板由金属板制成，在金属板表面遍涂选择性加热涂料。
所述的保温层板是在两金属板间填充保温材料制成。
所述的冷空气进口管上装设开关用的阀门。
本发明的原理和操作分述于下：
由于在本发明中将平板吸热和真空管吸热有机的结合为一体，平板吸热部分既是加热器，又构成了通风道的顶面和南面，通风道的顶面和南面均受到太阳的光照来加热空气，大大提高了加热能力和效率，同时节省了使用空间。所述的双吸热复合式太阳能空气加热器组中的双吸热复合式太阳能空气加热器的数量主要取决于需要热能的多少、需要加热空气温度的高低和用途等设计的要求，通常需要的热能多和加热空气的温度要求高，其数量就多，反之就少。而每个双吸热复合式太阳能空气加热器中的真空加热管的数量与通风道的长度有关，通常在2米长的通风道中分布设有20个真空加热管；同时在本发明中设有既能储热又能储冷的储能床，需要储热时，就可通过管道与加热器相连接，可以在光照充足时通过风机驱动，使热空气通过储能床，将多余的热能输送到储能床储存起来，通过储能床的空气经过余热循环管进入冷空气进口管；待到没有光照时，使室内空气通过储能床被加热后再送回室内，将储存的热能提取使用；需要夏季储冷时，可以利用北方地区昼夜温差大的特点，在夜晚时使冷风通过储能床，将冷量储存起来，待白天时提取使用，给室内降温。为了实现干燥、预热等需要较高温度的要求以及不浪费余热，在本发明中还设有利用余热的内热循环功能，此时只要将室内的室温气体经余热循环管和冷空气进口管送入双吸热复合式太阳能空气加热器组中再次加热，使双吸热复合式太阳能空气加热器组中的加热空气温度在室温的基础上获得显著提高，如此反复循环，使得热损耗最小，热效率最高，实现内热循环功能和余热回收利用。
本发明的使用场合分述如下：
1、冬季房屋采暖：
在日照充足时，由双吸热复合式太阳能空气加热器加热的空气，一部分通过加热管系直接送入室内，富余的部分送入储能床将热能储存起来，从储能床流出的空气经余热循环管、冷空气进口管送回到加热器之中。
当没有日照时，启动II#抽风机将室内空气送入储能床，提取热量，被加热后的空气经过出气管、III#阀、加热管系送入室内，起到使用储热向室内供暖的作用。
2、夏季房屋制冷：
东北地区昼夜温差大，利用此特点，在夜晚启动I#抽风机抽取室外低温空气，一部分直接送入室内降温，其余送入储能床将冷能储存起来；白天时，启动II#抽风机将室内空气送入储能床，提取冷量后送回室内，起到使用储冷向室内供冷的作用。
3、干燥房的内循环加热：
关闭冷空气进口管的阀门，使外界低温空气不再进入加热器，打开余热循环阀，使室内空气直接进入加热器，在室温的基础上被进一步加热后输送回室内，如此循环往复，可显著提高热空气的温度，将热损耗降至最低。
综以上所采取的技术方案，实现本发明的目的。
与现有技术相比，本发明不仅在不增加占用空间的前提下增大了光热转换面积，使通风道具备了吸光加热能力，提高加热能力和效率，而且还具有内热循环功能，以进一步提高加热空气的温度，同时又增设了既能储热又能储冷的储能床，既适用于冬季采暖期供热又适用夏季供冷，不仅设计合理，结构紧凑，减少了使用空间，而且便于安装维修，使用十分方便。
附图说明
本发明共有七幅附图。其中：
附图1是本发明的实施例之一的主视结构示意图；
附图2是图1的侧视图；
附图3是图1中沿A-A线的剖视图；
附图4是图1中沿B-B线的剖视图；
附图5是本发明的实施例之二的主视结构示意图；
附图6是本发明的实施例之三的主视结构示意图；
附图7是本发明的实施例之四的主视结构示意图；
图中：1、冷空气进口，2、法兰式连接，3、通风道，4、加热板，5、热气管，6、光照透明板，7、测温探头，8、热气输出口，9、输热气总管，10、I#抽风机，11、房屋，12、I#阀，13、三通管接头，14、加热分管，15、加热支管，16、储热分管，17、II#抽风机，18、II#阀，19、储能床体，20、储能材料，21、出气管，22、III#阀，23、支座，24、纵、横梁，25、余热循环管，26、镀膜真空管，27、耐热风管，28、保温层板，29、冷空气进口管，30、横梁，31、热气孔，32、IV#阀，33、挂接件，34、阀门，35、余热吸收阀。
具体实施方式
图1、2、3、4所示是本发明的实施例之一，使用于冬季房屋采暖，它是在房屋11顶平面上由纵、横梁24组成的直立架安装固定的双吸热复合式太阳能空气加热器，它的结构包括：冷空气进口1、热气输出口8和太阳能空气加热器，其特征在于：其太阳能空气加热器是采用双吸热复合式太阳能空气加热器，所述的双吸热复合式太阳能空气加热器组由一套双吸热复合式太阳能空气加热器经分布排列连接组成，所述的每套双吸热复合式太阳能空气加热器是由五个长度尺寸相同的双吸热复合式太阳能空气加热器串接组成，每个双吸热复合式太阳能空气加热器的长度尺寸为2米；其中将处于首位的双吸热复合式太阳能空气加热器内的进口端的加热腔和热气管5的端面封闭，使外壳的透明板6与加热板4之间的空间构成了通风道3；冷空气进口管29通过冷空气进口1连接通风道3，使处于末尾的双吸热复合式太阳能空气加热器的热气输出口8连接热气输出总管9的一端，输热气总管9的另一端穿过房屋11的右面墙壁进入室内与三通管接头13的右端直通接口连接，三通管接头13的左端直通接口上连接由加热分管、I#阀12、若干个加热支管15和III#阀22组成的加热管系，在三通管接头13的加热分管14管段上连接I#阀12，加热分管14的另一端连接在出气管21管段上，靠近出气管21的加热分管14管段上装设III#阀22；在I#阀12和III#阀22之间的加热分管14管段上分布设有若干个加热支管15；所述的出气管21穿过房屋11的墙壁连接余热循环管25的一端，余热循环管25的另一端连接在冷空气进口管29管段上，在余热循环管25段上装设IV#阀32，与房屋11位置对应的余热循环管25段上连接余热吸收阀35的一端，余热吸收阀35的另一端以管路与房屋11内连通相接；三通管接头13的垂直接口上装设由储热分管16、储能床体19、储能材料20和出气管21组成的储冷、热能的储能床17，所述的储能床17设置在地面上其床体采用两金属板间填充保温材料的保温层板28制成；在储能床17内加入以水为显热储能材料20；在输热气总管9段上连接I#抽风机10；在末尾的双吸热复合式太阳能空气加热器组中的最后一只真空管内装设测温探头7，通过测温探头7传出的信号给测温仪表显示所测温度数值；所述的每个双吸热复合式太阳能空气加热器由外壳、透明板6、加热板4、热气管5、保温层板28和真空加热管组成，外壳的南面和顶面均装设可透射阳光的透明板6、外壳的北面和底面均装设由两金属板间填充保温材料制成的保温层板28；在外壳北面的保温层板28内壁和底壁上连接由加热板4组成的加热腔，使外壳的透明板6与加热板4之间的空间构成通风道3，所述的加热板4由金属板制成，在金属板表面遍涂选择性加热涂料，所述的加热板4上遍布有小的热气孔31，加热腔内的中央悬置由保温层板28制的热气管5，热气管5的上、下端两侧均以横梁30固定连接在加热腔的腔壁上，加热腔内壁与热气管5之间留有间距，热气管5底面居中处排列分布连通相接20个真空加热管，所述的每个真空加热管由镀膜真空管26和耐热风管27组成。
附图5是本发明的实施例之二的主视结构示意图；它的储能床19设置在地面下其床体采用加保温材料的水泥砌筑制成，在储能床19内加入以相变材料为潜热储能材料20。其余结构与实施例之一相同。
附图6是本发明的实施例之三的主视结构示意图，使用在木材干燥室内，它是在房屋11顶坡面上由纵、横梁22组成的横架安装固定的双吸热复合式太阳能空气加热器，它的结构包括：冷空气进口1、热气输出口8和太阳能空气加热器，其特征在于：在房屋11顶坡面上由纵、横梁24组成的横架卧置固定的、横架底部设有支撑真空管底部的支座23安装的双吸热复合式太阳能空气加热器组，所述的双吸热复合式太阳能空气加热器组由三个双吸热复合式太阳能空气加热器组成，其余结构与实施例之一相同。
附图7是本发明的实施例之四的主视结构示意图；它是在房屋的南墙面上采用挂接件31挂接固定安装的双吸热复合式太阳能空气加热器组，所述的双吸热复合式太阳能空气加热器组由一个双吸热复合式太阳能空气加热器组成，其余结构与实施例之一相同。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1、一种双吸热复合式太阳能空气加热器，包括冷空气进口(1)、热气输出口(8)和太阳能空气加热器，其特征在于：其太阳能空气加热器是采用双吸热复合式太阳能空气加热器，所述的双吸热复合式太阳能空气加热器组由若干套双吸热复合式太阳能空气加热器经分布排列连接组成，所述的每套双吸热复合式太阳能空气加热器是由一个以上尺寸相同的双吸热复合式太阳能空气加热器串接组成，将首位的双吸热复合式太阳能空气加热器内的进口端的加热腔和热气管(5)的端面封闭，使外壳的透明板(6)与加热板(4)之间的空间构成通风道(3)；冷空气进口管(29)通过冷空气进口(1)连接通风道(3)；使处于末尾的双吸热复合式太阳能空气加热器的热气输出口(8)连接输热气总管(9)的一端，输热气总管(9)的另一端与需要采暖的房屋内连通相接或是与需要热能的装置连通相接，在输热气总管(9)段上连接I#抽风机(10)；在双吸热复合式太阳能空气加热器组中的任一只真空管内装设测温探头(7)；所述的每个双吸热复合式太阳能空气加热器由外壳、透明板(6)、加热板(4)、热气管(5)、保温层板(28)和真空加热管组成，外壳的南面和顶面均装设可透射阳光的透明板(6)、外壳的北面和底面均装设保温层板(28)；在外壳北面的保温层板(28)内壁和底壁上连接由加热板(4)组成的加热腔，使外壳的透明板(6)与加热板(4)之间的空间构成通风道(3)，所述的加热板(4)上遍布有小的热气孔(31)，加热腔内的中央悬置由保温层板(28)制的热气管(5)，热气管(5)的上、下端两侧均以横梁(30)固定连接在加热腔的腔壁上，加热腔内壁与热气管(5)之间留有间距，热气管(5)底面居中处排列分布连通相接若干个真空加热管。
2、按权利要求1所述的双吸热复合式太阳能空气加热器，其特征在于：所述的每个真空加热管由镀膜真空管(26)和耐热风管(27)组成，将耐热风管(27)的一端连通相接在热气管(5)底面上，耐热风管(27)的另一端悬置在镀膜真空管(26)内，镀膜真空管(26)连接在保温层板(28)底面上。
3、按权利要求1所述的双吸热复合式太阳能空气加热器，其特征在于：所述的双吸热复合式太阳能空气加热器以支架安装在房屋(11)顶上、在房屋(11)的南墙面上或是在靠近室内的室外空地上；所述的支架，当在房屋(11)的平顶面或是靠近室内的室外空地上安装时是采用由纵、横梁(24)组成的直立架固定，直立架下段设有支撑真空管底部的支座(23)；在房屋(11)顶坡面上安装时是采用由纵、横梁(24)组成的横架卧置固定，横架底部设有支撑真空管底部的支座(23)；在房屋(11)的南墙面上安装时是采用挂接固定，将每个双吸热复合式太阳能空气加热器中外壳的北面的保温层板(6)挂接固定在南墙面上，与镀膜真空管(26)的底部位置相对应的南墙面上设有支撑真空管底部的支座(23)。
4、按权利要求1所述的双吸热复合式太阳能空气加热器，其特征在于：所述的输热气总管(9)穿过房屋(11)的墙壁进入室内与三通管接头(13)的一端直通接口连接，三通管接头(13)的另一端直通接口上装设室内取暖或烘干的加热管系；三通管接头(13)的垂直接口上装设储冷、热能的储能床；所述的加热管系由加热分管(14)、I#阀(12)、若干个加热支管(15)和III#阀(22)组成，在三通管接头(13)的加热分管(14)管段上连接I#阀(12)，加热分管(14)的另一端连接在出气管(21)管段上，靠近出气管(21)的加热分管(14)管段上装设III#阀(22)；在I#阀(12)和III#阀(22)之间的加热分管(14)管段上分布设有若干个加热支管(15)；所述的出气管(21)穿过房屋(11)的墙壁连接余热循环管(25)的一端，余热循环管(25)的另一端连接在冷空气进口管(29)管段上，在余热循环管(25)段上装设IV#阀(32)，与房屋(11)位置对应的余热循环管(25)段上连接余热吸收阀(35)的一端，余热吸收阀(35)的另一端以管路与房屋(11)内连通相接。
5、按权利要求4所述的双吸热复合式太阳能空气加热器，其特征在于：所述的储冷、热能的储能床由储热分管(16)、储能床体(19)、储能材料(20)和出气管(21)组成，在储热分管(16)的管段上以管路连接II#抽风机(17)的一端，II#抽风机(17)的另一端以管路与房屋(11)内连通相接，在储热分管(16)连接II#抽风机(17)的管路上装设II#阀(18)；在当储能床体(19)设置在地面上时，床体采用两金属板间填充保温材料的保温层板制成，当储能床体(19)设置在地面下时，床体采用加保温材料的水泥砌筑制成；在储能床体(19)内加入或是显热储能材料(20)或是潜热储能材料(20)，在储能床体(19)的后端连接出气管(21)的一端。
6、按权利要求1所述的双吸热复合式太阳能空气加热器，其特征在于：所述的每个双吸热复合式太阳能空气加热器的长度大于1米，两双吸热复合式太阳能空气加热器之间的连接采用法兰式密封连接(2)。
7、按权利要求1所述的双吸热复合式太阳能空气加热器，其特征在于：所述的加热板由金属板制成，在金属板表面遍涂选择性加热涂料。
8、按权利要求1所述的双吸热复合式太阳能空气加热器，其特征在于：所述的保温层板(28)是在两金属板间填充保温材料制成。
9、按权利要求1所述的双吸热复合式太阳能空气加热器，其特征在于：所述的冷空气进口管(29)上装设开关用的阀门(34)。
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