CN101706159A - 太阳能/空气能双源一体式集热器 - Google Patents

太阳能/空气能双源一体式集热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能/空气能双源一体式集热器，旨在提供一种白天可以直接高效吸收太阳能，晚上或阴雨天能从空气中充分吸收热量，并且无需风机提供动力的集热器；太阳能/空气能双源一体式集热器由多片金属翅片、若干条铜管、若干个U型弯头配合组成；本集热器正面结构类似于平板式太阳集热器，剖面类似于翅片式空气换热器，并通过金属翅片折角形成烟囱作用，强化自然对流条件下的空气对流换热；本集热器在加上合适的边框后可倾斜放置于屋顶、空地，也可垂直悬挂于阳台或墙面，为热泵提供高效利用太阳能及空气能的系统重要组成设备。

Description

太阳能/空气能双源一体式集热器
技术领域
本发明涉及一种太阳能/空气能双源一体式集热器，能同时高效地吸收太阳能及空气能，属于太阳能/空气能热转换装置技术领域。
背景技术
集热器/蒸发器是太阳能-空气能热泵的关键设备，其性能和造价对太阳能-空气能热泵系统性能影响重大。目前太阳能集热器一般以平板式太阳能集热器、全玻璃真空管式太阳能集热器、热管式太阳能集热器为主；空气能集热器以翅片式集热器为主。平板式太阳能集热器很好地吸收太阳能，但吸收空气能面积过小且热量容易散失，全玻璃真空管式太阳能集热器、热管式太阳能集热器几乎不能吸收空气能；现有的空气源集热器用于从空气中吸收热量，即使在太阳辐射强烈的时候也不能直接吸收太阳能，并存在低温地区热泵集热器结霜或冻结问题，将其直接用于太阳能-空气能热泵系统时，太阳光线与翅片平面的角度导致吸收太阳能不理想。这就使得太阳能与空气能在同一套设备上互补性差，削弱了太阳能-空气能热泵的节能优势，而另一种太阳能集热器和热泵蒸发器分立的方式大大增加了系统造价和占地面积。目前单一吸收太阳能或单一吸收空气能的集热器专利比较多。例如中国公开专利号：CN201072242，公开日2008.06.11，发明名称：铝制带翅片并联式太阳能集热器，由玻璃真空管和带翅片的金属导热管组成，带翅片的金属导热管由铝材制成，管中设有隔水板，比普通玻璃真空管的太阳能吸收效率高，但不能吸收空气能。中国公开专利号：CN1786613，公开日2006.06.14，发明名称：高效翅片式太阳能集热器，一定间隔密集排列的金属翅片，内螺纹金属盘管依胀管的方式从翅片中穿过，管中流动有吸热工质，翅片表面涂有一层大比表面黑色聚合物，翅片与管垂直，背面翅片间缝隙塞满聚合物以构成吸光人工黑体空腔，但阻碍了空气的对流，不利于空气能的吸收。中国公开专利号：CN2319755，公开日1999.05.19，发明名称：一种高聚光率的平板型太阳能集热器，是改进了的平板型太阳能集热器，其改进之处在于采用十字翅片集热管及圆渐开线柱面镜来代替通常的管板结合的平板型吸热板，能充分利用太阳能，但吸收空气能的面积过小。中国公开专利号：CN101231034，公开日2008.07.30，发明名称：新型双功能空气集热器，吸热板采取管板式结构，单一金属板与单根金属管平行焊接，并置于有上下开口的保温装置内，以风机驱使空气流动，对空气的集热面积有限。中国公开专利号：CN101382350，公开日2009.03.11，发明名称：太阳能集热器，集热管形状也是为单一金属板与单根金属管平行焊接，吸收空气能的面积有限。在太阳能存在自然间歇的情况下，如何解决既能充分利用太阳能，又能在太阳落山后或连续阴天甚至雨天的情况下以最少的能源消耗和最少的投资保证热能供应，成为推广太阳能利用的一个十分重要的问题。
发明内容
本发明提供一种能同时吸收太阳能及空气能的太阳能/空气能双源一体式集热器。
本发明的技术解决方案如下：
本太阳能/空气能双源一体式集热器由多片金属翅片、若干条铜管和若干个U型弯头配合组成，上述金属翅片平面总体上与铜管轴线方向形成小于90°的倾角，若干条铜管穿过平行排列的金属翅片，并用胀管的方式与金属翅片紧密相连，两条铜管之间使用U型弯头相互连接。
所述金属翅片为整体式翅片，每一金属翅片上中间位置有不少于一处管孔供铜管穿插。
所述金属翅片与铜管相交处局部平面与铜管轴线垂直，金属翅片的两翼相互平行并与铜管轴线方向形成一致的小于90°的倾角。
所述两块金属翅片之间距离不小于3mm，金属翅片末端相对铜管表面高度为15～25mm。
所述金属翅片使用铜或铝或铝合金的板材，板材厚度为0.1～0.3mm。
所述铜管是内螺纹铜管或光管。
所述铜管内流动的介质为吸收太阳能与空气能的液体，主要是制冷工质。
所述铜管在平行于太阳光线入射方向设置不少于一排，若多排管，管内液体流动方式是从最后一排向面向太阳的第一排管逐排流动。
所述金属翅片表面涂镀太阳能选择性吸收涂层，涂层材料是黑镍或黑钴或黑铬。
由于太阳入射角时刻在变化，不同纬度和季节的差异性很大，通过优化设计全年有一最优角度，本发明通过设计使集热器翅片平面处于这一最优角度，使太阳光与集热器翅片法线所成角度尽量小，达到充分吸收太阳能的目的。同时，翅片面积与集热器迎光面积比例恰当，在没有太阳的时间能吸收足够的空气能。其三，迎光面背后的翅片也与管折弯成一定角度，一方面根据空气浮力原理使空气在翅片表面形成烟囱作用以促进气流运动，另一方面翅片的前后折弯均能加强空气的扰流，提高集热器空气侧换热能力。利用气流的自然流动免去风机，可节省集热器成本和运行耗电量。
本集热器在加上合适的边框后可倾斜放置于屋顶、空地，也可垂直悬挂于阳台或墙面，为热泵提供高效利用太阳能及空气能的系统主要组成设备。
本发明的有益效果是：无需风机，白天可以直接高效吸收太阳能，晚上或阴雨天能充分从空气中吸收热量，解决现有太阳能集热器晚上或阴雨天不能正常供应热能的问题，同时解决空气源热泵集热器结霜严重等问题。
附图说明
图1为本发明的结构原理正视图。
图2为本发明的结构原理A-A剖视图。
图3为本发明的金属翅片与铜管连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
本太阳能/空气能双源一体式集热器由金属翅片1、铜管2、U型弯头3组成。其结构和连接方式参见图1、图2、图3。
金属翅片1材料可使用铜或铝或铝合金板材，优选地使用薄铝板材。金属板材厚度可以在0.1～0.3mm，优选地使用0.25mm。所述金属翅片表面涂镀太阳能选择性吸收涂层，涂层材料可以是黑镍、黑钴或黑铬，优选地使用黑镍，使其太阳能吸收率达到0.90～0.95，而发射率降到0.1以下。所述金属翅片形状见图3。金属翅片弯折角度β与安装地域和安装方式有关，例如华南地区垂直安装时该角度取28°。金属翅片上有不少于一个的冲孔，各个孔口均进行翻边处理。将铜管2穿过紧密排列的金属翅片1，然后通过胀管使二者紧密接触。铜管2管径可选用
Figure G2009101938244D0000041
优选地使用
Figure G2009101938244D0000042
铜管可以是内螺纹铜管，也可以选用光管。各个铜管之间用U型弯头3连接，形成制冷工质循环流动的集热器。铜管管排数根据地理气象条件设计，可以是1～3排或多排，优选地使用1排管，若多排管，管内液体流动方式是从最后一排向面向太阳的第一排管逐排流动。

Claims (9)

1.一种太阳能/空气能双源一体式集热器，由多片金属翅片、若干条铜管和若干个U型弯头配合组成，其特征在于上述金属翅片平面总体上与铜管轴线方向形成小于90°的倾角，若干条铜管穿过平行排列的金属翅片，并用胀管的方式与金属翅片紧密相连，两条铜管之间使用U型弯头相互连接。
2.根据权利要求1所述的集热器，其特征在于：所述金属翅片为整体式翅片，每一金属翅片上中间位置有不少于一处管孔供铜管穿插。
3.根据权利要求2所述的集热器，其特征在于：所述金属翅片与铜管相交处局部平面与铜管轴线垂直，金属翅片的两翼相互平行并与铜管轴线方向形成一致的小于90°的倾角。
4.根据权利要求3所述的集热器，其特征在于：所述两块金属翅片之间距离不小于3mm，金属翅片末端相对铜管表面高度为15～25mm。
5.根据权利要求1所述的集热器，其特征在于：所述金属翅片使用铜或铝或铝合金的板材，板材厚度为0.1～0.3mm。
6.根据权利要求1所述的集热器，其特征在于：所述铜管是内螺纹铜管或光管。
7.根据权利要求1所述的集热器，其特征在于：所述铜管内流动的介质为吸收太阳能与空气能的液体，主要是制冷工质。
8.根据权利要求7所述的集热器，其特征在于：所述铜管设置不少于一排，若多排管，管内液体流动方式是从最后一排向面向太阳的第一排管逐排流动。
9.根据权利要求1所述的集热器，其特征在于：所述金属翅片表面涂镀太阳能选择性吸收涂层，涂层材料是黑镍或黑钴或黑铬。
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