CN101846404A - 多孔材料太阳能空气集热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔材料太阳能空气集热装置，包括透明盖板、框架、多孔材料吸热体、置于透明盖板下的吸热基板、多孔材料强化换热元件、背板、空气进口和空气出口，吸热基板的上表面与多孔材料吸热体表面贴合，下表面与多孔材料一体化强化换热元件的基面贴合，吸热基板与背板间留有供空气流通的空气通道，框架的外侧贴合保温材料制成的箱体。空气在风机的驱动下由集热器进口流入集热器，并在强化换热表面流动，与之进行高效换热而得到热空气。最后加热后的热空气由集热器出口流出。采用该集热装置可以对高效收集太阳能，得到热空气，从而满足建筑供暖、农村谷物及经济作物干燥的要求。

Description

多孔材料太阳能空气集热装置
技术领域
本发明涉及太阳能热利用装置，特别涉及用于加热空气的太阳能空气集热器装置。
背景技术
太阳能作为一种可持续利用的清洁能源，无需开采和长途输送，使用方便安全，必然成为人类的主要能源之一，近年来在建筑中的利用受到高度关注。地球每年从太阳获得的能量高达6×1017KW·h，相当于燃烧74万亿吨标准煤所释放的能量，是目前全球年能耗的几万倍。太阳能空气集热器是太阳能供热系统中的重要设备，它收集太阳能使之转换为热能，太阳能供热系统转换效率的高低主要取决于集热器的性能。空气集热器有下列优点：(1)系统启动快；(2)以空气直接为工作介质，避免了多种工作介质之间的传热过程，系统紧凑简洁；(3)空气集热器不会引起腐蚀；(4)不存在工作介质的冷冻问题；(5)集热器内部压力不会过高。平板式太阳能空气集热器是利用太阳能的一种重要方式，可广泛用于建筑物供暖、谷物和经济作物等农产品干燥等领域。
例如专利ZL200710123792.1所述的集热器采取的是在集热芯版的上下两侧设置相连通的气流通道；集热芯与背板之间夹设第一空间，集热芯板与透明盖板之间夹设第二空间，气流通道的两端分别连通至进气口和出气口。该集热器空气通道复杂，压力损失大。中国专利ZL200510040068.3所述的一种带有储热功能的太阳能集热器，该集热器吸热板与保温底板之间设置装有储热相变材料的金属罐，金属罐中的保温材料可以储存多余的热能，在夜晚温度低时，储存的能量可以释放。该集热器空气通道结构复杂，流动阻力大。
发明内容
本发明的目的在于提出一种集热效率高、结构简单，适用于建筑物供暖、农产品干燥等领域的新型多孔材料太阳能空气集热装置。
本发明采用如下技术方案：
多孔材料太阳能空气集热装置，包括透明盖板、框架、多孔材料吸热体、置于透明盖板下的吸热基板、多孔材料一体强化换热元件、背板、空气进口和空气出口，吸热基板的上表面与多孔材料吸热体表面贴合，下表面与多孔材料强化换热元件的基面贴合，吸热基板与背板间留有供空气流通的空气通道，框架的外侧贴合保温材料制成的箱体。
所述透明盖板为聚碳酸脂制成的中空板。
所述的多孔材料吸热体是镀有太阳能选择性吸收涂层的石墨多孔材料吸热体。所述的强化换热元件由石墨多孔材料一体化制成。强化换热元件由基面和在基面上分布的可以为矩形、柱形等不同形状的肋片构成。多孔材料吸热体与强化换热元件通过导热胶与吸热基板表面贴合。
所述吸热板基板为金属基板。
所述透明盖板与多孔材料之间的距离小于5mm。
所述的框架的形状可以为长方体，也可以是圆柱状等其他形状。
所述多孔材料强化换热表面为石墨多孔材料强化换热表面。
本发明的多孔材料太阳能空气集热装置的工作原理和过程如下：空气在风机的驱动下通过太阳能空气集热器进入空气通道，太阳光通过通明玻璃盖板入射到镀有选择性涂层的多孔材料吸热体表面，多孔材料吸热体表面通过辐射传热的方式获得热能，并主要通过多孔内部将热量传至于基板，基板再通过导热的方式将热量传递至传至多孔材料强化换热元件表面，空气在强化换热表面流动被加热后通过空气出口流出太阳能空气集热器，部分热量通过太阳能空气集热器的外表面散失掉。
与现有的集热器相比，本发明可以获得以下有益效果：
本发明采用的镀有太阳能选择性吸收涂层的石墨多孔材料表面作为集热表面，可以减小辐射散热损失；
本发明采用石墨多孔材料具有的比导热系数是金属铜的4.8-7倍之间，可以迅速的将集热器所得热量传至强化换热表面并与空气进行充分的热交换；
透明盖板与石墨多孔材料吸热体之间的距离很小，降低了由于对流传热而造成的热损失；
集热效率高，结构简单，加工和安装方便。
附图说明
图1多孔材料太阳能空气集热装置的外观侧视图；
图2多孔材料太阳能空气集热装置的剖面组成结构示意图；
图3多孔材料太阳能空气集热装置中的石墨多孔材料一体化强化换热元件示意图；
图4多孔材料太阳能空气集热装置中的石墨多孔材料一体化强化换热元件第一种情况的A向示意图；
图5多孔材料太阳能空气集热装置中的石墨多孔材料一体化强化换热元件第二种情况的A向示意图；
图中，1-双层透明盖板，2-多孔材料吸热体，3-吸热基板，4-多孔材料一体化强化换热元件，5-框架，6-背板，7-保温材料，8-空气进口，9-空气出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，空气集热器的最上端为由聚碳酸脂制成的中空透明盖板1，并用胶条固定在箱体上。在集热器内，利用胶条固定在框架5上，将空气集热器内部分为两个部分，在基板的上表面布置镀有太阳能选择性吸收涂层的多孔材料吸热体2，可以强化辐射传热过程，抑制热量的散失，多孔材料吸热体2的上表面与透明玻璃盖板的距离很小，以抑制由空气对流而造成的热损失。在吸热基板3的下表面用导热胶贴合多孔材料一体化强化换热元件4，当空气在通道内流动时，多孔材料一体化强化换热表面的粗糙表面可以破坏空气流动的边界层并增加换热面积，从而强化吸热板与空气之间的对流换热。多孔材料一体化强化换热元件4的下部为背板6，背板通过胶条固定在边框5上。背板6的底部为保温层7。保温层7所采用的材料为聚苯乙烯，厚度为50mm，框架5周围用30mm的玻璃棉保温。空气进口8和空气出口9管段可通过粘接的方式与边框连接。需要说明的是，透明盖板、吸热基板、背板与边框连接处采用胶条和密封胶两种方式进行密封。
如图3所示为多孔材料一体化强化换热元件4的主视图，如图4、5所示为强化换热面上形状为柱形和矩形的肋片。
本发明中采用透明盖板由聚碳酸脂中空板制成。聚碳酸脂透明中空板具有良好的隔热性能，可以有效地降低太阳能空气集热器的漏热，还具有重量轻，安装非常方便，安装成本低。

Claims (8)

1.太阳能空气集热装置，包括透明盖板、框架、置于透明盖板下的吸热基板、背板、空气进口和空气出口，其特征在于：吸热基板的上表面与多孔材料吸热体贴合，下表面与多孔材料强化换热元件贴合，吸热基板与背板间留有供空气流通的空气通道，框架的外侧贴合保温材料制成的箱体。
2.根据权利要求1所述的太阳能空气集热装置，其特征是：所述的透明盖板为聚碳酸脂制成的中空板。
3.根据权利要求1所述的太阳能空气集热装置，其特征是：所述的多孔材料吸热体是镀有太阳能选择性吸收涂层的石墨多孔材料吸热体。
4.根据权利要求1所述的太阳能空气集热装置，其特征是：所述的多孔材料强化换热元件由石墨多孔材料一体化制成。
5.根据权利要求4所述的太阳能空气集热装置，其特征是：所述的多孔材料强化换热元件由基面和在基面上分布的可以为矩形、柱形等不同形状的肋片构成。
6.根据权利要求1、3、4、5所述的太阳能集热换热装置，其特征是：所述的多孔材料吸热体与多孔材料强化换热元件通过导热胶与吸热基板表面贴合。
7.根据权利要求1所述的太阳能空气集热装置，其特征是：所述的吸热基板为金属板。
8.根据权利要求1所述的太阳能空气集热装置，其特征是：所述的框架的形状可以为长方体，也可以是圆柱状等其他形状。
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