CN102353155A - 一种带有起伏型条形翅片的太阳能空气集热装置 - Google Patents
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Abstract
一种带有起伏型条形翅片的太阳能空气集热装置，属于太阳能利用及建筑节能技术领域。该装置含有透光盖板、集热板、透气管、密封空气层和空气流通通道。在空气流通通道中沿着空气流通的方向设有至少两组条形翅片，相邻两组条形翅片之间错落布置，且每组条形翅片的横断面呈起伏型的矩齿状；在空气流通通道内靠近进风口处设有导流结构。本发明利用条形翅片大大增加了空气与集热板之间的换热面积，提高了换热效率；利用导流结构优化空气流通通道的流场。该装置中各部件均采用常用的材料以及制作工艺，因此具有工艺简单、造价低等优点，本发明可用于供热、干燥等太阳能低温热利用领域，价格低廉、运行维护方便，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能集热设备，尤其涉及一种利用太阳能辐射热量加热空气的空气集热装置，属于太阳能利用及建筑节能技术领域。
背景技术
在传统能源(如煤炭、石油等)日趋紧张的今天，可再生能源(如太阳能、风能、水能、生物质能等)作为替代能源有了长足的发展。在我国北方地区，日照充沛，属于太阳能利用的I、II、III类地区([1]Chris C.S.Lau，Joseph C.Lam，Liu Yang，Climate classificationand passive solar design implications in China，Energy Conversion & Management，2007：2006～2015)，因此太阳能利用在北方地区有着良好的发展前景。由于我国北方地区气候寒冷，供暖能耗大，如果利用太阳能解决一部分供暖负荷，将对我国建筑节能减排，尤其是村镇建筑节能减排工作，起到重要的作用。
太阳能空气集热装置是太阳能热利用的常用技术之一。由于空气本身具有的特性，空气集热装置多以平板式为主，而平板式集热装置由于其向外散热量的原因，其效率一般较低(与真空管集热装置相比)。尤其是空气系统，由于空气的热容较小，导致单位质量流量的空气所能携带的热量较少，进而引起框架温度较高，向外散热较多。因此，太阳能空气集热装置效率的提高应以减少集热装置向外热损失为主要途径。而减少热损失的方式主要有两种：一是增加集热装置本身的保温性能减少热损失；二是减小空气与集热板之间的换热热阻，提高换热效率。对于第一种减少热损失的方式，众多空气集热装置多以增加框架保温层厚度或采用蜂窝透光板(申请(专利)号：85200928，半蜂窝双回流太阳能空气集热装置)的方式予以实现，但有些保温材料或透光材料较为昂贵，导致最终集热装置的成本提高；对于第二种减少热损失的方式，多数集热装置通过提高风机转速、采用扰流柱、折流板(专利申请号：200710195030，折流式双效加热太阳能空气集热装置)或双层风道(专利申请号：200720034396，太阳能空气集热装置)等方式实现，这种做法虽然对提高效率有一定帮助，但效率提高的幅度有限。此外，增加流速会在一定程度上增加功耗，使得运行费用提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有起伏型条形翅片的太阳能空气集热装置，以进一步提高空气集热装置的效率，同时降低产品的生产和运行成本。
本发明的技术方案如下：
一种带有起伏型条形翅片的太阳能空气集热装置，含有透光盖板、集热板、进风管、进风口、出风口、出风管、背板和侧板；所述的背板与侧板上均设有保温板；所述的透光盖板与集热板之间形成密封空气层，所述的集热板与设置在背板上的保温板之间设有空气流通通道；在靠近出风管的框架上设有透气管，透气管的一端与空气流通通道相连通，透气管的另一端伸出框架外，并在透气管的出口安装有密封塞；所述的进风管和出风管位于所述的空气流通通道的中心线上，其特征在于：在空气流通通道中沿着空气流通的方向设有至少两组条形翅片，相邻两组条形翅片之间错落布置，且每组条形翅片的横断面呈起伏型的矩齿状；在空气流通通道内靠近进风口处且沿空气流通的方向设有导流结构。
所述的每组条形翅片沿空气流通方向的长度L为200～300mm，矩齿的宽度D为20～40mm，矩齿的高度H为40～60mm；所述的集热板和条形翅片均采用铝板。
本发明具有以下优点及有益效果：
①利用起伏型条形翅片实现无源强化传热。利用条形翅片可以大大增加空气与集热板之间的换热面积，同时利用条形翅片之间的错落布置的缝隙增加空气扰动，提高换热系数。此两方面的优势，大大降低空气与集热板之间的换热热阻，实现无源强化传热。
②利用导流结构优化空气流通通道的流场，使集热器内流场更加均匀，避免局部高温，在一定程度上提高集热器的效率。
附图说明
图1为本发明提供的太阳能空气集热装置结构原理示意图。
图2为条形翅片的结构示意图。
图3为导流结构及摆放位置示意图。
图中各部件表示：1-透光盖板；2-封闭空气层；3-集热板；4-条形翅片；5-背板；6-保温板；7-导流结构；8-进风管；9-出风管；10-空气流通通道；11-透气管；12-密封塞；13-密封胶及压条；14-垫块；15-侧板；16-进风口；17-出风口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的工作原理、具体结构作进一步的说明。
所述的太阳能空气集热装置的工作原理为利用太阳能辐射热量透过透光盖板1加热集热板2，进而通过对流换热的方式加热流经集热板2的空气。
图1为本发明提供的太阳能空气集热装置结构原理图，该太阳能空气集热装置含有透光盖板1、集热板3、进风管8、出风管9、进风口16、出风口17、背板5和侧板15；所述的背板5与侧板15上均设有保温板6；所述的透光盖板1与集热板3之间形成密封空气层2，所述的集热板3与设置在背板5上的保温板6之间设有空气流通通道10；在靠近出风管9的框架15上设有透气管11，透气管11的一端与空气流通通道10相连通，透气管11的另一端伸出框架外，并在透气管11的出口安装有密封塞12；所述的进风管8和出风管9位于所述的空气流通通道10的中心线上。
在空气流通通道10中沿着空气流通的方向设有至少两组条形翅片4，相邻两组条形翅片之间错落布置，且每组条形翅片的横断面呈起伏型的矩齿状。图2为条形翅片的结构示意图。在空气流通通道中设置条形翅片可实现无源强化传热。利用条形翅片4可以大大增加空气与集热板之间的换热面积，同时利用起伏型条形翅片之间的错落布置的缝隙增加空气扰动，提高换热系数。此两方面的优势，大大降低空气与集热板3之间的换热热阻，实现无源强化传热。为了达到良好的集热效果，每组条形翅片4的沿空气流通方向的长度L为200～300mm，矩齿的宽度D为20～40mm，矩齿的高度H为40～60mm。另外，集热板3与条形翅片4均采用铝板。
图3为导流结构及摆放位置示意图。在空气流通通道内靠近进风口16处且沿空气流通的方向设有导流结构7，导流结构7是由呈一定角度的两个导流片组成，能够使得气流尽量向四周扩散，使得垂直于空气流通通道断面上的气流更加均匀，避免了集热器内的局部高温，有助于提高集热器的集热效率。
在具体实施方式中，利用锡焊、滚焊等方式将条形翅片4固定在集热板3上，确保条形翅片4与集热板3接触良好，以便减少接触热阻；集热板3和条形翅片4均采用铝板。将集热板3与带有保温板6的侧板15进行固定；沿空气流通方向，将导流结构7置于靠近进风口16的后侧，其中心线与进风口16的中心线重合；在集热板3上放置若干垫块14，如此透光板盖1就可以与集热板3之间形成封闭空气层2，垫块14尽量采用橡胶等材质以减少热桥；透气管11与集热器框架需密封良好，可以通过在侧板15与透气管11的连接处涂抹密封胶等方式实现。
本发明可用于供热、干燥等太阳能低温热利用领域。所述的太阳能空气集热装置各部件均采用常用的材料以及制作工艺，工艺简单，该种集热装置的造价在400元/m2集热面积左右，价格低廉，具有广泛的应用前景。
Claims (3)
1.一种带有起伏型条形翅片的太阳能空气集热装置，含有透光盖板(1)、集热板(3)、进风管(8)、进风口(16)、出风口(17)、出风管(9)、背板(5)和侧板(15)；所述的背板(5)与侧板(15)上均设有保温板(6)；所述的透光盖板(1)与集热板(3)之间形成密封空气层(2)，所述的集热板(3)与设置在背板(5)上的保温板(6)之间设有空气流通通道(10)；在靠近出风管(9)的框架(15)上设有透气管(11)，透气管(11)的一端与空气流通通道(10)相连通，透气管(11)的另一端伸出框架外，并在透气管(11)的出口安装有密封塞(12)；所述的进风管(8)和出风管(9)位于所述的空气流通通道(10)的中心线上，其特征在于：在空气流通通道(10)中沿着空气流通的方向设有至少两组条形翅片(4)，相邻两组条形翅片之间错落布置，且每组条形翅片的横断面呈起伏型的矩齿状；在空气流通通道内靠近进风口(16)处且沿空气流通的方向设有导流结构(7)。
2.按照权利要求1所述的一种带有起伏型条形翅片的太阳能空气集热装置，其特征在于：所述的每组条形翅片(4)沿空气流通方向的长度L为200～300mm，矩齿的宽度D为20～40mm，矩齿的高度H为40～60mm。
3.按照权利要求1或2所述的一种带有起伏型条形翅片的太阳能空气集热装置，其特征在于：所述的集热板(3)和条形翅片(4)均采用铝板。
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