CN103175314B - 一种太阳能空气集热器 - Google Patents

Abstract

一种太阳能空气集热器，属于太阳能空气加热设备领域，具体涉及一种利用太阳能真空玻璃集热管和金属热管结合进行空气加热集热的装置。其特征在于：所述的空气集热室（9）内设有翼片散热器（10），通过翼片散热器（10）连接金属热管（4）顶端的冷凝端，翼片散热器（10）外侧周圈设有放射状排布的散热翼片（11）。本发明具有传热速度快、太阳能热能利用率高、密封效果好等优点。

Description

一种太阳能空气集热器

技术领域

一种太阳能空气集热器，属于太阳能空气加热设备领域，具体涉及一种利用太阳能真空玻璃集热管和金属热管结合进行空气加热集热的装置。

背景技术

随着煤、石油等能源的日益紧缺和环保压力的不断增大，各国都开始力推可再生能源，其中，开发和利用太阳能成为可再生能源中最炙热的新宠，发展和利用太阳能已成为大势所趋。首先，太阳能光热在我国已发展多年，但大多数都集中在太阳能热水使用领域，太阳能热风方面的技术开发相对薄弱，并没有得到有效的利用，而太阳能热风系统不管在成本、技术稳定性、太阳能热利用率等方面具有更加明显的优势；其次，目前国内的室内供暖多数采用水暖、气暖或新风换热的形式，而水暖和气暖仍是采用电加热或者煤炭、废油等燃料的方式产生，并不环保，新风换热同样需要利用电能来加热实现，因此，以上的供热方式对能源的浪费相当严重。

现有的太阳能空气集热装置虽也有采用玻璃管进行集热的，但是由于自身结构的限制，大多存在传热速度慢、效率低、风道阻力大效果差等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种传热速度快、太阳能热能利用率高、密封效果好的太阳能空气集热器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该种太阳能空气集热器，包括多个并排设置的真空玻璃集热管和空气集热室，空气集热室将多个真空玻璃集热管顶部连为一体，真空玻璃集热管内安装有金属热管，金属热管顶端为冷凝端，底部为蒸发段，蒸发段伸入真空玻璃集热管内，冷凝端伸入空气集热室中，金属热管蒸发段的外圈管壁上固定安装有集热翼片，其特征在于：所述的空气集热室内设有翼片散热器，通过翼片散热器连接金属热管顶端的冷凝端，翼片散热器外侧周圈设有放射状排布的散热翼片。通过集热翼片将玻璃管体吸收的热量传递给金属热管，相变材料在金属热管的蒸发段吸收热量发生汽化，上升到冷凝端冷凝成液体放出热量，再回流到蒸发段，继续吸收热量，吸收效率高，且避免了无阳光照射时的逆向散热。

所述的空气集热室包括外壳、内胆、内胆内安装的翼片散热器和散热翼片，外壳与内胆之间设有保温层，散热翼片沿翼片散热器管体轴向呈放射状均布在翼片散热器外圈；外壳一端设有进气口，另一端设有出气口，进气口处设有空气滤清器和启闭换向装置，出气口处设有启闭装置。

所述的翼片散热器平行安装在内胆中，翼片散热器为内部中空的管体，管体两端部设有堵头，管体内部流通储热导热介质，管体一端设有介质加注管，介质加注管一端伸出空气集热室作为介质加注口，并设有泄压装置；翼片散热器内并排设有多个传热套管，金属热管顶部的冷凝端露出真空玻璃集热管顶部并插入传热套管中。真空玻璃集热管内吸收的热量通过金属热管传递到空气集热室内的翼片散热器中，通过翼片散热器上的散热翼片与空气集热室内流通的空气进行换热；传热套管采用钎焊或螺丝连接的方式镶入翼片散热器管腔中，以便于金属热管的安装固定。

所述的装有金属热管的真空玻璃集热管并排设置多个，多个真空玻璃集热管并排安装在空气集热室的同一侧，真空玻璃集热管的底部固定安装在框架上并通过框架与空气集热室连接成一体。

所述的装有金属热管的真空玻璃集热管并排设置多个，多个真空玻璃集热管均分成两组，并排对称安装在空气集热室的两侧，两组真空玻璃集热管的底部固定安装在框架上并通过框架与空气集热室连接成一体。

所述的翼片散热器平行安装在内胆中，翼片散热器为内部中空的管体，管体两端或两端侧面通过流道管相连通，翼片散热器内和流道管内部流通储热导热介质，流道管一端设有介质加注管，介质加注管一端伸出空气集热室作为介质加注口，并设有泄压装置；流道管上并排设有多个传热套管，金属热管顶部的冷凝端露出真空玻璃集热管顶部插入传热套管中。翼片散热器中的储热导热介质与流道管中的储热导热介质对流传热，金属热管顶部的冷凝端将热量通过流道管中的储热导热介质传递给翼片散热器，室外空气进入空气集热室与翼片散热器以及翼片散热器外圈上安装的散热翼片发生换热。

所述的装有金属热管的真空玻璃集热管并排设置多个，多个真空玻璃集热管并排安装在空气集热室的同一侧，真空玻璃集热管的底部固定安装在框架上并通过框架与空气集热室连接成一体。

所述的装有金属热管的真空玻璃集热管并排设置多个，多个真空玻璃集热管均分成两组，流道管对称设有两段，两组真空玻璃集热管对称安装在空气集热室两侧，对应的两组金属热管通过两段流道管并排对称安装在空气集热室两侧，两组真空玻璃集热管底部固定安装在框架上并通过框架与空气集热室连接成一体。

所述的空气集热室内水平设置隔板，隔板安装在翼片散热器和流道管之间，隔板上方形成空气流通通道。以减少空气在空气集热室内的阻力。

所述的翼片散热器整体纵截面为圆形、椭圆形、半圆形、扇形、梯形、菱形或矩形，翼片散热器为整体一次加工成型或由多个单独加工成的散热翼片插接在翼片散热器的管体外圈形成。翼片散热器及其散热翼片可以采用铝合金或不锈钢直接挤压、铸造加工一次成型，也可制作成单独的翼片通过插接安装在翼片散热器中管的外圈的接插槽中，散热翼片可以是等宽的翼片，也可通过不同宽度的翼片形成所需的形状。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、传热速度快、效率高：利用真空玻璃管和玻璃管内的金属热管以及带有曲面的集热翼片，对太阳能进行集热，并通过金属热管里的相变导热的特性，形成单向传热，避免了在无阳光照射时的逆向散热，对太阳能热能的利用率极高；

2、密封可靠、保温好、热交换充分、无滴漏：采用机械式密封、密封塞加密封圈可完全保证密封效果，足够的保温层设计和密封效果保证了热效率，大面积的散热翼片和可在散热翼片上垂直增设的分翼片设计，保证了足够的换热效果和温度，同时又没有滴漏现象发生，真空玻璃管体内没有水和其他介质，就算真空玻璃管损坏，也不会造成滴漏；

3、适用范围广、安全稳定性高：传热元件采用金属管体和金属薄翼片，具有良好的耐低温性，在零下45度低温状态下也不会失效，适应各个地区使用，同时在高温状态下（如空晒时），传热原件也不存在爆管的隐患；

4、分别采用成熟的现成普及技术，不但使产品的技术稳定，也可把制作成本降到最低。

附图说明

图1是太阳能空气集热器实施例1主视图剖视示意图。

图2是太阳能空气集热器实施例2主视图剖视示意图。

图3是太阳能空气集热器实施例3主视图剖视示意图。

图4是太阳能空气集热器实施例4主视图剖视示意图。

图5是纵截面为圆形的翼片散热器的侧视图示意图。

图6是纵截面为矩形的翼片散热器的侧视图示意图。

其中：1、框架  2、真空玻璃管体   3、集热翼片   4、金属热管   5、密封塞   6、密封圈   7、进气口   8、空气滤清器   9、空气集热室   10、翼片散热器   11、散热翼片   12、出气口   13、启闭装置   14、测温传感器   15、堵头   16、流道管   17、保温层   18、外壳   19、内胆   20、介质加注管   21、传热套管。

具体实施方式

图1是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~6对本发明做进一步说明。

实施例1

参照附图1：该一种太阳能空气集热器，包括框架1、真空玻璃集热管、金属热管4、密封塞5、密封圈6、空气滤清器8、空气集热室9、翼片散热器10和启闭装置13。空气集热室9为矩形的壳体，安装在真空玻璃集热管的顶部，真空玻璃集热管上部伸入空气集热室9内部，真空玻璃集热管的底部通过框架1安装固定，并通过框架1上与空气集热室9设有安装真空玻璃集热管的安装孔连接为一体。空气集热室9纵截面可以是圆形、半圆形、椭圆形、扇形、矩形或菱形。翼片散热器10整体纵截面为圆形、椭圆形、半圆形、扇形、梯形、菱形或矩形。

空气集热室9水平设置，包括外壳18、内胆19、内胆19内部安装的翼片散热器10和安装在翼片散热器10外周圈的散热翼片11，外壳18采用铝板、彩钢板、镀铝锌板或不锈钢板等材料制作，内胆19采用镀锌板、不锈钢板或铝板制作，外壳18与内胆19之间设有保温层17，外壳18一端设有进气口7，另一端设有出气口12，进气口7处设有启闭换向装置和空气滤清器8，出气口12处设有启闭装置13，在进气口7上方的外壳18上设有测温传感器14。

翼片散热器10平行安装在内胆19中，翼片散热器10为内部中空的管道，内部注有储热导热介质，管体两端部设有堵头15，管体一端设有介质加注管20，介质加注管20一端伸出空气集热室9作为介质加注口，并设有泄压装置；散热翼片11沿翼片散热器10管体轴向呈放射状排布，散热翼片11与翼片散热器10管体一次加工成型，或由多个单独加工的散热翼片11插接在翼片散热器10的管体外圈的插接槽内组装而成。翼片散热器10内并排设有多个传热套管21，金属热管4顶部的冷凝端露出真空玻璃集热管顶部并插入传热套管21中，传热套管21垂直钎焊或螺丝连接镶入翼片散热器10管体内腔。

真空玻璃集热管包括底部封闭的真空玻璃管体2、真空玻璃管体2顶部用来密封的密封塞5和密封圈6、管体内部安装的金属热管4以及金属热管4管壁上固定安装的集热翼片3。真空玻璃集热管设有多个，多个真空玻璃集热管并排安装在空气集热室9的同一侧，多个真空玻璃集热管顶部通过空气集热室9连接为一体，金属热管4为中空的铜管，两端封闭设置并抽真空，管体内装有相变材料，管体顶端为冷凝端，底部为蒸发段，冷凝端露出密封塞5，蒸发段伸入真空玻璃集热管内部。集热翼片3沿金属热管4管壁竖直方向上设有一个或多个，相邻两集热翼片3之间平行设置，集热翼片3横截面为曲面设置，曲面的两边缘与真空玻璃管体2内壁紧密接触，集热翼片3为铝片制作。

工作过程如下：本太阳能空气集热器在工作时，通过真空玻璃管体2吸收太阳辐射的热能，然后通过固定安装在金属热管4上的集热翼片3将热量传导给金属热管4，金属热管4内的相变材料，如少量的水等，受热发生汽化，汽化了的饱和蒸汽携带热量向金属热管4顶部的冷凝端上升流动，迅速上升到冷凝端，饱和蒸汽在冷凝端冷凝放出热量，饱和蒸汽放出汽化潜热后冷凝成液体，形成的冷凝液体在重力作用下回流到金属热管4底部的蒸发段，继续吸热汽化。而冷凝端释放出来的热量传递给翼片散热器10，与翼片散热器10管体内部的储热导热介质发生换热，翼片散热器10内部的热量传递给散热翼片11，再通过散热翼片11散发热量，同时，室外空气从进气口7经过空气滤清器8的过滤进入空气集热室9内部，流通的空气与散热翼片11和翼片散热器10管体发生换热，形成带有温度的暖风，暖风从空气集热室9另一端的出气口12排出，供应于使用暖风的场合。进气口7通过启闭转向装置来控制转换空气来源，出气口12处的开启和关闭通过启闭装置13来控制。

实施例2

参照附图2：真空玻璃集热管设有多个，多个真空玻璃集热管并排安装在空气集热室9的同一侧，翼片散热器10两端或两端的侧面通过弯管接头、三通管等连接件与流道管16相连通，金属热管4顶部冷凝端插入并排设置在流道管16上的传热套管21内，流道管16一侧延伸设有介质加注管20，介质加注管20一端伸出空气集热室9作为介质加注口，并设有泄压装置。多个金属热管4顶部冷凝端的热量通过流道管16中的储热导热介质传递给空气集热室9中的翼片散热器10。通过介质加注管20给翼片散热器10的管体内部和流道管16中加注储热导热介质。其他设置与实施例1相同。

也可在空气集热室9内水平设置一隔板，隔板安装在翼片散热器10和流道管16之间，通过隔板将翼片散热器10隔离在形成的空间中，隔板上方形成空气流通通道，翼片散热器10水平居中安装。

实施例

参照附图3：真空玻璃集热管并排设置多个，多个真空玻璃集热管分成两组，并排对称安装在空气集热室9的两侧，两组真空玻璃集热管的底部固定安装在框架1上并通过框架1与空气集热室9连接成一体。其他工作过程与工作原理与实施例1相同。

实施例4

参照附图4：真空玻璃集热管并排设置多个，多个真空玻璃集热管分成两组，翼片散热器10两端通过弯管接头、三通管等连接件与流道管16相连通，流道管16设有两段，对称安装在空气集热室9的两侧，分别连接对应位置的金属热管4的冷凝端，两组真空玻璃集热管通过两段流道管16对称安装在空气集热室9的两侧，两组真空玻璃集热管底部固定安装在框架1上并通过框架1与空气集热室9连接成一体。两流道管16与翼片散热器10之间分别设有一隔板，翼片散热器10安装在两隔板之间形成的空间内，其他设置和工作过程与实施例2相同。

此外，也可通过法兰盘等连接件将多个太阳能空气集热器并联或串联起来，形成集热器系统，以增大集热器的采热面积，提供更多热空气。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种太阳能空气集热器，包括多个并排设置的真空玻璃集热管和空气集热室（9），空气集热室（9）将多个真空玻璃集热管顶部连为一体，真空玻璃集热管内安装有金属热管（4），金属热管（4）顶端为冷凝端，底部为蒸发段，蒸发段伸入真空玻璃集热管内，冷凝端伸入空气集热室（9）中，金属热管（4）蒸发段的外圈管壁上固定安装有集热翼片（3），其特征在于：所述的空气集热室（9）包括外壳（18）、内胆（19）,所述的空气集热室（9）的内胆（19）内安装有翼片散热器（10），翼片散热器（10）连接金属热管（4）顶端的冷凝端，翼片散热器（10）外侧周圈设有放射状排布的散热翼片（11）；所述的翼片散热器（10）平行安装在内胆（19）中，翼片散热器（10）为内部中空的管体，管体两端或两端侧面通过流道管（16）相连通，翼片散热器（10）内和流道管（16）内部流通储热导热介质，流道管（16）一端设有介质加注管（20），介质加注管（20）一端伸出空气集热室（9）作为介质加注口，并设有泄压装置；流道管（16）上并排设有多个传热套管（21），金属热管（4）顶部的冷凝端露出真空玻璃集热管顶部插入传热套管（21）中；所述的空气集热室（9）内水平设置隔板，隔板安装在翼片散热器（10）和流道管（16）之间，隔板上方形成空气流通通道。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能空气集热器，其特征在于：所述的空气集热室（9）的外壳（18）与内胆（19）之间设有保温层（17），散热翼片（11）沿翼片散热器（10）管体轴向呈放射状均布在翼片散热器（10）外圈；外壳（18）一端设有进气口（7），另一端设有出气口（12），进气口（7）处设有空气滤清器（8）和启闭换向装置，出气口（12）处设有启闭装置（13）。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能空气集热器，其特征在于：所述的装有金属热管（4）的真空玻璃集热管并排设置多个，多个真空玻璃集热管（2）并排安装在空气集热室（9）的同一侧，真空玻璃集热管的底部固定安装在框架（1）上并通过框架（1）与空气集热室（9）连接成一体。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能空气集热器，其特征在于：所述的装有金属热管（4）的真空玻璃集热管并排设置多个，多个真空玻璃集热管均分成两组，流道管（16）对称设有两段，两组真空玻璃集热管对称安装在空气集热室（9）两侧，对应的两组金属热管（4）通过两段流道管（16）并排对称安装在空气集热室（9）两侧，两组真空玻璃集热管底部固定安装在框架（1）上并通过框架（1）与空气集热室（9）连接成一体。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能空气集热器，其特征在于：所述的翼片散热器（10）整体纵截面为圆形、椭圆形、半圆形、扇形、梯形、菱形或矩形，翼片散热器（10）为整体一次加工成型或由多个单独加工成的散热翼片（11）插接在翼片散热器（10）的管体外圈形成。