CN103791629A - 一种相变蓄热型太阳能集热器 - Google Patents

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Abstract

一种相变蓄热型太阳能集热器，包括太阳能真空集热管，各个太阳能真空集热管之间通过导流管连接，太阳能真空集热管包括外层玻璃管、内层玻璃管和封头，内层玻璃管与外层玻璃管的两端结合在一起，使内层玻璃管与外层玻璃管之间成为密封腔体，形成真空隔热层，内层玻璃管的两端设置封头，封头将内层玻璃管内的空腔封堵住，封头上设有与内层玻璃管内空腔连通的水孔，内层玻璃管内设置相变蓄热单元；相变蓄热单元由吸热涂层、密封壳体和相变材料构成，吸热涂层设置在密封壳体外壁，相变材料填充于密封壳体内。该集热器利用相变材料蓄热，性能稳定，占用空间小，增大了换热面积，提高了换热效率和出口水温。

Description

一种相变蓄热型太阳能集热器
技术领域
 本发明涉及一种利用相变材料蓄热的太阳能集热器，属于太阳能热利用技术领域。
背景技术
 目前，太阳能热水、采暖系统采用的太阳能集热器主要分玻璃真空管式和平板式，其中真空管式太阳能集热器应用较为广泛，它的集热效率相对较高，即热温度较高且热损失较少。
由于太阳能的不均匀性，真空管式太阳能集热器往往需要设置蓄热装置。现有的大多数太阳能蓄热装置为水箱，属于显热蓄热，需要的体积一般比较庞大，占用较多的空间且安装不便，而且重量分布不均，给建筑结构带来安全隐患。
为解决上述问题，利用相变材料进行蓄热，相变蓄热具有蓄热密度大、蓄热体积小、放热温度稳定等优点，因此利用相变材料进行太阳能蓄热，可以大大减小太阳能蓄热器的体积，提高供热的稳定性。目前已经存在一些利用相变材料储存太阳热能的装置。例如CN1632410公开的《一种复合式相变蓄能太阳能热水器》，由集热器和水箱构成，相变蓄热体位于水箱中，通过两个换热器与水进行热交换。这种相变蓄能太阳能热水器的缺点是含有多次热交换过程，降低了太阳能转化率。又例如CN2851981公开的《一种太阳能热水相变储热器》，包括一个内部充填晶体的相变储热器和储水箱。这种储热器仍然保留了传统太阳能热水器的水箱，减少了相变储热器的优势。再例如CN201297788公开的《太阳能相变蓄热集热管》以及CN101324378公开的《太阳能相变储热管》都是单一的蓄热管，都由外部管状容器，内部相变材料组成，可直接吸热放热，但是都没有解决相变材料导热率低下的问题。
发明内容
 本发明针对现有太阳能热水器存在的储能不足、换热效率低、出口温度低的问题，提供一种利用相变材料蓄热的、性能稳定、占用空间小的相变蓄热型太阳能集热器。
本发明的相变蓄热型太阳能集热器，采取如下技术方案:
该相变蓄热型太阳能集热器，包括太阳能真空集热管，各个太阳能真空集热管之间通过导流管连接，太阳能真空集热管包括外层玻璃管、内层玻璃管和封头，内层玻璃管与外层玻璃管的两端结合在一起，使内层玻璃管与外层玻璃管之间成为密封腔体，形成真空隔热层，内层玻璃管的两端设置封头，封头将内层玻璃管内的空腔封堵住，封头上设有与内层玻璃管内空腔连通的水孔，内层玻璃管内设置相变蓄热单元；相变蓄热单元由吸热涂层、密封壳体和相变材料构成，吸热涂层设置在密封壳体外壁，相变材料填充于密封壳体内，相变材料的相变温度为55℃-65℃，填充率为90%（预留10%空腔以防止相变时材料发生体积变化）。
各个太阳能真空集热管通过导流管连接的方式为各个太阳能真空集热管直接串联或者是先串联成分支再将各分支并联。各个真空集热管组合在一起，增长了换热路径，增大了换热面积，使水和相变蓄热单元换热率增大，提高了出口温度。
上述相变蓄热型太阳能集热器，在充热情况下，由于相变蓄热单元与太阳能真空集热管为一体设计，通过相变蓄热单元表面的吸热涂层直接吸收太阳热能给内部相变材料充热；在放热情况下，冷水流经太阳能真空集热管内部空腔直接与蓄热单元进行热交换。
本发明利用相变材料蓄热、性能稳定、占用空间小，无需与传统蓄热器一样进行热量迁移及多次热交换即可实现充热，充热完成后相变材料将热量贮存，这种结构避免了常规加热水箱体积大、成本高、难以与建筑一体化等缺点。放热时，由于每个管路分支包含多支串联的集热管，加长了换热路径，增大了换热面积，提高了换热效率，最终可提高出口的热水水温。
附图说明
图1是本发明相变蓄热型太阳能集热器的结构示意图。 
图2是图l中太阳能真空集热管的剖面图。
其中：1. 导流管，2. 封头，3. 相变蓄热单元，4. 太阳能真空集热管，5. 真空隔热层，6. 内层玻璃管，7. 相变材料，8. 密封壳体，9. 外层玻璃管，10. 冷水。
具体实施方式
如图l所示，本发明的相变蓄热型太阳能集热器，主要包括太阳能真空集热管4，相变蓄热单元3和导流管1。各个太阳能真空集热管4可以通过导流管1直接串联在一起，也可以先将几个通过导流管串联成分支（图1中将4个太阳能真空集热管串联为一个分支），再将各个分支并联，以串联和并联相结合的方式组合在一起，以增长换热路径及增大换热面积，使水和相变蓄热单元换热率增大，提高出口温度。
图2给出了单个太阳能真空集热管4的结构，包括外层玻璃管9、内层玻璃管6和封头2，内层玻璃管6设置在外层玻璃管9内，内层玻璃管6与外层玻璃管9的两端结合在一起，使内层玻璃管6与外层玻璃管9之间成为密封腔体，形成真空隔热层5，内层玻璃管6的两端设置封头2，封头2将内层玻璃管6内的空腔封堵住，封头2上设有与内层玻璃管6内空腔连通的水孔。导流管1与太阳能真空集热管4上的封头2连接。内层玻璃管6内设置有相变蓄热单元3，相变蓄热单元3由吸热涂层、密封壳体8和相变材料7构成，密封壳体由耐腐蚀高强度材料制成，其形式为规则几何体，如球体、圆柱体、立方体等，密封壳体8的外壁上设置高吸收率吸热材料制成的吸热涂层，密封壳体8内填充相变材料7，相变材料的相变温度为55℃-65℃，填充率为90%，预留10%空腔以防止相变时材料发生体积变化。相变材料7可以采用现有的相变蓄热材料。
上述相变蓄热型太阳能集热器，由于相变蓄热单元3与太阳能真空集热管4为一体设计，在充热情况下，通过相变蓄热单元3表面的吸热涂层直接吸收太阳热能给内部相变材料7充热；在放热情况下，冷水10流经太阳能真空集热管的内层玻璃管6时直接与相变蓄热单元3进行热交换（参见图2）。由于每个分支包含多支串联的集热管，加长了换热路径，增大了换热面积，提高了换热效率，最终可提高出口的热水水温。

Claims (2)

1.一种相变蓄热型太阳能集热器，包括太阳能真空集热管，其特征是：各个太阳能真空集热管之间通过导流管连接，太阳能真空集热管包括外层玻璃管、内层玻璃管和封头，内层玻璃管与外层玻璃管的两端结合在一起，使内层玻璃管与外层玻璃管之间成为密封腔体，形成真空隔热层，内层玻璃管的两端设置封头，封头将内层玻璃管内的空腔封堵住，封头上设有与内层玻璃管内空腔连通的水孔，内层玻璃管内设置相变蓄热单元；相变蓄热单元由吸热涂层、密封壳体和相变材料构成，吸热涂层设置在密封壳体外壁，相变材料填充于密封壳体内，相变材料的相变温度为55℃-65℃，填充率为90%。
2.根据权利要求1所述的相变蓄热型太阳能集热器，其特征是：所述各个太阳能真空集热管通过导流管连接的方式为各个太阳能真空集热管直接串联或者是先串联成分支再将各分支并联。
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