CN103983023A - 一种平板型空气-水两用太阳能集热器 - Google Patents

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Abstract

一种平板型空气-水两用太阳能集热器，属于太阳能利用及建筑节能技术领域。本发明包括框架、透光盖板、集热板、水管支管、翅片、背板、进水集管和出水集管。所述透光盖板、集热板依次与框架固定；集热板下部布置多根水管支管，多根水管支管与进、出水集管相连构成流通道；每相邻两根水管支管之间布置一组翅片。所述的水管支管、进水集管和出水集管构成水流通道；背板和集热板之间构成空气流道。本装置在太阳能集热系统中，与传统太阳能空气集热器匹配使用，冬季加热空气采暖，春夏秋季加热生活热水，避免空气集热器夏季闷晒，热水集热器冬季结冻，提高了集热器全年利用率,增强了集热器的经济性。

Description

一种平板型空气-水两用太阳能集热器
技术领域
本发明涉及一种平板型高效太阳能空气-水两用集热器，属于太阳能利用及建筑节能技术领域。 
背景技术
全社会节能环保意识日趋增强,太阳能作为一种环保、可持续的能源备受关注。我国绝大多数地区，日照充沛，属于太阳能利用的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类地区，有着太阳能利用的良好的资源条件；同时我国各地都有生活热水的需要，北方地区采暖需求大，南方地区对采暖的需求也越来越大，有着太阳能利用的良好的现实基础。 
现有的平板太阳能集热器通常仅能单独对空气或水加热,即平板太阳能热水器只能提供热水,平板太阳能空气加热器只能提供热空气。平板太阳能热水器结构简单、技术成熟,已经得到全社会的普遍认可。但其在寒冷地区应用时,会出现水温过低甚至系统结冻的情况，从而造成系统无法正常运行，加之成本过高等，导致平板太阳能热水器未能在我们广泛推广。平板太阳能空气集热器造价低，冬季也不会出现结冻而无法运行的情况，在北方地区农村具有巨大的发展前景。但在建筑无需采暖时，特别是夏季,出现“闷晒”问题,造成系统全年利用率低,影响了系统的经济性。 
目前太阳能空气-水两用集热器主要有以下两种形式：一种是全玻璃真空管的基础上增设空气循环管路,利用风路阀门和水路阀门的开关以切换空气、水两种介质，因采用空气和水共管结构，无法同时兼顾加热空气和水的效率,集热效率过低，并且不能可以同时提供采暖和生活热水。另一种是平板型两用集热器,空气循环管路和水循环管路不共管，可以同时提供采暖和生活热水，但未抓住加热空气效率低、但采暖季采暖需求大，加热水效率高、但热水需求量相对较小这一关键问题，所以目前设计的平板型两用集热器，如一种空气水复合集热器（CN202432722U）、一种高效气水复合型太阳能集热装置及其应用（CN102141304A），空气集热效率过低，不能满足实际应用的要求，导致装置不能推广。鉴于上述原因，为了推广平板型太阳能空气-水两用集热器，必须研究新的集热装置。 
发明内容
本发明的目的是提供一种平板型太阳能空气-水两用集热器,以克服太阳能热水器冬季结冻和太阳能空气集热器夏季闷晒,以及现有两用集热器加热空气效率低的缺陷，充分合理利用太阳能资源。 
本发明的技术方案如下：一种平板型空气-水两用太阳能集热器，包括框架、透光盖板、集热板、背板、进水集管、出水集管、进风口和出风口；透光盖板安装在集热器框架的顶部， 框架中部装有所述集热板，透光盖板与所述集热板之间形成密封空气层；透光盖板和集热板固定在框架上，在框架四周及背板上设有保温板；其特征在于：所述的集热板背部平行固定有多根水管支管，每根水管支管的一端均与进水集管相连通，另一端均与出水集管相连通，每相邻两根水管支管之间布置一组翅片；所述的水管支管、进水集管和出水集管构成水流通道；所述背板和集热板之间构成空气流道，该空气流道与进风口和出风口一起构成空气流通通道。 
本发明的另一技术特征是：在靠近进风口和出风口处设置导流片，该导流片与翅片的高度相同。 
本发明的又一技术特征是：所述水管支管的数量优选为7根；布置在水管支管两侧的两条翅片之间的距离为50～55mm；每组内翅片之间的距离为40～45mm。 
本发明的再一技术特征是：在靠近出风口的边框上设有透气管，该透气管的一端与空气流道相连通，另一端伸出边框板与环境连通，在透气管的出口安装有密封塞。 
本发明与现有技术相比，具有如下优点：①本发明的一种平板型太阳能空气-水两用集热器的集热板下交替固定翅片和铜管的布局，在分别加热空气和水时，彼此强化，提高了加热空气与加热水时的集热效率，提高了集热器的可利用性。②本发明的一种平板型太阳能空气-水两用集热器的集热板下焊接的7根铜管，避免了少于7根时的加热水的能力不足，多于7根时，汇流造成紊流湍击，从而产生气泡影响传热，使得增加铜管消耗带来的成本的同时没提高加热能力的问题。③本发明的一种平板型太阳能空气-水两用集热器加热空气和加热水的流通通道彼此独立，在太阳能集热系统中，与传统太阳能空气集热器匹配使用，冬季加热空气采暖，春、夏秋、季加热生活热水，克服热水器冬季结冻、空气集热器夏季“闷晒”问题，实现全年光热充分利用的同时，几乎没有提高生产成本，提高集热器性价比。④本发明的一种平板型太阳能空气-水两用集热器的进出口导流片设计，四个导流片呈一定角度，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。 
本发明可用于供热、干燥、生活热水等太阳能低温热利用场所，集热器各部件均采用常用的材料以及制作工艺，工艺简单，价格低廉，具有广泛的应用前景。 
附图说明
图1为本发明提供的平板型太阳能空气-水两用集热器实施例的结构原理示意图。 
图2为图1的A-A向剖视图。 
图3为图1的B-B向剖视图。 
图中各部件表示：1-边框；2-透光盖板；3-封闭空气层；4-集热板；5-翅片；6-水管支管；7-背板；8-保温板；9-导流片；10-进风口；11-出风口；12-进水集管；13-出水集管；14-空气流道；15-透气管；16-密封塞；17-垫块；18-排气口。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和具体实施方式进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。 
参见图1～图3，发明提供的平板型太阳能空气-水两用集热器包括框架1、透光盖板2、集热板4、背板7、保温板8、导流片9、进风口10、出风口11、进水集管12和出水集管13；透光盖板2装在集热器框架的顶部，框架中部装有所述集热板4，透光盖板2与所述集热板4之间形成密封空气层3；框架1四周及背板7设有保温板8；在集热板4的背部平行固定有多根水管支管6，水管支管采用铜管；每根水管支管的一端均与进水集管12相连通，另一端均与出水集管13相连通，水管支管6、进水集管12和出水集管13构成水流通道；同时，在集热板背部，每相邻两根水管支管6之间布置一组翅片5。本实施例中水管支管采用为7根，水管支管之间交替固定有8组翅片，每组翅片包括多条肋片，优选为3条；布置在水管支管两侧的两条翅片之间的距离为50～55mm，优选为52mm；每组内翅片之间的距离为40～45mm,优选为42mm。保温板8采用聚苯乙烯发泡塑料作为保温，也可以采用其它保温材料。 
在背板7和集热板4间构成空气流道14，该空气流道与进风口10和出风口11一起构成空气流通通道。 
在靠近进出风口11处设有与翅片5等高的导流片9。在靠近所述出风口11的边框1上设有透气管15，透气管15的一端与空气流通14相连通，另一端伸出边框板1与环境连通，在透气管15的出口安装有密封塞16；当集热器内温度过高时，热压作用可自动顶开密封塞16，将装置内的高温空气排出,降低装置的工作温度,对装置进行保护；与所述出水集管13相对位置设有排气口18，与水流通通道相连通，起到排气定压的作用，以防水系统发生气塞。 
本发明提供的平板型太阳能空气-水两用集热器的工作原理为利用太阳能辐射热量透过透光盖板2加热集热板4，进而通过对流换热的方式加热流经空气流道的空气或流经水流通道的水。当本发明集热器实现加热水集热模式时,用带有保温层的堵头密封进风口10和出风口11,水由进水集管12流入水管支管6,吸收集热板4热量后,经出水集管13流入下一级集热器或储热水箱，实现加热水，提供生活热水工况。当本发明集热器实现加热空气集热模式时,关闭进水集管12和出水集管13的阀门,空气由进风口10进入集热器后,被加热后,经出风口11送入下一级集热器或房间，实现采暖。 

Claims (4)

1.一种平板型空气-水两用太阳能集热器，包括框架（1）、透光盖板（2）、集热板（4）、背板（7）、进水集管（12）、出水集管（13）、进风口（10）和出风口（11）；透光盖板（2）装在集热器框架的顶部，框架中部装有所述集热板（4），透光盖板与所述集热板之间形成密封空气层（3）；透光盖板和集热板固定在框架（1）上，在框架四周及背板（7）上设有保温板（8）；其特征在于：所述的集热板（4）背部平行固定有多根水管支管（6），每根水管支管的一端均与进水集管（12）相连通，另一端均与出水集管（13）相连通，每相邻两根水管支管之间布置一组翅片（5）；所述的水管支管、进水集管和出水集管构成水流通道；所述背板（7）和集热板之间构成空气流道，该空气流道与进风口（10）和出风口（11）一起构成空气流通通道。
2.按照权利要求1所述的平板型空气-水两用太阳能集热器，其特征在于：在靠近进风口和出风口处设置导流片（9），该导流片与翅片（5）的高度相同。
3.按照权利要求1或2所述的平板型空气-水两用太阳能集热器，其特征在于：所述水管支管（6）数量为7根；布置在水管支管两侧的两条翅片之间的距离为50～55mm；每组内翅片之间的距离为40～45mm。
4.按照权利要求1或2所述的平板型空气-水两用太阳能集热器，其特征在于：在靠近出风口（11）的边框上设有透气管（15），该透气管的一端与空气流道（14）相连通，另一端伸出边框板与环境连通，在透气管的出口安装有密封塞（16）。
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