CN107289646A - 一种平板型整体式太阳能空气彝药集热器及其干燥器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种平板型整体式太阳能空气彝药集热器及其干燥器。所述集热器之外壳的侧部及底板设隔热层，吸热板设于透明盖板与底板之间的集热仓中部，集热仓一端设流体进口且另一端设流体出口，吸热板呈条状百叶窗形式沿流体进口向流体出口方向设置，吸热板的条状百叶窗开孔与流体方向垂直且开口方向面向流体进口方向。所述干燥器中集热器为平板型整体式太阳能空气彝药集热器，集热器通过管道及阀门与干燥仓热风口连通，干燥仓热风口过另一阀门与热风发生装置连通，集热器流体进口和/或流体出口端连接风机。本发明形成整体式的集热仓，采用条状百叶窗形式吸热板使集热仓形成上下流道，吸热板双面传热，有效增大换热面积和太阳能吸收面积。

Description

一种平板型整体式太阳能空气彝药集热器及其干燥器

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，具体涉及一种集热效率高、内部流场、温度场和压力场分布均匀的平板型整体式太阳能空气彝药集热器及其干燥器。

背景技术

目前，太阳能空气集热器有平板型、真空管型和聚光型三类，相对于真空管型太阳能空气集热器和聚光型太阳能空气集热器而言，平板型太阳能空气集热器对太阳直接辐射和漫射辐射均能吸收，且具有结构简单、造价低、故障少、维护管理方便，因此其应用范围及规模都相较其它两种类型集热器更广和更大。

现有技术中的平板型太阳能空气集热器，被加热空气通过玻璃盖板与吸热板之间进行换热，换热效率很低。虽然国内外许多学者已经从增强吸热板与空气之间换热、增大换热面积和减小热损等几方面对其进行改善，如吸热板加装隔板、隔板上附加翅片、倒角、金属丝网及起皱模块，以及设置回转流道等等，并由此开发了许多类型的空气集热器。上述吸热板采取的措施，虽然能够对提高换热效率有所帮助，但是又往往造成结构复杂、流体流动阻力大且存在流体流动滞留区，不仅成本较高，而且集热器内部流场、温度场和压力场分布不均匀，换热效率难有显著的提高。

在彝药生产中，干燥作业是必不可少的环节，且能耗巨大。与常规能源干燥相比，太阳能干燥具有以下优点：太阳能干燥直接将太阳能转化为热能，从而降低生产成本，提高了经济效益；太阳能干燥使用的是清洁能源对环境不会造成污染。因此，自20世纪70年代以来，我国逐渐开展了太阳能干燥的研究，但主要研究的都是拼装阵列式太阳能空气集热器；实际应用的典型是由北京市太阳能研究所研制的PK1570型系列拼装太阳能空气集热器。由于拼装阵列式太阳能空气集热器必须将标准单元拼装成阵列才能应用，但在拼接组装过程中有衔接、密封、保温等一系列问题；同时，拼装阵列式太阳能空气集热器内部存在流体流动滞留区，内部温度分布不均匀，吸热板有局部的高温区域，在一定程度上降低了太阳能空气集热器系统的集热效率。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种集热效率高、内部流场、温度场和压力场分布均匀的平板型整体式太阳能空气彝药集热器，第二目的在于提供一种基于第一目的的平板型整体式太阳能空气彝药集热器的干燥器。

本发明的第一目的是这样实现的：包括透明盖板、吸热板、底板、外壳，所述外壳的上部设置透明盖板且底部设置底板形成一个整体，所述外壳的侧部及底板设置有隔热层，所述吸热板设置于外壳内透明盖板与底板之间的集热仓中部，所述集热仓一端设置有流体进口且另一端设置有流体出口，所述吸热板呈条状百叶窗形式沿流体进口向流体出口方向设置，所述吸热板的条状百叶窗开孔与流体方向垂直且开口方向面向流体进口方向。

本发明的第二目的是这样实现的：包括集热器、风机、热风发生装置、阀门、彝药干燥仓，所述集热器为平板型整体式太阳能空气彝药集热器，所述集热器通过管道及阀门与彝药干燥仓的热风口连通，所述彝药干燥仓的热风口通过另一阀门与热风发生装置连通，所述集热器的流体进口和/或流体出口端连接风机。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明的集热器通过在外壳上部设置透明盖板且底部设置底板形成整体式的集热仓，可以有效避免传统拼装阵列式太阳能空气集热器拼接组装过程中存在的衔接、密封、保温等一系列问题，而且能够减少乃至避免集热仓内存在流体流动滞留区，有效提高了集热器内部温度分布的均匀性和集热性能。

2、集热器通过在整体式集热仓中部设置条状百叶窗形式吸热板形成上下流道，并利用吸热板的特定结构，让载热工质均匀流过吸热板，以减少集热器内部流体流动的漩涡，从而避免增加流体流动阻力，流体流动通畅，不仅增加了载热工质在集热仓中的流程，而且有效增大了换热面积，也能增大吸热板对太阳能辐射的吸收面积，从而显著提高吸热效率。

3、集热器通过吸热板的特定结构形成扰流板，在集热仓内形成独特的流道，不仅提高了吸热板与流体间的对流换热系数，有效提高集热器出口空气温度，而且能够显著改善集热仓内部流场、温度场和压力场的分布均匀性。

因此，本发明具有集热效率高、内部流场、温度场和压力场分布均匀的特点。

附图说明

图1为本发明之集热器结构示意图；

图2为图1之局部剖视图；

图3为图1之流体不同流速下温度梯度示意图；

图4为本发明之干燥器结构示意图；

图中：1-透明盖板，2-吸热板，3-底板，4-外壳，5-隔热层，6-集热仓，61-流体进口，62-流体出口，7-支架，8-过滤装置，9-均流板，10-接缝，

100-集热器，200-风机，300-热风发生装置，310-蒸汽锅炉，320-管壳式换热器，400-阀门，500-彝药干燥仓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

如图1至3所示，本发明的平板型整体式太阳能空气彝药集热器包括透明盖板1、吸热板2、底板3、外壳4，所述外壳4的上部设置透明盖板1且底部设置底板3，所述外壳4的侧部及底板3设置有隔热层5形成一个整体，所述吸热板2设置于外壳4内透明盖板1与底板3之间的集热仓6中部，所述集热仓6一端设置有流体进口61且另一端设置有流体出口62，所述吸热板2呈条状百叶窗形式沿流体进口61向流体出口62方向设置，所述吸热板2的条状百叶窗开孔与流体方向垂直且开口方向面向流体进口61方向。

所述透明盖板1下部设置有T形或倒L形支架7，所述透明盖板1由至少两块盖板组成，所述盖板之间的接缝位于T形或倒L形支架7的正上端。

所述吸热板2由多条沿流体方向纵向排列且竖边向流体进口61方向倾斜的斜L形吸热板构成。

所述吸热板2为表面覆盖太阳能吸收层的热的良导体。

所述吸热板2的表面吸收层为阳极化或磁控溅射光谱选择性吸收材料。

所述吸热板2为厚度1～3mm的铝板、铜板或铜铝合金板。

所述斜L形吸热板向流体进口61方向倾斜的斜边顶端不低于支架7延伸向集热仓6的底边的底端。

所述吸热板2的条状百叶窗开孔设置于两个相邻的支架7之间。

所述盖板之间的接缝用密封材料密封。

所述隔热层5为聚氨酯泡沫或酚醛树脂泡沫。

所述外壳4为金属型材角钢组合成整体板框式结构且外敷铝合金或不锈钢整体式密封外壳。

所述流体进口61的开口小于集热仓6的横截面，所述流体进口61端设置有过滤装置8，所述集热仓6内近流体进口61端设置有均流板9。

所述均流板9为表面分布多个通孔的多孔板。

如图4所示，本发明的基于平板型整体式太阳能空气彝药集热器的干燥器，包括集热器100、风机200、热风发生装置300、阀门400、彝药干燥仓500，所述集热器100为平板型整体式太阳能空气彝药集热器，所述集热器100通过管道及阀门400与彝药干燥仓500的热风口连通，所述彝药干燥仓500的热风口通过另一阀门400与热风发生装置300连通，所述集热器100的流体进口61和/或流体出口62端连接风机200。

所述集热器100倾斜布置且流体进口61设置于下端和流体出口62设置于上端。

所述集热器100还设置有太阳能光电组件，所述太阳能光电组件与风机200电性连接。

所述风机200为轴流风机或离心风机。

本发明工作原理及工作过程：

本发明的集热器通过在外壳上部设置透明盖板且底部设置底板形成整体式的集热仓，并在集热仓中部设置条状百叶窗形式吸热板形成上下流道，让载热工质均匀流过吸热板，不仅增加了载热工质在集热仓中的流程，有效增大了换热面积，提高了吸热板与流体间的对流换热系数，也能增大吸热板对太阳能辐射的吸收面积，可以有效避免传统拼装阵列式太阳能空气集热器拼接组装过程中存在的衔接、密封、保温等一系列问题，而且能够减少乃至避免集热仓内存在流体流动滞留区，以及减少集热器内部流体流动的漩涡，从而避免增加流体流动阻力，有效提高了集热器内部温度分布的均匀性和集热性能，从而显著提高吸热效率和改善集热仓内部流场、温度场和压力场的分布均匀性。进一步，透明盖板下部设置有T形或倒L形支架，透明盖板由至少两块盖板组成，盖板之间的接缝位于T形或倒L形支架的正上端；通过支架即能对透明盖板形成支承且也能使用小面积透明盖板，即提高了集热器盖板的强度和降低了采用大面积盖板的成本，而且通过支架与吸热板配合在集热仓形成独特的流道，即能提高吸热板的换热系数，也能消除流体流动滞留区和减少形成漩涡，从而避免增加流体流动阻力和提高集热仓内流场、温度场和压力场的均匀性。更进一步，吸热板由多条沿流体方向纵向排列且竖边向流体进口方向倾斜的斜形吸热板构成，以及吸热板的条状百叶窗开孔设置于两个相邻的支架之间；这样即能将上层流道的冷流体导入下层以提高换热效率，而且也能提高集热器倾斜使用时对太阳能辐射的吸收面积。再进一步，斜L形吸热板向流体进口方向倾斜的斜边顶端不低于支架延伸向集热仓的底边的底端，从而使吸热板与支架在上流道形成迷宫式结构，而下流道保持直通结构，使得热的流体上升在上流道中以增加流程，增大与吸热板的换热面积，而又能保持冷流体在下流道的畅通，从而即能提高换热效率，又能不明显的增加流体阻力。进一步，盖板之间的接缝用密封材料密封，可有效避免传统拼装阵列式太阳能空气集热器拼接组装过程中存在的密封、保温等问题，提高了集热器的整体集热性能。进一步，流体进口的开口小于集热仓的横截面，流体进口端设置有过滤装置，集热仓内近流体进口设置有均流板；流体进口的开口小于集热仓的横截面，可以有效提高进口流体的流速，有利于避免出现局部高温和提高流体流速较小的极热效率，而且小进口大空间可以使进入的流体速度快速减慢，使得流体内灰尘及杂质等在集热仓下部快速沉降，可有效减轻沉降于吸热板对太阳能辐射的吸收；而流体进口端设置有过滤装置，集热仓内近流体进口设置有均流板，过滤装置能够显著减少灰尘及杂质沉降于吸热板，而均流板可以使进入的流体均布于流道横截面，从而提高换热效率和消除流体流动滞留区的形成及减少形成漩涡，从而避免增加流体流动阻力和提高集热仓内流场、温度场和压力场的均匀性。

本发明的干燥器采用了前述的集热器并配合热风发生装置，由于提高了集热器的集热及换热效率，可以减少热风发生装置的使用频率或功率，因此降低了干燥成本，提高了经济效益，而且太阳能干燥使用的是清洁能源对环境不会造成污染；另外，通过采用太阳能空气集热器和热风发生装置相互配合，即能解决阴雨天或夜晚的干燥热源问题，而且也解决了太阳辐照较弱时太阳能空气集热器热源不足的难题，即能兼顾节能降耗，又能满足生产需要，灵活性较强。进一步，集热器倾斜布置且流体进口设置于下端和流体出口设置于上端，能够有效利用集热器结构提高换热及集热效率。进一步，集热器还设置有太阳能光电组件，太阳能光电组件与风机电性连接；可充分利用太阳能充足而集热器工作时，在不需要外来能源消耗就能输出热流体用于干燥，从而既简化了整体结构，而且也更加节能降耗和降低干燥成本。

综上所述，本发明具有集热效率高、内部流场、温度场和压力场分布均匀的特点。

如图1至4所示，当太阳辐射能穿过透明盖板1后，投射在吸热板2上，其热量被涂有表面吸收涂层的吸热板1吸收，使其温度升高，并转换成热能；在风机200的抽吸作用下，透明盖板1与吸热板2之间的流道内形成负压，温度较低的空气自流体进口61流进集热仓6；流体在流道内沿行程流动的过程中被吸热板2吸收并转换的太阳辐射能加热，空气温度逐渐升高，然后通过风机200带动空气将热量输出集热器100，作为集热器100的有用能。同时，吸热板2温度升高后，通过热传导、热对流及热辐射等方式与周围环境换热，成为集热器的环境热损失。

Claims (10)

1.一种平板型整体式太阳能空气彝药集热器，其特征在于包括透明盖板（1）、吸热板（2）、底板（3）、外壳（4），所述外壳（4）的上部设置透明盖板（1）且底部设置底板（3）形成一个整体，所述外壳（4）的侧部及底板（3）设置有隔热层（5），所述吸热板（2）设置于外壳（4）内透明盖板（1）与底板（3）之间的集热仓（6）中部，所述集热仓（6）一端设置有流体进口（61）且另一端设置有流体出口（62），所述吸热板（2）呈条状百叶窗形式沿流体进口（61）向流体出口（62）方向设置，所述吸热板（2）的条状百叶窗开孔与流体方向垂直且开口方向面向流体进口（61）方向。

2.根据权利要求1所述平板型整体式太阳能空气彝药集热器，其特征在于所述透明盖板（1）下部设置有T形或倒L形支架（7），所述透明盖板（1）由至少两块盖板组成，所述盖板之间的接缝位于T形或倒L形支架（7）的正上端。

3.根据权利要求2所述平板型整体式太阳能空气彝药集热器，其特征在于所述吸热板（2）由多条沿流体方向纵向排列且竖边向流体进口（61）方向倾斜的斜L形吸热板构成。

4.根据权利要求3所述平板型整体式太阳能空气彝药集热器，其特征在于所述斜L形吸热板向流体进口（61）方向倾斜的斜边顶端不低于支架（7）延伸向集热仓（6）的底边的底端。

5.根据权利要求2所述平板型整体式太阳能空气彝药集热器，其特征在于所述吸热板（2）的条状百叶窗开孔设置于两个相邻的支架（7）之间。

6.根据权利要求2所述平板型整体式太阳能空气彝药集热器，其特征在于所述盖板之间的接缝用密封材料密封。

7.根据权利要求1或2所述平板型整体式太阳能空气彝药集热器，其特征在于所述流体进口（61）的开口小于集热仓（6）的横截面，所述流体进口（61）端设置有过滤装置（8），所述集热仓（6）内近流体进口（61）端设置有均流板（9）。

8.一种基于权利要求1至7任意一项所述平板型整体式太阳能空气彝药集热器的干燥器，其特征在于包括集热器（100）、风机（200）、热风发生装置（300）、阀门（400）、彝药干燥仓（500），所述集热器（100）为平板型整体式太阳能空气彝药集热器，所述集热器（100）通过管道及阀门（400）与彝药干燥仓（500）的热风口连通，所述彝药干燥仓（500）的热风口通过另一阀门（400）与热风发生装置（300）连通，所述集热器（100）的流体进口（61）和/或流体出口（62）端连接风机（200）。

9.根据权利要求8所述干燥器，其特征在于所述集热器（100）倾斜布置且流体进口（61）设置于下端和流体出口（62）设置于上端。

10.根据权利要求8或9所述干燥器，其特征在于所述集热器（100）还设置有太阳能光电组件，所述太阳能光电组件与风机（200）电性连接。