CN108061390A - 一种太阳能热交换器及供暖装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种太阳能热交换器及供暖装置，该热交换器包括内部可出入热媒的热交换槽和按热交换槽的方向聚太阳光的聚光器；在热交换槽的侧面上设有接收由上述聚光器聚到的太阳光传递的热量并向上述热媒释放热量的热管；所述热管一端插入到上述热交换槽的内部与上述热媒接触，热管的另一端露于热交换槽的外部，与热媒接触的一端为散热部，露于热交换槽外部的一端为受热部；受热部位于从上述聚光器出来的太阳光路径上；在受热部靠近聚光器的一侧安装有传热板；所述热管的数量为多个，多个热管排成一列，所述热交换槽内盛装热媒。该太阳能热交换器及供暖装置从被聚光的太阳光接收热量，对热媒进行加热，从而提高能源利用效率，能满足生活供热供热水需求。

Description

一种太阳能热交换器及供暖装置

技术领域

本发明涉及太阳能换热技术领域，特别涉及是一种太阳能热交换器及供暖装置，具体来讲，是有关从被聚光的太阳光接收热量，对热媒进行加热，从而提高能源利用效率的热交换器及供暖装置。

背景技术

通常的锅炉是使用油或煤气等燃料，提供供暖用及生活用热水。但是，但是随着石化燃料的价格上升，因使用石化燃料而产生的污染问题越来越大，代替能源的使用逐渐扩大。

与其他能源相比，太阳能具有便于利用，可以得到高效率的丰富能量的特点。缘于此，最近利用太阳能的供暖设备正在逐渐增加。

利用太阳能的供暖设备在初始安装时需要较多费用，但具有不需要额外的维持费，且也不会引起污染问题的优点。然而，太阳的年内高度有变化，天气变化频繁的地方，只是单纯依赖太阳能锅炉系统，难以充分供应热源，以满足供暖用和生活用热水的需要。

为了只以太阳能为热源的锅炉系统，需要扩大太阳能集热器的规格。而如想具备这种系统，需要大量的费用和宽敞的安装空间。因此，一般家庭难以使用。

因此，如何能实现太阳能热交换器的充分利用，开发在太阳能集中的白天蓄积太阳能，在没有太阳能的阴天或晚上，将电能为辅助热源，在蓄热槽中填热水为其结构的供暖装置非常重要。

发明的内容

为了解决上述问题，本发明提供一种太阳能热交换器及供暖装置。该太阳能热交换器及供暖装置从被聚光的太阳光接收热量，对热媒进行加热，从而提高能源利用效率，能满足生活供热供热水需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明太阳能热交换器，其特征在于该热交换器包括内部可出入热媒的热交换槽和按热交换槽的方向聚太阳光的聚光器；在热交换槽的侧面上设有接收由上述聚光器聚到的太阳光传递的热量并向上述热媒释放热量的热管；所述热管一端插入到上述热交换槽的内部与上述热媒接触，热管的另一端露于热交换槽的外部，与热媒接触的一端为散热部，露于热交换槽外部的一端为受热部；受热部位于从上述聚光器出来的太阳光路径上；在受热部靠近聚光器的一侧安装有传热板，能扩大太阳光的传热面积；所述热管的数量为多个，多个热管排成一列，所述热交换槽内盛装热媒；所述聚光器包括能折射太阳光并使太阳光聚光至热管的聚光镜，热管位于聚光镜的交点上。

上述太阳能热交换器，所述传热板的前方设有集热罩，集热罩将受热部包裹起来，且集热罩在朝向聚光器的一侧开口，集热罩的开口上连接透光盖，该透光盖为透明材料制成，能方便地透过太阳光；在集热罩内部设置有吸热构件能最大程度的吸收太阳能，使集热罩内部具有温室特点。

上述太阳能热交换器，所述聚光器由改变太阳光路径的反射部和集束从反射部反射的太阳光的集束部构成，反射部由弧形的支持面板和由安装于支持面板的凹镜组成的球面反射镜；集束部由与球面反射镜对向安装，通过折射将太阳光集束到一个焦点的聚光镜和用于固定聚光镜的固定棒组成。

本发明还保护一种供暖装置，该供暖装置包括上述的太阳能热交换器，太阳能热交换器用于与太阳能进行热量交换；同时还包括用于贮存供暖用水的蓄热器；在蓄热器内部安装有与供暖用水进行热交换的热交换线圈，该热交换线圈的进出口分别通过相应的循环管道连接太阳能热交换器的热交换槽的流出管和流入管，在循环管道上设置有膨胀罐和压力计；蓄热器底部设置有供暖用给水管，顶部设置有供暖用出水管，供暖用给水管和供暖用出水管均与室内的供暖管道连接。

上述的供暖装置，在蓄热器内部的上方还设置有热水用热交换线圈，热水用热交换线圈的进出口分别连接热水用给水管和热水用出水管，为居民提供日常热水使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明由于在聚光器中高密度聚光的太阳光，通过热管向热媒传递热量，因此可以显著提高能源利用率。

本发明在热管的受热部设置有集热罩，能将受热部与外部气体的交流切断，集热罩内形成温室效应，可以大大提高热交换率。

本发明的供暖装置既能显著提高对太阳能的利用，同时又能为满足室内供暖需求，提供居民生活用热水，使用非常方便，维护成本低，满足使用者的需求。

附图说明

图1本发明实施例的热交换器的立体图。

图2是图1中热交换器的侧面图。

图3显示摘录适用于图1的热交换器重要部件的摘录立体图。

图4基于本发明另一实施例的热交换器重要部件的摘录立体图。

图5简略显示基于本发明的另一实施例的热交换器重要部件的结构图。

图6概略显示利用图1中热交换器的供暖设备的结构图。

图中，10：反射部，20：集束部，21：聚光镜，30：热交换槽，40：热管，41：受热部，43：散热部，47：传热板，50：支撑部，80：集热罩，81：透光盖，11：支持面板，15：球面反射镜，85：吸热构件。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。

参考图1至图3，基于本发明的实施例的太阳能热交换器由聚光器图中未标出、热交换槽30、热管40和支撑部50构成；

聚光器将在大气中以低密度入射的太阳光的光路，转换到一定的方向的同时，通过聚光使其具有高能，并将高密度的太阳光入射至热管40。

作为聚光器的一个例子，聚光器由改变太阳光路径的反射部10和集束从反射部反射的太阳光的集束部20构成。反射部由弧形的支持面板11和由安装于支持面板11的凹镜组成的球面反射镜15构成。当然，也可以利用由平面镜组成的反射镜，以替代球面反射镜15。

另外，集束部20由与球面反射镜15对向安装，通过折射将太阳光集束到一个焦点的聚光镜21和用于固定聚光镜21的固定棒25组成。作为聚光镜21的一个例子，可以使用凸透镜。聚光镜以使用形成线型焦点的线性透镜为宜。图示的线性透镜的中央部分厚于上下边缘。因此，从聚光镜21的上下边缘入射的太阳光就会折射到聚光镜21的光轴，从而形成线状焦点。通过这种聚光镜21可以有效加热排成一列的热管40。反射部、集束部呈渐缩形式，即反射部上下端之间的距离大于集束部上下端之间的距离，集束部上下端之间的距离大于热交换槽上下端之间的距离。

除了图示的聚光镜21外，还可以使用圆形凸透镜。在这种情况下，可以将多个凸透镜单元化，在每个凸透镜形成的焦点，都安装热管。而且，如图5所示，作为聚光镜21也可以使用在太阳光入射一侧并排形成弯槽，从而形成线型焦点的菲涅尔透镜。

热交换槽30具有内部有一定空间的长方体结构。在下部安装流入热媒的流入管31，以便热媒出入其内部。上部则安装流出热媒的流出管35。流入管31和流出管35以采用柔软的材质为宜。而且，虽然没有图示，但是，热交换槽30的外侧可安装围绕热交换槽30的隔热套。而且，可在热交换槽30内部安装泵，强制循环热媒。

与聚光镜21对向的方向，在热交换槽30的一侧，一列安装多个热管40。

热管40由插入到热交换槽30内部与热媒接触的散热部43和露于热交换槽30外部的受热部41组成。另外，在受热部41的端部，安装用于扩大传热面积的板型传热板47。

热管40是用于填充于内部的热媒不间断地通过气体-液体之间的相变过程，在受热部41和散热部43之间传递热量的装置，利用潜伏热移动热量。从而与利用单相热媒的普通传热机器相比，发挥更好的传热性能。

热管40具有在其内部形成空间的封闭结构。而且，热管40的内部由热媒填充。根据材料、形态、热媒种类、启动温度等，热管40分为很多种类。虽然在图例中使用了管子型热管40，但除此之外，还可以利用各种通常使用的热管。热媒是决定热管40性能的重要因素，使用具有0～810℃熔点和3～900℃沸点的物质。作为热媒可以使用水。除此之外，还可以使用甲醇、丙酮、蒸馏水、水银、He、N2、CHClF2、CCl2F2中的某一个。

这种热管40是用浆料插入，使其贯通热交换槽30的侧面，之后使用浆料粘贴在热交换槽30。除此之外，热管40也可以倾斜安装于热交换槽30的侧面，以便散热部41所处位置高于受热部43，利于热媒的流通传递。而且，当然也可以垂直安装于热交换器30的底部。

由聚光镜21出来的太阳光照射到传热板47，加热受热部41。热媒在受热部41被蒸发的过程中气化的蒸汽，通过向热管40的内部空间移动，在热管40的散热部43释放热量，之后重新被液化，顺着壁面重新回到受热部41。之后，热媒重新从太阳光接收热量，重复蒸发的过程。根据这种原理，热管40利用热媒的蒸发潜热，即便是在温差小、无动力的情况下，也可以有效移送热量，该移送热量即为可通过随着液体温度变化的蒸发、冷凝的潜伏热移动量。另一方面，可在热管40的内壁面形成毛细管结构(未给出附图)，通过在气体-液体界面产生的毛细压差，提高热媒回归受热部的能力。

在本发明中，可以通过结合于受热部41端部的传热板47扩大太阳光的照射面积，以大幅度提高热管40的传热效率。为了提高热吸收率，传热板47可以使用具有黑色表面的金属。传热板47可按从聚光镜21传达的太阳光的进行方向，形成倾斜度。

另一方面，为了提高散热部43释放热量的能力，可在热交换槽30的内部安装散热片。散热片结合于散热部43，起到接收从散热部43释放出的热量，向出入热交换槽30的热媒释放热量的作用。这种散热片可增加从散热部43释放的热量，提高传热效率。而且，这样的情况下，可安装循环泵，以强制循环热媒，使热媒冲撞散热片。此时，热媒就会不间断地接触散热片，从而在短时间内实现热交换。

上述反射部10、集束部20、热交换槽30固定在基础框架内，以便可以联动为一体。基础框架是由延长于反射部的支持面板11上部两侧，连接于热交换槽30上部的第一框架91及第二框架93和，从支持面板11的下面延长，连接于热交换槽30下侧的第三框架95及第四框架97组成。固定棒25连接于第三框架95及第四框架97上。另外，热交换槽30是固定在第三框架95及第四框架97的支架末端。

除了上述结构外，基础框架还可以为通过多个连杆架将反射部10、集束部20和热交换器30固定在一起，各个连杆之间可以转动，形成三者的活动连接，三者能任一位置调整，实现多种变形。

支撑部50用于从地面支撑基础框架。支撑部50由通常的技术构成，随着太阳高度或方位角，反射部10手动或自动追踪太阳的位置。在图示的手动式示例中是由支撑于地面的支撑物51和安装于第三框架95及第四框架97之间形成的固定面板99的接头构件55组成(参见图2和图1)。接头构件55应设为能使基础框架上下及左右移动的部件，同时通过固定构件安装约束及接触接头构件55。

另一方面，如图4所示，本发明还可以再设置围绕受热部41的集热罩80，以便在热管的受热部41可以利用更多的太阳能，进一步提高太阳热的利用率。这种集热罩80起到如温室一样的作用，即接收太阳光，同时也不会向外部放出热量。

集热罩80安装于热交换槽30的侧面，并以与聚光镜相对的方向形成开口。另外，集热罩80的开口上加盖透光盖81。透光盖81由透光性材质形成，以便在聚光镜集束的太阳光可以入射到集热罩80的内侧。作为透光性材质可以使用钢化玻璃、石英、亚克力等。透光盖81可以与可拆卸集热罩80相结合。这种集热罩80具有将热管的受热部41切断与外部气体相通的封闭结构。因此，太阳光通过透光盖81入射到内侧，集热罩80内部空间的温度就会因温室效果持续上升，显著增加了可以在热管40中利用的太阳能的数量。

也可以在集热罩80的内侧安装可吸收太阳能的吸热构件85，以更加提高温室效应。比如，可在透光盖81和传热面板47之间，安装用黑色原丝形成的织物垫。织物垫从通过透光盖81入射的太阳光，有效吸收太阳能，从而增加可在热管40使用的能量数量。

下面，对利用上述热交换器的供暖装置进行具体说明。本发明的供暖装置具备太阳能热交换器、蓄热器60和热交换线圈61。

蓄热器60设为圆筒形，其内部会填满供暖用水。所述蓄热器60的外侧包裹有用于保温的隔热材料。贮存于蓄热器60的水是通过接收安装于下面的热交换线圈61传递的热量进行加热，被加热的水是通过安装在蓄热器60上部的供暖用出水管65循环到安装于室内的供暖管道。经过供暖管道的过程中被夺走的热量的水，通过供暖用给水管63重又流入蓄热器60的内部。为提高热交换效率，可在热交换线圈61的外周附着多个夹子。

热交换线圈61的进出口分别通过循环管道与热交换槽30的流出管35、流入管31连接，使在热交换槽30吸收太阳热的热媒通过循环管道循环至热交换线圈61。吸收太阳热的高温热媒在经过热交换线圈61的过程中，与填满于蓄热器60内部的水进行热交换。而且，热交换后低温的热媒通过相应的循环管道循环至热交换槽30。而且，循环管道上安装有用于应对热媒膨胀的膨胀罐73和用于测量压力的压力计72。在循环管道上安装有循环泵71，及相应的电磁阀75、电磁阀77。

如图所示，在蓄热器60的内部上侧，还可以安装用于热水的热水用热交换线圈67。应设为，热水用热交换线圈67的出口与热水用出水管连接，而入口则与热水用给水管连接，以便水持续流入。

同时使用供暖用水和生活用热水时，可增设用于辅助性加热生活用热水或供暖用水的辅助用锅炉未图示，以应对供应热源不足的情况。辅助用锅炉是以天然气或油等作为热源与运行的锅炉。无法利用太阳能或太阳能不足的情况下，利用锅炉辅助性加热供暖用水及生活用热水。因此，本发明能显著提高太阳能的利用率，降低辅助热源的消耗，节约使用成本，更加方便用户使用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。

凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种太阳能热交换器，其特征在于该热交换器包括内部可出入热媒的热交换槽和按热交换槽的方向聚太阳光的聚光器；在热交换槽的侧面上设有接收由上述聚光器聚到的太阳光传递的热量并向上述热媒释放热量的热管；所述热管一端插入到上述热交换槽的内部与上述热媒接触，热管的另一端露于热交换槽的外部，与热媒接触的一端为散热部，露于热交换槽外部的一端为受热部；受热部位于从上述聚光器出来的太阳光路径上；在受热部靠近聚光器的一侧安装有传热板；所述热管的数量为多个，多个热管排成一列，所述热交换槽内盛装热媒；所述聚光器包括能折射太阳光并使太阳光聚光至热管的聚光镜，热管位于聚光镜的交点上。

2.根据权利要求1所述的太阳能热交换器，其特征在于所述传热板的前方设有集热罩，集热罩将受热部包裹起来，且集热罩在朝向聚光器的一侧开口，集热罩的开口上连接透光盖，该透光盖为透明材料制成；在集热罩内部设置有吸热构件。

3.根据权利要求1所述的太阳能热交换器，其特征在于所述聚光器由改变太阳光路径的反射部和集束从反射部反射的太阳光的集束部构成，反射部由弧形的支持面板和由安装于支持面板的凹镜组成的球面反射镜；集束部由与球面反射镜对向安装，通过折射将太阳光集束到一个焦点的聚光镜和用于固定聚光镜的固定棒组成。

4.一种供暖装置，其特征在于该供暖装置包括权利要求1-3任一所述的太阳能热交换器，同时还包括用于贮存供暖用水的蓄热器；在蓄热器内部安装有与供暖用水进行热交换的热交换线圈，该热交换线圈的进出口分别通过相应的循环管道连接太阳能热交换器的热交换槽的流出管和流入管，在循环管道上设置有膨胀罐和压力计；蓄热器底部设置有供暖用给水管，顶部设置有供暖用出水管，供暖用给水管和供暖用出水管均与室内的供暖管道连接。

5.根据权利要求4所述的供暖装置，其特征在于，在蓄热器内部的上方还设置有热水用热交换线圈，热水用热交换线圈的进出口分别连接热水用给水管和热水用出水管。