CN108224800A - 一种新型平板式太阳能集热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型的抗冻平板式太阳能集热器，由空气通道(或水流通道)(A)、套管式冷凝器(B)、回液管(C)、集热板蒸发器(D)以及相变工质集液管(E)组成。整个集热及放热过程如下：在集热板蒸发器(D)(由微通道板或翅片板组成)表面涂覆吸热涂层，通过其收集太阳能加热微通道(或翅片板)内相变工质，相变工质气化后进入套管式冷凝器(B)与空气通道(或者水流通道)(A)中来流热交换，实现太阳能转换。该种结构的平板式太阳能集热器可以提高太阳能吸热效率，强化传热过程以及减少流道(A)中的流阻，并通过采用相变工质，以及采用空气进行热输送，从而实现抗冻效果，进而可推广到高寒区域，实用区域更为广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型平板式太阳能集热器，属于太阳能利用技术领域。
背景技术
太阳能集热器是一种将太能辐射能转换为热能的设备，集热器是各种利用太阳能装置的核心部分。平板式太阳能集热器是太阳能热利用系统中应用非常广泛的一种集热器，其具有结构简单、运行可靠、承压耐用等优点，是太阳能建筑一体化建设的最佳选择之一。传统的平板太阳能集热器虽然吸热片与太阳能照射的吸热面积大，但是用于换热的吸热板与换热介质直接换热效率较低，热损失比较高(很多热量传递到周围环境中)，且传统的太阳能热水器很难在寒冷地区使用。针对以上的缺点，本发明采用一种新型结构，将传统的平板式集热器的直接换热过程，分成了太阳能热收集换热过程和热输送换热过程，且可以通过采用相变工质，以及采用空气进行热输送，从而实现防冻效果，解决了寒冷区域不能使用太阳能的问题，可将太阳能集热器推广到寒冷地区。
发明内容
本发明新型的平板式太阳能集热器，解决了传统太阳能集热器吸热板与换热介质的换热效率较低，热损失比较高的问题，同时采用本发明的平板式太阳能集热器可将太阳能热水器推广到寒冷地区。本发明的新型结构可以实现吸热过程与热输送过程的分离，避免了传统平板式集热器在强化换热过程中会伴随热损失提高的问题；本发明的新型结构可以提高对太阳能的吸收效率，强化传热及减小热输送过程中的流阻。
本发明通过以下技术方案实现：
一种新型平板式太阳能集热器，它由空气通道(或者水流通道)、套管式冷凝器、回液管、集热板蒸发器以及相变工质集液管组成，其特征在于：将通常的太阳能集热器直接换热分为两个传热过程，即通过集热板收集太阳辐射热能与相变工质进行换热的热收集过程，以及相变后的工质在套管式冷凝器中与空气通道(或水流通道)中的流体换热冷凝的热输送过程，然后经回液管流回相变工质集液管形成一个换热循环。即通过所述集热板蒸发器D中的相变工质，吸收太阳能气化，完成吸热过程，气化后的相变工作进入所述套管式冷凝器B，然后与所述空气通道或水流通道A中的流体换热冷凝，完成热输出过程，然后经所述回液管C流回所述相变工质集液管E形成一个换热循环。
相变工质可采用液氨、氟利昂等相变材料，先通过微通道板(或翅片板)吸收太阳能将相变工质气化完成集热过程，进入套管式冷凝器，与来流水或者空气换热冷凝完成热输送过程，然后经过回液管流回相变工质集液器，完成循环过程。
套管式冷凝器B结构可采用圆筒形结构或者半圆筒结构等。空气通道(或水流通道)A结构可采用内翅片外螺纹结构(空气)或内波外螺纹结构(水)，扭曲扁管(可适用于水或空气)等。回液管C结构可采用光滑圆管，其与套管式冷凝器B的接口位于套管式冷凝器B的最低点，另一端与相变工质集液管相连。集热板蒸发器可采用微通道板或翅片板，材质可用铝、铜、不锈钢等等。集热板蒸发器表面涂覆吸热介质，提高吸热效率。
针对太阳能吸收环节，集热板采用微通道铝板或者内翅片板，强化吸热过程。微通道板或翅片板中的液态相变工质液位低于回液管最高点。
针对热输送环节，若作为水流通道则采用内波外螺纹结构，若作为空气通道可采用内翅片外螺纹结构，强化换热过程。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明的优点在于：
1.高效换热：采用微通道板(或翅片板)吸收太阳能加热相变工质气化，实现集热过程，相对于传统的太阳能热水器的吸热管，具有更高的换热效率；热输送过程中，采用内波外螺纹、或内翅片外螺纹、或扭曲扁管等强化相变工质的冷凝换热，提高热输送过程中的换热效率，总体的换热效率较传统平板换热器高很多。
2.耐寒冷：采用液氨或者氟利昂等相变工质，以及可采用空气进行热输送，从而避免直接换热的结冰现象，避免了平板换热的损坏，从而可以将太阳能集热板推广到高寒区域。
3.结构紧凑，安装方便，成本降低：相对于传统的太阳能热水器，本发明的太阳能集热板结构更紧凑，吸热效率更高，便于安装，同时也可降低太阳能热水器等的整体成本。
4.流阻较低：相对于传统的直接换热太阳能热水器，流道结构复杂，流阻较大，本发明的流道简单，为单一内波外螺纹管(或内翅片外螺纹管)，可有效降低热输送过程中的流阻。
附图说明
图1是本发明的三维结构图。
图2是本发明的主视图。
图3是本发明的左视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。
本发明的新型结构可以实现太阳能集热过程与热输送过程的分离，避免了传统平板式集热器在强化换热过程中会伴随热损失提高的问题；本发明的新型结构可以提高对太阳能的吸收效率，强化传热及减小热输送过程中的流阻。
图1为本发明的三维结构图，由空气通道(或者水流通道)(A)、套管式冷凝器(B)、回液管(C)、集热板蒸发器(D)以及相变工质集液管(E)组成，其特征在于将通常的太阳能直接换热分为两个传热过程，即通过集热板蒸发器(D)中相变工质吸收太阳能气化，实现集热过程，然后相变工质(气态)进入套管式冷凝器(B)中，与空气通道或水流通道(A)中的水或者空气换热，实现热量输送过程，其中相变工质在套管式冷凝器(B)中冷凝成液体后，经回液管(C)流回相变工质集液管(E)形成一个换热循环。
图2为本发明的主视图。1为内波外螺纹水流管道(热输送管道)，2为采用圆筒形结构的套管式冷凝器，3为铝制微通道板，相变工质采用液氨，4和5为液氨的回液管，液氨在冷凝器中冷凝后经回液管流回集液管6中。液氨在铝制微通道板3中液位大约占80％～90％高，低于套管式冷凝器2的最低位置，通过铝制微通道板3中的液氨气化吸收太阳能热量，气化后的氨气进入套管式冷凝器2中，然后与水流管道1换热冷凝成液态，在重力作用下，经回液管4和5流回集液管6中，完成一个换热循环。
图3为本发明的左视图，7为回液管，8为回液管位置的剖面图。回液管与套管式冷凝器接口位于冷凝器最低端，平板式太阳能集热器倾角，可根据太阳能技术联盟标准布局设计，安装集热器采光面与水平面倾角为当地纬度±5°，但应不小于30°，本方案中采用的35°倾角。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，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，等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种新型平板式太阳能集热器，其特征在于：它由空气通道或者水流通道(A)、套管式冷凝器(B)、回液管(C)、集热板蒸发器(D)以及相变工质集液管(E)组成；将通常的太阳能直接换热分为两个传热过程，即吸热过程和热输出过程；通过所述集热板蒸发器(D)中的相变工质，吸收太阳能气化，完成吸热过程，气化后的相变工作进入所述套管式冷凝器(B)，然后与所述空气通道或水流通道(A)中的流体换热冷凝，完成热输出过程，然后经所述回液管(C)流回所述相变工质集液管(E)形成一个换热循环。
2.根据权利要求1所述的新型平板式太阳能集热器，其特征在于：所述回液管(C)与所述套管式冷凝器(B)接口位于冷凝器最低端，平板式太阳能集热器倾角不小于30°。
3.根据权利要求1所述的新型平板式太阳能集热器，其特征在于：采用相变工质集热，以及采用空气进行热输送，实现防冻效果，从而可向高寒地区推广应用。
4.根据权利要求1所述的新型平板太阳能集热器，其特征在于：所述空气通道(A)结构采用内翅片外螺纹结构或所述水流通道(A)采用内波外螺纹结构，所述空气通道或水流通道(A)为扭曲扁管。
5.根据权利要求1所述的新型平板太阳能集热器，其特征在于：所述套管式冷凝器(B)结构采用圆筒形结构或者半圆筒结构。
6.根据权利要求1所述的新型平板太阳能集热器，其特征在于：所述回液管(C)结构采用光滑圆管，其与所述套管式冷凝器(B)的接口位于套管式冷凝器(B)的最低点，另一端与相变工质集液管相连。
7.根据权利要求1所述的新型平板式太阳能集热器，其特征在于：所述集热板蒸发器(D)采用微通道板或翅片板。
8.根据权利要求7所述的新型平板式太阳能集热器，其特征在于：所述集热板蒸发器(D)，材质用铝、铜或不锈钢。
9.根据权利要求7所述的新型平板式太阳能集热器，其特征在于：所述集热板蒸发器(D)表面涂覆吸热介质，提高吸热效率。
10.根据权利要求7所述的新型平板式太阳能集热器，其特征在于：所述相变工质采用液氨、氟利昂，所述微通道板或翅片板中的液态相变工质液位低于回液管最高点。
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