CN108317752A - 一种集热效率高的太阳能集热器 - Google Patents

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CN108317752A CN201810139395.1A CN201810139395A CN108317752A CN 108317752 A CN108317752 A CN 108317752A CN 201810139395 A CN201810139395 A CN 201810139395A CN 108317752 A CN108317752 A CN 108317752A
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董嘉
赵亮
刘文文
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Abstract

本发明公开了一种太阳能集热器，其特征在于，所述太阳能集热器包括框架以及设置在所述框架内的多根并排平行排列的太阳能真空集热管，所述框架包括顶板、底板以及两侧的侧板，在所述顶板与底板上设置有相对应的用于穿过所述太阳能真空集热管的插孔，在每一个所述插孔内设置有与所述太阳能真空集热管相配合的套垫。

Description

一种集热效率高的太阳能集热器
技术领域
本发明涉及太阳能领域，具体涉及一种集热效率高的太阳能集热器。
背景技术
由于油价不稳定和气候变化协议的限制等，新的可再生能源的重要性变大。可再生能源包括太阳热、太阳光、生物质能、风力、小水电、地热、海洋能和废弃物能源等，而新能源包括燃料电池、液化煤炭、气化煤炭和氢能。问题是，从新的可再生能源、特别是太阳光发电的成本未达到等于利用化石燃料的传统火力发电的成本的电网平价。但是，随着技术的发展进步，从新的可再生能源中的太阳热发电的太阳热发电在发电成本上持续降低，而在发电效率正在逐渐提高。
把太阳能转换成热能主要依靠集热器。目前太阳能集热器主要有真空管集 热器、热管集热器和真空平板集热器三种。
现有的家用太阳能热水器的太阳能集热器，依靠水在真空集热管中流动的过程中吸收热量，由于真空集热管为圆柱状结构，其各个面的太阳能照射不均匀，因此，造成在其内流动的介质水的受热不均匀，导致最终存储到热水箱中的水温度不均匀，存在部分温度不够的较凉水，因此，容易造成热水温度达不到要求，且在冬季，环境温度比较低，在北方普遍环境温度在零度以下，由于太阳能集热器的真空集热管均设置在室外，则真空集热管容易冻裂，造成水流失且变为冰，进一步加剧冻裂，造成恶性循环，因此，现有的太阳能集热器存在冻裂的风险，安全性比较低。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决太阳能集热器的真空集热管集热不均匀，且冬季容易冻裂的技术缺陷，提供一种集热效率高的太阳能集热器，以满足人们日益增长的对美好生活的期望。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种太阳能集热器，其特征在于，所述太阳能集热器包括框架以及设置在所述框架内的多根并排平行排列的太阳能真空集热管，所述框架包括顶板、底板以及两侧的侧板，在所述顶板与底板上设置有相对应的用于穿过所述太阳能真空集热管的插孔，在每一个所述插孔内设置有与所述太阳能真空集热管相配合的套垫；
每一根所述太阳能真空集热管包括外玻璃管以及内金属管，在所述外玻璃管与所述内金属管之间形成真空夹层，所述外玻璃管的两端熔封焊接在所述内金属管的两端侧壁上，每一根所述太阳能真空集热管的入口位于下端，出口位于上端，在所述内金属管的外壁上设置有多个圆环形凹槽，所述多个圆环形凹槽在沿着所述内金属管的轴线方向上呈非等间距排列，所述多个圆环形凹槽的间距沿着所述内金属管的轴线方向从所述太阳能真空集热管的入口到出口方向上先逐渐变小后逐渐变大；
在每一个所述圆环形凹槽的内部设置有一根空气环，每一根所述空气环在背阳侧设置有空气入口，多根所述空气环分别通过所述空气入口与一根空气母管相连通，所述空气母管连接在每一根所述空气环的中间位置，在每一根空气环的紧贴所述内金属管的一侧设置有多个空气出口，所述空气出口在所述空气环上等间距排列，在每一个所述圆环形凹槽的凹槽内设置有多个分别与所述每一个空气出口对应的凹口，所述空气出口与所述凹口一一对应设置，并在每一个空气出口与凹口的对应通道内设置有空气喷嘴，所述空气喷嘴一端连接所述空气环的空气出口，另一端插入所述内金属管内；
所述空气母管与所述太阳能真空集热管的走向一致且平行，所述空气母管的进口位于下端，所述空气母管的上端封闭，在所述空气母管的进口设置有加热器，冷空气通过所述加热器变为热空气后进入所述进口，并沿着所述空气母管分配给每一根所述空气环。
优选的，所述空气喷嘴为渐缩喷嘴，所述空气喷嘴连接所述空气出口的一端的横截面积大于插入内金属管一端的横截面积。
优选的，每一根所述空气环为未封闭的圆环形，其关于所述空气母管呈对称。
优选的，所述加热器为电加热器，所述电加热器内设置电加热丝。
优选的，所述太阳能集热器用于太阳能热水器中，还包括冷水箱、热水箱以及支架，所述太阳能集热器的框架设置在所述支架上，所述冷水箱位于所述支架的下端，所述热水箱位于所述支架的上端，所述太阳能集热器的太阳能真空集热管的入口连接所述冷水箱，所述太阳能真空集热管的出口连接所述热水箱。
有益效果在于：
（1）在每一根太阳能集热管的内金属管上设置空气环，通过所述空气环通入所述热空气，所述热空气通入所述内金属管内，一方面能够加热所述内金属管内的介质水，另一方面，通过热空气的喷入，增加其内介质水的扰动，使其混合均匀，进而使其受热均匀，温度均匀；
（2）在每一根太阳能集热管的内金属管上设置空气环，其内通入热空气，其无形之中相当于在所述内金属管的外壁设置了一圈圈的加热圈，在冬季，由于该加热圈的存在，能够一定程度上防止真空集热管的冻裂，提高了其安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的太阳能集热器的结构示意图；
图2是本发明的任一太阳能真空集热管的结构示意图；
图3是本发明的空气母管与空气环的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
参见图1-图3所示，本发明提供的一种太阳能集热器，其特征在于，所述太阳能集热器包括框架1以及设置在所述框架1内的多根并排平行排列的太阳能真空集热管2，所述框架1包括顶板3、底板4以及两侧的侧板5，在所述顶板3与底板4上设置有相对应的用于穿过所述太阳能真空集热管2的插孔6，在每一个所述插孔6内设置有与所述太阳能真空集热管2相配合的套垫（图中未示出）；
每一根所述太阳能真空集热管2包括外玻璃管7以及内金属管8，在所述外玻璃管7与所述内金属管8之间形成真空夹层9，所述外玻璃管7的两端熔封焊接在所述内金属管8的两端侧壁上，每一根所述太阳能真空集热管2的入口位于下端，出口位于上端，在所述内金属管8的外壁上设置有多个圆环形凹槽10，所述多个圆环形凹槽10在沿着所述内金属管8的轴线方向上呈非等间距排列，所述多个圆环形凹槽10的间距沿着所述内金属管8的轴线方向从所述太阳能真空集热管2的入口到出口方向上先逐渐变小后逐渐变大；
在每一个所述圆环形凹槽10的内部设置有一根空气环11，每一根所述空气环11在背阳侧设置有空气入口，多根所述空气环分别通过所述空气入口与一根空气母管12相连通，所述空气母管12连接在每一根所述空气环的中间位置，在每一根空气环的紧贴所述内金属管8的一侧设置有多个空气出口13，所述空气出口13在所述空气环11上等间距排列，在每一个所述圆环形凹槽10的凹槽内设置有多个分别与所述每一个空气出口对应的凹口（未示出），所述空气出口13与所述凹口一一对应设置，并在每一个空气出口与凹口的对应通道内设置有空气喷嘴（未示出），所述空气喷嘴一端连接所述空气环的空气出口13，另一端插入所述内金属管8内；
所述空气母管12与所述太阳能真空集热管2的走向一致且平行，所述空气母管12的进口位于下端，所述空气母管12的上端封闭，在所述空气母管的进口设置有加热器14，冷空气通过所述加热器14变为热空气后进入所述进口，并沿着所述空气母管12分配给每一根所述空气环11。
优选的，所述空气喷嘴为渐缩喷嘴，所述空气喷嘴连接所述空气出口的一端的横截面积大于插入内金属管一端的横截面积。
优选的，每一根所述空气环11为未封闭的圆环形，其关于所述空气母管呈对称。
优选的，所述加热器14为电加热器，所述电加热器内设置电加热丝。
优选的，所述太阳能集热器用于太阳能热水器中，还包括冷水箱、热水箱以及支架，所述太阳能集热器的框架设置在所述支架上，所述冷水箱位于所述支架的下端，所述热水箱位于所述支架的上端，所述太阳能集热器的太阳能真空集热管的入口连接所述冷水箱，所述太阳能真空集热管的出口连接所述热水箱。
具体工作过程：在启动时，所述冷水从所述冷水箱泵入每一根所述太阳能真空集热管中，其在所述太阳能真空集热管中自下向上流动，在流动的过程中不断吸收太阳能热量，其温度不断升高；同时，所述电加热器启动，冷空气通过进口在被泵入所述空气母管的过程中被电加热器加热，加热后的热空气沿着所述空气母管自下向上流动，并平均分配到每一根空气环中的空气入口中，热空气进入空气入口后，沿着所述空气环流动，并最终通过所述空气出口以及空气喷嘴不断的喷入所述内金属管内，不断的加热以及扰动所述内金属管内的介质水，提高其温度以及受热均匀性。
有益效果在于：
（1）在每一根太阳能集热管的内金属管上设置空气环，通过所述空气环通入所述热空气，所述热空气通入所述内金属管内，一方面能够加热所述内金属管内的介质水，另一方面，通过热空气的喷入，增加其内介质水的扰动，使其混合均匀，进而使其受热均匀，温度均匀；
（2）在每一根太阳能集热管的内金属管上设置空气环，其内通入热空气，其无形之中相当于在所述内金属管的外壁设置了一圈圈的加热圈，在冬季，由于该加热圈的存在，能够一定程度上防止真空集热管的冻裂，提高了其安全性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种太阳能集热器，其特征在于，所述太阳能集热器包括框架以及设置在所述框架内的多根并排平行排列的太阳能真空集热管，所述框架包括顶板、底板以及两侧的侧板，在所述顶板与底板上设置有相对应的用于穿过所述太阳能真空集热管的插孔，在每一个所述插孔内设置有与所述太阳能真空集热管相配合的套垫；
每一根所述太阳能真空集热管包括外玻璃管以及内金属管，在所述外玻璃管与所述内金属管之间形成真空夹层，所述外玻璃管的两端熔封焊接在所述内金属管的两端侧壁上，每一根所述太阳能真空集热管的入口位于下端，出口位于上端，在所述内金属管的外壁上设置有多个圆环形凹槽，所述多个圆环形凹槽在沿着所述内金属管的轴线方向上呈非等间距排列，所述多个圆环形凹槽的间距沿着所述内金属管的轴线方向从所述太阳能真空集热管的入口到出口方向上先逐渐变小后逐渐变大；
在每一个所述圆环形凹槽的内部设置有一根空气环，每一根所述空气环在背阳侧设置有空气入口，多根所述空气环分别通过所述空气入口与一根空气母管相连通，所述空气母管连接在每一根所述空气环的中间位置，在每一根空气环的紧贴所述内金属管的一侧设置有多个空气出口，所述空气出口在所述空气环上等间距排列，在每一个所述圆环形凹槽的凹槽内设置有多个分别与所述每一个空气出口对应的凹口，所述空气出口与所述凹口一一对应设置，并在每一个空气出口与缺口的对应通道内设置有空气喷嘴，所述空气喷嘴一端连接所述空气环的空气出口，另一端插入所述内金属管内；
所述空气母管与所述太阳能真空集热管的走向一致且平行，所述空气母管的进口位于下端，所述空气母管的上端封闭，在所述空气母管的进口设置有加热器，冷空气通过所述加热器变为热空气后进入所述进口，并沿着所述空气母管分配给每一根所述空气环。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热器，所述空气喷嘴为渐缩喷嘴，所述空气喷嘴连接所述空气出口的一端的横截面积大于插入内金属管一端的横截面积。
3.根据权利要求1所述的太阳能集热器，每一根所述空气环为未封闭的圆环形，其关于所述空气主管呈对称。
4.根据权利要求1所述的太阳能集热器，所述加热器为电加热器，所述电加热器内设置电加热丝。
5.一种太阳能热水器，其采用根据权利要求1-4任一项所述的太阳能集热器，所述太阳能集热器用于太阳能热水器中，还包括冷水箱、热水箱以及支架，所述太阳能集热器的框架设置在所述支架上，所述冷水箱位于所述支架的下端，所述热水箱位于所述支架的上端，所述太阳能集热器的太阳能真空集热管的入口连接所述冷水箱，所述太阳能真空集热管的出口连接所述热水箱。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1882448A (zh) * 2003-11-20 2006-12-20 奥弗·达冈 太阳能热水器
EP2123992A2 (en) * 2008-05-21 2009-11-25 Hidetsugu Nishihara Solar energy absorber
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KR20150033791A (ko) * 2013-09-24 2015-04-02 이일성 공기,물 복합식 태양열 온수 시스템

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