CN108387011A - 一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器，包括箱体、集热板、折流板、透明盖板、保温层、风机、温度传感器和控制器；箱体为密封的长方体箱形结构，四周裙板和底板上嵌装有保温层，顶部用透明盖板密封，在底板的保温层上面装有集热板；箱体内沿空气流动方向垂直交错均匀布置有数个折流板，折流板与集热板和透明盖板间均为密封连接；集热板包括吸热板和太阳能电池板；在箱体的一端开有空气入口，并安装有风机；在另一端开有空气出口，并安装有温度传感器；控制器、风机、温度传感器和太阳能电池板组成一个控制系统。本发明可广泛应用在辅助供暖、农副产品干燥、除湿剂再生、海水淡化等领域。

Description

一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，特别涉及一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器。

背景技术

在人类社会飞速发展的今天，石油、天然气、煤炭等不可再生资源频频告急，且这种化石能源利用中和利用后的生态破坏和高污排放是产生“温室效应”等极端天气以及损害人类身体健康的重要原因。现阶段，提倡节能减排，倡导绿色经济已成为全民行动。因此，太阳能、风能等绿色可再生能源的推广应用日渐成为研究的主要方向之一。考虑到便利性、可操作性和使用成本等因素，太阳能的广泛应用是实现建筑节能的一项理想选择。

太阳能空气集热器是一种常用的太阳能利用装置，它具有结构简单可靠，安装维护方便，由于采用空气介质，因此无泄漏、堵塞、防冻等问题，因此被广泛应用于辅助供暖、农副产品干燥、除湿剂再生、海水淡化等领域。

传统的太阳能空气集热器通常有两种通风方式，自然通风方式和机械通风方式。采用自然通风方式的弊端是：通风靠热压驱动，通风量小、不稳定，且出口温度不可控；而采用机械通风方式，虽然风量可控，但依赖外部能源驱动，不能脱网独立运行，给室外应用带来不便。

发明内容

本发明的目的主要是针对传统的太阳能空气集热器进行设计优化，提出一种与传统机械通风或者自然通风型相区别的自驱动机械通风型太阳能空气集热器。该集热器既能满足大流量的要求，同时又不需要消耗额外电能，并且根据需要能够对出口空气自动进行温度和流量调节。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器，包括箱体、集热板、折流板、透明盖板、保温层、风机、温度传感器和控制器；所述箱体为密封的长方体箱形结构，所述箱体内的四周裙板和底板上嵌装有保温层；所述箱体顶部用所述透明盖板密封；在底板的保温层上面装有集热板，所述箱体内沿空气流动方向垂直交错均匀布置有数个折流板，所述折流板与集热板和透明盖板间均为密封连接；所述集热板包括吸热板和太阳能电池板；在所述箱体的一端面的一侧开有空气入口，在空气入口处安装有风机；在所述箱体的另一端面的相反侧开有空气出口，在空气出口处安装有温度传感器；所述控制器、风机、温度传感器和太阳能电池板组成一个控制系统，所述太阳能电池板为控制系统提供电力，所述温度传感器用于检测空气出口处的温度信息，并将测得的温度信息传给所述控制器，所述控制器将接收的温度信息与已设定温度相比较，所得到的偏差经放大后，由所述控制器给所述风机发出控制指令，控制所述风机的转速，最终控制空气出口温度稳定在预设温度范围内。

根据一个实施例，所述太阳能电池板装置在空气入口处的保温层上，剩余保温层上装置吸热板。将所述太阳能电池板装置在空气出口处及附近的优点是，进入的冷流体能够起到冷却太阳能电池板的作用，从而提高发电效率。所述集热器的集热板是由吸热板和太阳能电池板两部分构成：太阳能电池板所发电能用于驱动风机，太阳能电池板还可以充当集热板使用，因其在吸收太阳辐射后温度升高，会通过对流作用向空气放热，使空气温度得到一定提升，与此同时太阳能电池板也得到了一定冷却，有利于提高发电效率；其余吸热板用于吸收太阳能热量。吸热板与太阳能电池板的面积比例根据流量、出口温度的要求进行匹配。

根据一个实施例，所述吸热板和折流板采用具有高吸收率表面涂层的非透光材料制作，以增加集热器的得热。

根据一个实施例，所述透明盖板采用双层玻璃板，或者双层有机玻璃板，或者双层PC板，以增加太阳辐射的透射量，同时减少集热器通过盖板向外散热。

根据一个实施例，所述保温层采用有机类保温材料，或者采用无机类保温材料，保温层厚度为30～50mm。

根据一个实施例，所述温度传感器采用铠装热电偶，其作用是将出口空气温度实时反馈给控制器。

本发明的工作流程为：在太阳辐射下，太阳能电池板将辐射能转化为电能带动风机旋转，使空气流通过空气入口进入集热器，当空气流经集热器内部时，因折流板的阻拦作用而形成蛇形流动，增加了空气在集热器内部的驻留时间。空气因与集热板的对流换热作用，温度得到一定程度提升，继而从空气出口流出。在出口处设置的温度传感器对集热器的出口空气温度进行实时采集，并将检测数据传送给控制器。控制器根据设定温度范围，通过自动控制风机转速，进而改变通过集热器的空气流量，最终达到所需要的出口温度。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器，与现有技术相比具有这样的有益效果：

传统的机械通风型太阳能空气集热器需要依靠外界能量供给才能工作，而自然通风型空气集热器通常流量较小且不可控。本发明另辟蹊径地提出一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器，即利用太阳能电池板吸收的太阳能转化为电能驱动风扇，将空气鼓入集热器内部，其运行不再依靠外界能量供给，在室外场合做实验或应用的时候不需要额外电源，方便使用。且相比较于自然通风具有空气流量大且流量可控的优点。同时加入一个温度控制系统，实现出口温度的自动调节。

本发明提出的自驱动机械通风型太阳能空气集热器结合了普通吸热板与太阳能电池板，实现了太阳能空气集热器的自驱动运行和温度可控，在大多数日照充足的地区均可使用。可广泛应用在辅助供暖、农副产品干燥、除湿剂再生、海水淡化等领域。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的温度控制框图；

图3是本发明的局部剖面图。

附图符号说明：1.空气入口，2.空气出口，3.太阳能电池板，4.透明盖板，5.折流板，6.吸热板，7.箱体，8.风机，9.控制器，10.温度传感器，11.保温层。

具体实施方式

下面根据附图和典型实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明的一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器，如图1所示，所述集热器包括箱体7、集热板、折流板5、透明盖板4、保温层11、风机8、温度传感器10和控制器9；所述箱体7为密封的长方体箱形结构，其外部的长×宽×高尺寸为2m×1m×0.12m，采用铝合金或角钢制作，内衬薄钢板，使用焊接方式实现密封。使用时集热器与水平面呈一定角度，最优角度大小与地理纬度相关，一般在地理纬度的基础上加10°。

如图3所示，所述箱体7内的四周裙板和底板上嵌装有保温11层；所述保温层11采用有机类保温材料，也可以采用无机类保温材料，比如聚苯乙烯、岩棉、玻璃纤维、酚醛泡沫或聚氨酯泡沫板等，保温层厚度为30～50mm，制作时将保温材料嵌入到除透明盖板4外的箱体7的结构框架中。

所述箱体7顶部用所述透明盖板4密封；所述透明盖板4采用双层玻璃板，或者双层有机玻璃板，或者双层PC板，以增加太阳辐射的透射量，同时减少集热器通过透明盖板4向外散热。

在箱体7底板的保温层4上面装有集热板，所述箱体7内沿空气流动方向垂直交错均匀布置有数个折流板5，一般取3～5个，所述折流板5与集热板和透明盖板4间均为密封连接；其作用是当空气流经所述集热器内部时，因折流板5的阻拦作用而形成蛇形流动，这样可以增加空气在所述集热器内部的驻留时间。所述集热板包括吸热板6和太阳能电池板3；在箱体7的一端面的一侧开有空气入口1，在空气入口1处安装有风机8；所述太阳能电池板3装置在空气入口1处的保温层上，剩余保温层上装置吸热板6；所述吸热板6和折流板5采用具有高吸收率表面涂层的非透光材料制作，比如表面涂层为黒铬，以增加集热器的得热。

在箱体7的另一端面的相反侧开有空气出口2，在空气出口2处安装有温度传感器10；所述温度传感器10采用铠装热电偶。

所述控制器9、风机8、温度传感器10和太阳能电池板3组成一个控制系统，如图2所示，所述太阳能电池板3为控制系统提供电力，所述温度传感器10用于检测空气出口2处的温度信息，并将测得的温度信息传给所述控制器9，所述控制器9将接收的温度信息与已设定温度相比较，所得到的偏差经放大后，由所述控制器9给所述风机8发出控制指令，控制所述风机8的转速，最终控制空气出口2的温度稳定在预设温度范围内。

所述集热器的工作流程为：太阳能电池板3吸收太阳辐射能，在温度升高的同时经过能量转换输出电能，输出电能用于驱动风机8旋转，风机8鼓动空气由空气入口1进入所述集热器内部，在所述集热器内部进入的空气在交错布置的折流板5的约束作用下，使空气经蛇行通道穿过所述集热器。与此同时，所述集热器内部的吸热板6吸收太阳辐射能温度升高，进入的空气与吸热板6以及太阳能电池板3进行热量交换，随后空气温度逐渐升高，从空气出口2流出。在空气出口2设置的温度传感器10，对所述集热器空气出口处的空气温度进行实时采集，并将检测数据传送给控制器9。控制器9根据设定的温度范围，自动控制风机8的转速，进而改变通过所述集热器的空气流量，达到所需要的出口温度。当所需要的出口空气温度较高时，温度传感器10将信号传送给控制器9，控制器9调节入口处风机8旋转速度来减少空气流量，使空气在所述集热器内部驻留时间增加，从而空气温度得以升高；同理，当所需要的出口空气温度较低时，控制器9调节风机8旋转速度来增加空气流量，减少空气在所述集热器内部的驻留时间，从而空气温度得以降低。

本发明的自驱动机械通风型太阳能空气集热器在白天日光照射下可正常运行，夜晚停止。

Claims (6)

1.一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器，其特征在于：所述集热器包括箱体、集热板、折流板、透明盖板、保温层、风机、温度传感器和控制器；所述箱体为密封的长方体箱形结构，所述箱体内的四周裙板和底板上嵌装有保温层；所述箱体顶部用所述透明盖板密封；在底板的保温层上面装有集热板，所述箱体内沿空气流动方向垂直交错均匀布置有数个折流板，所述折流板与集热板和透明盖板间均为密封连接；所述集热板包括吸热板和太阳能电池板；在所述箱体的一端面的一侧开有空气入口，在空气入口处安装有风机；在所述箱体的另一端面的相反侧开有空气出口，在空气出口处安装有温度传感器；所述控制器、风机、温度传感器和太阳能电池板组成一个控制系统，所述太阳能电池板为控制系统提供电力，所述温度传感器用于检测空气出口处的温度信息，并将测得的温度信息传给所述控制器，所述控制器将接收的温度信息与已设定温度相比较，所得到的偏差经放大后，由所述控制器给所述风机发出控制指令，控制所述风机的转速，最终控制空气出口温度稳定在预设温度范围内。

2.根据权利要求1所述的一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器，其特征在于：所述太阳能电池板装置在空气入口处的保温层上，剩余保温层上装置吸热板。

3.根据权利要求1所述的一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器，其特征在于：所述吸热板和折流板采用具有高吸收率表面涂层的非透光材料制作。

4.根据权利要求1所述的一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器，其特征在于：所述透明盖板采用双层玻璃板，或者双层有机玻璃板，或者双层PC板。

5.根据权利要求1所述的一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器，其特征在于：所述保温层采用有机类保温材料，或者采用无机类保温材料，保温层厚度为30～50mm。

6.根据权利要求1所述的一种自驱动机械通风型太阳能空气集热器，其特征在于：所述温度传感器采用铠装热电偶。