CN109642753A - 用于太阳能加热的板式热交换器 - Google Patents

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Abstract

用于太阳能加热的板式热交换器(1,1')包括在入口(5)与出口(6)之间延伸以用于引导热传递流体的多个通道(4)。多个通道(4)限定在第一板(2)与第二板(3)之间，第一板和第二板(2,3)由不锈钢形成。如在对应于第一板和第二板(2,3)的主要表面延伸部的平面A中所见，多个通道(4)中的每一个在入口(5)与出口(6)之间具有单弯曲延伸部。多个通道(4)中的每一个沿着它的纵向延伸部的至少一部分具有三角形或倒角的三角形截面或平行四边形或倒角的平行四边形截面。两个相邻通道(4)的侧壁(10)限定对应于或小于100度且更优选地小于90度的角度α。

Description

用于太阳能加热的板式热交换器
技术领域
本发明涉及用于太阳能加热的板式热交换器以及此板式热交换器连同太阳能反射器的使用。
背景技术
本领域中众所周知的是提供平面板太阳能收集器以用于加热水或其他流体。收集器在高太阳能辐射的区域中使用，且为了改进效率，可通过使用反射器将光线引导到收集器上。
从US 4 007 726已知太阳能收集器的一个示例。收集器包括具有中空内部的部件，该部件包括具有涂覆有吸热材料的外部平表面的面板。面板还包括从面板突出的多个锥体形反射器本体。反射器本体跨过面板的表面分布。锥体形反射器本体的外部表面朝面板的平表面反射入射到此的辐射。通过中空部件流通的流体也通过反射器本体的内部流通。虽然可保持现有领域的该件的解决方案以通过在多个反射器本体之间反射入射光线来提高功率效率，在没有开裂的情况下通过压制片状金属生产表面图案是很复杂的。同样，很困难的是控制从入口到出口的热传递流体的流动，以及还有使用全部可用的热传递表面。
EP 1 811 245 B1公开了太阳能收集器的另一示例，其中太阳能收集器由钎焊的板式热交换器形成，钎焊的板式热交换器具有上吸收器片和下片，上吸收器片具有选择性吸收涂层。一个或两个片设有压痕。两个片通过钎焊接合，从而界定一个或若干个通道。在一个通道的情况下，通道可为曲流形的。还公开了多个平行通道的示例。该类型的太阳能收集器在它的设计上或多或少对应于传统的单一流板式热交换器，且允许热传递流体的受控的通过量。然而，在使用入射光线的可用能量方面，效率是低的。
发明内容
本发明的目标在于解决上文提到的问题中的至少一些。
更准确地，目标在于提供太阳能收集器，其提供热传递流体的良好受控的吞吐量。另一方面是太阳能收集器的可用热传递区域应以受控的方式使用。又一目标是太阳能收集器应容易生产且还低成本。
根据第一方面，本发明涉及用于太阳能加热的板式热交换器，其包括入口和出口以及多个通道，该多个通道在入口与出口之间延伸以用于在入口与出口之间引导热传递流体，其中该多个通道限定在第一板与第二板之间，第一板和第二板由不锈钢形成；如在对应于第一板和第二板的主要表面延伸部的平面中所见，该多个通道中的每一个在入口与出口之间具有单弯曲延伸部；该多个通道中的每一个沿着它的纵向延伸部的至少一部分具有三角形或倒角的三角形截面或平行四边形或倒角的平行四边形截面；且两个相邻通道的侧壁限定对应于或小于100度且更优选地小于90度的角度。
意在使板式热交换器连同太阳能反射器使用，该太阳能反射器反射太阳光到板式热交换器的表面上。太阳能将因此加热流过入口与出口之间的通道的热传递流体。通过包括单弯曲延伸部的多个通道的板式热交换器，由热交换器的边界限定的可用区域可覆盖到大程度，同时还确保流体的大吞吐量。同样，将非常良好地控制流体流。试验示出，通过本发明，在每个通道的出口处所测量的流体温度将基本上相同，指示跨过所有通道的均匀效率。通过使两个相邻通道的侧壁限定对应于或小于100度且更优选地小于90度的角度，反射到板式热交换器上的光线将在遇到单弯曲通道的侧壁中的一个时由所述一个侧壁反射且然后碰到相对的侧壁。取决于光线的入射的角度，光将在通道的单弯曲延伸部内且沿着该单弯曲延伸部进一步反射。因此，光线的停留时间可增加，且因此光线与热传递流体之间的热传递可增加。作为又一优点，作为多个通道的效果，在压制期间没有材料开裂的情况下与使用锥体形图案时相比可减小板厚度。此外，板式热交换器的尺寸可比先前已知的板式热交换器制作得更小以与太阳能反射器一起使用。这将节省材料、成本和空间。
多个通道中的两个可具有相同的弧度或不同的弧度。
如在沿着延伸于入口与出口之间的对称线的第一侧所见的第一组通道和如在沿着对称线的第二侧所见的第二组通道可相对于彼此成镜像。该对称在使用板式热交换器时是有利的，因为安装可简化。
多个通道可布置成相对于入口发散且布置成相对于出口会聚。
单弯曲延伸部可包括第一直部分和第二直部分，各自合并到单弯曲部分中。第一直部分和第二直部分可具有相同的长度。这便于提供对称。
较远离入口与出口之间的对称线的通道的最大宽度可大于较接近于所述对称线的通道的最大宽度。从而可跨过所有通道提供均匀的流动分布和停留时间。
在多个通道中的每一个沿着它的纵向延伸部的至少一部分具有倒角的三角形截面或倒角的平行四边形截面的情况下，倒角可与对应于第一板和第二板的主要表面延伸部的平面平行地延伸。通道的倒角的截面有助于提供跨过所有通道的均匀流动分布，且因此均匀地使用全部的可用加热区域。倒角还便于压制。
第一板和/或第二板的通道可通过深拉平片坯段形成，且深拉可进行到如此程度，使得如跨过由在对称线的相对侧的最外部通道的最外部边界线界定的区域测量的表面扩大与未压制的平片坯段相比为至少120%。表面扩大导致扩大的可用热传递区域，其可提高热交换器的效率。
如在横向于对应于第一板和第二板的主要表面延伸部的平面的方向上所见且如平行于在入口和出口的中心之间延伸的假想线所见，多个通道中的每一个沿着它在入口与出口之间的纵向延伸部还可具有单弯曲延伸部，且每个通道可在其纵向延伸部的中间具有最大深度。因此，压制的区域作为整体将稍微地穹起。该轮廓已示出提供热传递区域的表面扩大，其导致所有通道之间的均匀流动分布，且其还便于压制。
第一板和第二板可相同，或备选地多个通道可布置在第一板中而第二板是平的。
至少第一板可通过使用涂料或通过使用表面改性变黑。
板式热交换器可通过钎焊、焊接、结合或粘合持久地接合。
根据另一方面，本发明涉及如上文描述的板式热交换器连同太阳能反射器的使用。
本发明的适用性的另外范围将从下文给出的详细描述变得显而易见。然而，应理解的是，详细描述和具体示例(尽管指示本发明的优选实施例)仅通过说明给出，因为在本发明的范围内的各种改变和修改对本领域技术人员将从该详细描述变得显而易见。
因此，应理解的是，该发明不限于所描述的装置的特定构件部分或所描述的方法的步骤，因为此装置和方法可变化。还应理解的是，本文中使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，且不意在限制。必须注意的是，如在说明书和所附权利要求书中使用的那样，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意在意味着存在元件中的一个或多个，除非上下文另外清楚地指定。因此，例如，对“一个单元”或“该单元”的参考可包括若干个装置等。此外，词语“包括了”、“包括”、“包含”以及类似的词语不排除其他的元件或步骤。
附图说明
现在将参照示出本发明的实施例的所附附图更详细地描述本发明的这些和其他方面。附图提供成示出本发明的实施例的大体结构。相似的参考标号指的是各处的相似元件。
图1a和图1b示意性地公开发明的板式热交换器的第一实施例。
图2公开发明的板式热交换器的第一实施例的截面II-II。
图3a和图3b示意性地公开发明的板式热交换器的第二实施例。
图4公开发明的板式热交换器的第二实施例的截面III-III。
图5示意性地公开发明的热交换器的第三实施例。
图6a公开发明的板式热交换器的第三实施例的截面IV-IV。
图6b公开发明的板式热交换器的第三实施例的截面V-V。
图7高度示意性地公开与到来的光线相互作用的多个通道。
图8高度示意性地公开基本的热传递区域。
具体实施方式
现在将参照附随的附图在下文更充分地描述本发明，在附图中示出本发明的目前优选的实施例。然而，该发明可以以许多不同的形式体现，且不应解释为限于本文中阐述的实施例；相反地，这些实施例提供成用于透彻性和完整性，且将本发明的范围充分地传达给技术人员。
以图1a和图1b开始，公开了板式热交换器1的第一实施例的大体设计。
板式热交换器1包括上部第一板2和下部第二板3，两者均由片状金属制成。第一板2设有包括多个通道4的压制的图案，且第二板3是平的。第一板2中的多个通道4由基本上平的周向边沿11包绕。
例如，材料可为不锈钢。然而，应理解的是，可使用其他材料。两个板2, 3公开为方形的，然而其他几何形状是可能的，诸如，长方形、椭圆形或圆形。
第一板2设有多个通道4以用于在公共入口5与公共出口6之间引导热传递流体。入口5和出口6设有配件7，该配件7钎焊或焊接至第一板2。配件7在垂直于平面A的方向上延伸，平面A对应于第一板和第二板2,3的主要表面延伸部。多个通道4布置成相对于公共入口5发散，且布置成相对于公共出口6会聚。
对称线SL与在入口5和出口6的中心之间延伸的假想线重合。第一组通道4a沿着对称线SL布置在第一侧，且第二组通道4b沿着对称线SL布置在第二侧。两组通道4a, 4b相对于彼此成镜像。
如在平面A中所见，多个通道4中的每一个在入口5与出口6之间具有单弯曲延伸部。单弯曲延伸部具有第一直部分L1和第二直部分L3，每一个合并到单弯曲部分L2中。在公开的实施例中，第一直部分L1和第二直部分L3具有相同的长度。然而，应理解的是，直部分L1, L3可具有不同的长度。在公开的实施例中，多个通道的弧度具有不同的弧度。然而，应理解的是，它们可具有相同的弧度。
现在转到图2，单个通道的宽度w沿着它在入口5与出口6之间的延伸部不同。在该应用的上下文中，宽度w在两个相邻通道4之间形成的两个谷部8的中心点之间横向于通道4的纵向延伸部测量。在公开的实施例中，通道4沿着中间部分(即，沿着中心部分L2)最宽，而朝它的相应入口/出口5, 6变窄。
同样，多个通道的宽度w不同。较远离对称线SL的通道4的最大宽度w2大于较接近于对称线的通道4的最大宽度w1。
多个通道4中的每一个沿着它的纵向延伸部的至少一部分具有倒角的三角形截面。倒角9的宽度x沿着各个通道的纵向延伸部变化。较远离对称线SL的倒角9的最大宽度x2大于较接近于所述对称线SL的倒角的最大宽度x1。多个通道的倒角的表面布置成彼此同水平。
两个相邻通道4的侧壁10限定对应于或小于100度且更优选地小于90度的角度α。当第一板2布置在第二板3之上时，在两个相邻通道之间形成的每个谷部8的底部布置成与第二板3同水平。
第一板和第二板2,3持久地接合，优选地通过钎焊或焊接，例如激光焊接，其本身是技术人员众所周知的接合方法。还可使用粘接结合。第一板2布置在第二板3之上，其中多个通道4的谷部8和边沿11邻接平的第二片3。当该布置经受加热时，两个面板2, 3将持久地接合且形成多个不透流体的通道4。接合将沿着邻接的接触表面(即，沿着谷部8且沿着边沿11)发生。在激光焊接或粘接结合的情况下，可有利的是增加沿着谷部8的接触表面(通过稍微地压扁其)。
配件7可同时或在单独的步骤中安装。
现在转到图3a、图3b和图4，公开了板式热交换器1'的第二实施例。该实施例不同于第一实施例，其中第一板和第二板2,3(即，上板和下板)是相同的。作为其结果，多个通道4将具有倒角的平行四边形截面，而不是具有倒角的三角形截面，见图4。在其中流体和/或板式热交换器自身的温度变高的应用中，板的对称构造尤其有利。在该实施例中，板式热交换器在三个方向上(即，与连接成直线、与所述线成90度以及在与板2和3成90度的方向上)对称。由于对称的图案和构造，板可具有对由高温引起的热疲劳的高抗性。
现在转到图5，公开了板式热交换器1''的第三实施例。第一板2设有多个通道4以用于在公共入口5与公共出口6之间引导热传递流体。第二板3被公开为平的，但应理解的是第二板可与第一板2相同。
如图6a中示出的那样，该实施例中的通道4各自具有如横向于通道4的纵向延伸部所见的三角形截面。
单个通道的宽度w沿着它在入口5与出口6之间的延伸部不同。在公开的实施例中，通道4沿着中间部分最宽，而朝它相应的入口/出口5, 6变窄。
如图6b中示出的那样，多个通道中的每一个沿着它在入口5与出口6之间的纵向延伸部具有如在横向于平面A的方向上所见的单弯曲延伸部。单弯曲延伸部给每个通道4在其纵向延伸部的中间提供最大深度y。弧度被高度夸大。同样，如在该方向上所见，每个通道4优选地具有相同的单弯曲延伸部，这意味着如横向于多个通道的纵向延伸部所见，每个通道4的最高点优选地彼此同水平。
现在转到图7，将论述彼此相邻布置的多个单弯曲通道4的效果。通过限定对应于或小于100度且更优选地小于90度的角度α的两个相邻通道4的侧壁10，来自反射器13的入射光线RoL可由第一侧壁10a朝相对的第二侧壁10b反射，该第二侧壁10b继而将其往回朝第一侧壁10a反射。取决于入射的弧度和角度，该反复的反射可改进在涉及的两个通道4内部的热传递流体与光线RoL之间的能量交换。应理解的是，板式热交换器1, 1', 1''或反射器(未公开)可布置成角度可调，以优化到来的光的捕获。
现在转到图8，不论实施例，优选的是，第一板和/或第二板2的通道4通过深拉形成。优选的是，深拉可进行到如此程度，使得如跨过由在对称线SL的相对两侧的最外部通道40的最外部边界线BL界定的区域测量的表面扩大与未压制的平片坯段(未公开)相比为至少120%。在板式热交换器的操作期间对应于基本热传递表面的区域在图8中以灰度(gray-scale)示出。
热传递流体的非限制性示例为水或导热油。
为了改进吸热，第一板2的外部表面12可至少部分地设有黑色涂料。黑色涂料优选地用于具有低于200℃的温度的应用。对于高于200℃的温度(其通常是在使用导热油时的情况)，涂料可由表面改性替换。例如，表面改性可通过激光加工来提供，激光加工导致表面图案(诸如锥体形)反射朝表面的光。表面改性可在压制之前或之后进行。
两个板2, 3的持久接合可通过钎焊或焊接(例如，激光焊接)来进行。铜钎焊可用于低于225℃的应用，225℃为由抗蠕变性引起的对于铜钎焊的极限。对于较高温度的应用，板材料可为不锈钢或高温不锈钢。钎焊可通过使用镍基钎焊填充、铁基钎焊填充或熔点抑制剂来执行。钎焊填充或熔点抑制剂可通过板之间的接触表面的丝网印刷或滚压来施加。作为又一备选方案，中间平板(未公开)可用结合材料丝网印刷且布置在第一板和第二板2,3之间。不用说，此中间平板必须设有用于流体流的开口。同样，此中间平板还将起机械强化的作用。
在公开的实施例中，多个通道4覆盖方形区域。优选的是，区域具有对应于来自反射器的投射区域的几何形状。通过投射区域意指反射器布置到其上以使到来的光线反射到板式热交换器上的区域。其他几何形状的示例为圆形、椭圆形或长方形。作为非限制性示例，方形板式热交换器可具有如沿着30x30cm的外周测量的尺寸。
对公开的实施例的变型可由技术人员在实施提出的发明时从对附图、公开内容和所附权利要求书的研究来理解和实现。

Claims (14)

1. 用于太阳能加热的板式热交换器(1, 1')，其包括入口(5)和出口(6)以及多个通道(4)，所述多个通道(4)在所述入口(5)与所述出口(6)之间延伸以用于在所述入口(5)与所述出口(6)之间引导热传递流体，其中
所述多个通道(4)限定在第一板(2)与第二板(3)之间，所述第一板和第二板(2,3)由不锈钢形成，
如在对应于所述第一板和第二板(2,3)的主要表面延伸部的平面A中所见，所述多个通道(4)中的每一个在所述入口(5)与所述出口(6)之间具有单弯曲延伸部，
所述多个通道(4)中的每一个沿着它的纵向延伸部的至少一部分具有三角形或倒角的三角形截面或平行四边形或倒角的平行四边形截面，且
两个相邻通道(4)的侧壁(10)限定对应于或小于100度且更优选地小于90度的角度α。
2.根据权利要求1所述的板式热交换器，其特征在于，所述多个通道(4)中的两个具有相同的弧度或不同的弧度。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的板式热交换器，其特征在于，如在沿着延伸于所述入口(5)与所述出口(6)之间的对称线(SL)的第一侧所见的第一组通道(4a)和如在沿着所述对称线的第二侧所见的第二组通道(4b)相对于彼此成镜像。
4.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述多个通道(4)布置成相对于所述入口(5)发散且布置成相对于所述出口(6)会聚。
5.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述单弯曲延伸部包括第一直部分(L1)和第二直部分(L3)，各自合并到单弯曲部分(L2)中。
6.根据权利要求5所述的板式热交换器，其特征在于，所述第一直部分(L1)和所述第二直部分(L3)具有相同的长度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，较远离所述入口(5)与所述出口(6)之间的所述对称线(SL)的通道(4)的最大宽度(w2)大于较接近于所述对称线的通道(4)的最大宽度(w1)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，在所述多个通道(4)中的每一个沿着它的纵向延伸部的至少一部分具有倒角的三角形截面或倒角的平行四边形截面的情况下，其中，倒角(9)与对应于所述第一板和第二板(2,3)的主要表面延伸部的所述平面平行地延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述第一板(2)和/或所述第二板(3)的通道(4)通过深拉平片坯段形成，且其中所述深拉可进行到如此程度，使得如跨过由在所述对称线(SL)的相对两侧的最外部通道(4)的最外部边界线(BL)界定的区域测量的表面扩大与未压制的平片坯段相比为至少120%。
10.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，如在横向于对应于所述第一板和第二板(2,3)的主要表面延伸部的所述平面(A)的方向上所见且如平行于在所述入口(5)和所述出口(6)的中心之间延伸的假想线所见，所述多个通道(4)中的每一个沿着它在所述入口与所述出口之间的纵向延伸部还具有单弯曲延伸部，且其中每个通道(4)在其纵向延伸部的中间具有最大深度(y)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述第一板(2)和所述第二板(3)是相同的，或其中所述多个通道(4)布置在所述第一板(2)中且其中所述第二板(3)是平的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，至少所述第一板(2)通过使用涂料或通过使用表面改性变黑。
13.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述板式热交换器通过钎焊、焊接、结合或粘合持久地接合。
14.根据权利要求1至权利要求13中任一项所述的板式热交换器连同太阳能反射器(13)的使用。
CN201780052996.2A 2016-08-30 2017-08-24 用于太阳能加热的板式热交换器 Active CN109642753B (zh)

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