CN110542220B - 整体大回环连接方式的微通道太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体大回环连接方式的微通道太阳能集热器，包括多个微通道太阳能集热板1，微通道太阳能集热板1内上中下位置并列设有三个相同的微通道太阳能集热器模块3，微通道太阳能集热器模块3包括微通道管束3.1，微通道管束3.1一端连接管束总分管3.2、另一端连接管束总集管3.3，管束总分管3.2的进口和管束总集管3.3的出口均设有管端连接件3.4。该新型整体大回环连接方式制作装配方便，成本低廉，仅通过改变板间连接方式而不增加任何成本即达到了提升集热器的集热效率与能源利用率热目的。整体大回环连接方式还可根据系统用途、当地气候条件以及所需热量灵活选择太阳能集热板数量进行连接安装。

Description

整体大回环连接方式的微通道太阳能集热器

技术领域

本发明属于太阳能光热高效利用领域，具体为一种整体大回环连接方式的高效微通道太阳能集热器。

背景技术

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，所以它成为了当前着重发展的新能源之一。近些年来，全球各地的研究者对太阳能集热器的研究正迅速推进，一款新型高效的微通道太阳能集热器逐步走进太阳能光热利用领域。实验证明，微通道太阳能集热器是成本低廉，高效耐用的新型太阳能集热器；在传统一进一出的连接方式下（如图1所示，多个微通道太阳能集热板依次一进一出进行串联），微通道太阳能集热器效率可达到49%~56%。经研究发现，传统一进一出结构流道变向过于频繁，导致系统局部阻力过大，整体能耗增加，并且随着工作介质不断吸收太阳辐射温度不断上升，集热板温度随之上升，导致集热板效率急剧下降，从而极大的影响了微通道太阳能集热器的整体集热效率与能量利用率。为了进一步提升微通道太阳能集热器效率，降低系统能耗。本申请所述的新型高效微通道太阳能集热器结合的整体大回环连接方式从而被研究开发，这种新型连接方式不仅提升太阳能集热板集热效率并降低系统能耗，而且还极大提升了太阳能集热器的能源利用率。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有不足，提供一种与新型高效微通道太阳能集热器结合的整体大回环连接方式。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种整体大回环连接方式的微通道太阳能集热器，包括多个微通道太阳能集热板，所述微通道太阳能集热板内上中下位置并列设有三个相同的微通道太阳能集热器模块，所述微通道太阳能集热器模块包括微通道管束，所述微通道管束一端连接管束总分管、另一端连接管束总集管，所述管束总分管的进口和管束总集管的出口均设有管端连接件。

多个微通道太阳能集热板依次排列；相邻的微通道太阳能集热板之间，位于上部位置、中部位置、下部位置的微通道太阳能集热器模块之间分别通过板间连接构件进行直接连接；作为进水端部的微通道太阳能集热板，位于其内上部位置的微通道太阳能集热器模块的管束总分管进口作为整体太阳能集热器入口，该作为进水端部的微通道太阳能集热板内位于其中部位置的微通道太阳能集热器模块的管束总集管出口和位于其下部位置的微通道太阳能集热器模块的管束总分管进口之间通过板间连接构件进行弯曲连接；作为出水端部的微通道太阳能集热板，位于其内下部位置的微通道太阳能集热器模块的管束总集管出口作为整体太阳能集热器出口，该作为出水端部的微通道太阳能集热板内位于其上部位置的微通道太阳能集热器模块的管束总集管出口和位于其中部位置的微通道太阳能集热器模块的管束总分管进口之间通过板间连接构件进行弯曲连接。

工作时，工作介质先由整体太阳能集热器入口流入，首先流经各平行排布集热板的上层翅片微通道太阳能集热器模块，再通过弯曲连接依次通过所有微通道太阳能集热板的中层与下层翅片微通道太阳能集热器模块，最后通过末端的微通道太阳能板的下层的集热器模块出口流出，从而构成新型高效的整体大回环连接方式。新型微通道太阳能集热器整体大回环连接方式通过改变传统一进一出的板间连接方式有效减小了集热器流线上前面太阳能集热板与后面太阳能集热板之间的温差，极大提升了后面太阳能集热板以及整体集热器的太阳能效率，有效克服了传统一进一出连接方式的缺点。在整体大回环连接方式下，太阳能集热板数量越多，前板与后板的温差越小，从而对集热器的集热效率提升效果越明显。

该新型高效微通道太阳能集热器结合的整体大回环连接方式与传统一进一出的板间连接方式相比，整体大回环连接方式极大的减少了管路间弯头的数量和流向突变的情况，因此减少了工作流体的流动阻力，从而减少了驱动管内流体流动水泵所消耗的能量。由上可知，新型整体大回环连接方式从提升太阳能集热板集热效率以及降低系统能耗两个方面极大提升了集热器的能源利用率。此新型整体大回环连接方式制作装配方便，成本低廉，仅改变了板间连接方式即达到了提升集热器的集热效率与能源利用率热目的，并且整体大回环连接方式可根据系统用途、当地气候条件以及所需热量灵活选择太阳能集热板数量进行连接安装。

上述高效微通道太阳能集热板由上到下依次为钢化玻璃板、翅片微通道太阳能集热器模块、发泡保温层、背板铁皮。集热板由钢制边框包裹密封，边框四周内部由发泡保温材料填充。

上述集热板内翅片微通道太阳能集热器模块为翅片微通道传热模块排列成为一个平面，与导流铝管焊接成为一个整体。采用以上方案， 新型翅片微通道传热模块通过两侧的翅片加大吸热面积；翅片微通道扁管特殊的微槽道结构可极大地提高单相流和两相流冷却液流体与微通道壁面之间的对流换热系数，提高了换热能力。

本发明设计合理，结构简单、制作装配方便，具有极强的实际应用和推广价值。

附图说明

图1表示现有微通道太阳能集热器连接框图。

图2表示本发明所述微通道太阳能集热器连接框图。

图3表示本发明所述微通道太阳能集热器连接示意图。

图4表示微通道太阳能集热板示意图。

图5表示相邻的微通道太阳能集热板之间板间连接构件示意图。

图6表示微通道太阳能集热板俯视图。

图7表示微通道太阳能集热板剖视图。

图8表示翅片微通道管截面示意图。

图中：1-微通道太阳能集热板，2-板间连接构件，3-微通道太阳能集热器模块，3.1-微通道管束，3.2-管束总分管，3.3-管束总集管，3.4-管端连接件，4-集热板边框，5-高透玻璃，6-铁皮层，7-发泡保温材料，8-整体太阳能集热器入口，9-整体太阳能集热器出口，10-凹槽扣，10.1-微通道，10.2-导热翅片，10.3-隔板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

如图2所示，一种整体大回环连接方式的微通道太阳能集热器，包括n个微通道太阳能集热板1，通过改变传统一进一出的集热板链接方式从而达到提升集热效率与能源利用率的目的。

上述高效微通道太阳能集热器结合的整体大回环连接方式由整体太阳能集热器入口8、整体太阳能集热器出口9、板间连接构件2、高效微通道太阳能集热板1组成。板间连接构件2通过直接连接与弯曲连接两种方式将一定数量平行的微通道太阳能集热板连接在一起，构成一个太阳能集热器整体。具体如图3所示，n个微通道太阳能集热板1依次排列；相邻的微通道太阳能集热板1之间，位于上部位置、中部位置、下部位置的微通道太阳能集热器模块3之间分别通过板间连接构件2进行直接连接。作为进水端部的微通道太阳能集热板1，位于其内上部位置的微通道太阳能集热器模块3的管束总分管3.2进口作为整体太阳能集热器入口8，该作为进水端部的微通道太阳能集热板1内位于其中部位置的微通道太阳能集热器模块3的管束总集管3.3出口和位于其下部位置的微通道太阳能集热器模块3的管束总分管3.2进口之间通过板间连接构件2进行弯曲连接。作为出水端部的微通道太阳能集热板1，位于其内下部位置的微通道太阳能集热器模块3的管束总集管3.3出口作为整体太阳能集热器出口9，该作为出水端部的微通道太阳能集热板1内位于其上部位置的微通道太阳能集热器模块3的管束总集管3.3出口和位于其中部位置的微通道太阳能集热器模块3的管束总分管3.2进口之间通过板间连接构件2进行弯曲连接。

如图4所示，微通道太阳能集热板1内上中下位置并列设有三个相同的微通道太阳能集热器模块3，微通道太阳能集热器模块3包括镀有黒铬吸光材料镀膜并带有翅片的微通道管束3.1，微通道管束3.1一端连接管束总分管3.2、另一端连接管束总集管3.3，管束总分管3.2的进口和管束总集管3.3的出口均设有管端连接件3.4。

如图7所示，高效微通道太阳能集热板由四周边框的凹槽扣10将顶部高透玻璃5卡牢，与底部的铁皮层6将集热板封装为一个整体。集热板内部底层与四周边框都采用发泡保温材料7将集热板填充。上中下三个翅片微通道太阳能集热器模块3卡入集热板边框预留孔洞，附在底部保温层上部并由其支撑。可牢固微通道太阳能集热板内三个翅片微通道太阳能集热器模块3。

如图6所示，是翅片微通道集热板俯视图，其中自上而下为顶部高透玻璃5，微通道集热模块3，集热板底部保温层7与集热板周围边框4。流体传热接触面与顶层高透玻璃之间是空气层，在保证集热板透光率的同时将集热板散热量降到最低，从而有效提高集热板太阳能效率。

每个微通道太阳能集热器模块3的微通道管束3.1由6条翅片微通道管组成，6条翅片微通道管以适当的间距平行排布后卡入有预留冲击孔洞的管束总集管与管束总分管中并由串焊机将其密封。

如图8所示，翅片微通道管由4条相邻的微通道10.1与位于两边的导热翅片10.2组成，微通道中间由公用的铝制隔板10.3隔开。翅片微通道管是通过将微通道扁管与两端的翅片挤压从而成为一个整体，并且微通道扁管两端翅片与微通道扁管面处于同一水平面，多个微通道扁管面、翅片形成一个平整的传热接触面，工作介质从模块入口的导流铝管进入，在翅片微通道内吸收热量后温度上升，再从另一侧出口的导流铝管排出。这种结构扩大了吸热和传热接触面积，相应的减少了微通道的面积，节省材料和成本。翅片微通道管上的微槽道结构可极大地提高单相流和两相流冷却液流体与微通道壁面之间的对流换热系数，加大换热能力；同时这种新型结构安装拆卸方便有利于及时调整和维修。翅片微通道管两端分别为管束总分管3.2与管束总集管3.3，总分管将流入模块的工作介质均匀分配在每一根微通槽道中吸收太阳辐射，总集管将吸收太阳辐射后的工作介质汇集在一起通过管道连接构件输送到下一个翅片微通道太阳能集热器模块3。

如图5所示，板间连接构件2由板间连接波纹管2.1、耐高温橡塑管道保温层2.2、波纹管与集热板接口连接件组成。波纹管2.1与两端管端连接件缠绕防水生料带并附加耐高温防水垫片与集热板内微通道集热模块的入口与出口密封连接，则波纹管将相邻两翅片微通道太阳能集热器模块3连接起来后串接为大回环形式，并在波纹管2.1外部附上耐高温橡塑管道保温层2.2，可有效防止热量损失。其中不锈钢波纹管易弯曲，抗腐蚀，可以按照设计需要随意连接集热板并有效提高系统使用时间。耐高温橡塑管道保温层2.2除了传热系数低，保温效果好外，同时具有较强硬度和形状任意切割的优点。

此种整体大回环连接方式，工作流体先由整体太阳能集热器入口8流入，首先流经各太阳能集热板上层翅片微通道太阳能集热器模块3，再依次通过各微通道太阳能集热板1的中层与下层翅片微通道太阳能集热器模块3，最后通过整体太阳能集热器出口9流向系统其他部分，从而构成微通道集热器大回环连接方式。

传统太阳能集热器连接方式为流体进入集热板内经过板内串并联后直接进入下一块集热板。这种连接方式因流道折弯过多导致流动阻力过大，并且会因靠近出口的集热板温度过高而导致集热板及整体集热器效率下降。新型微通道太阳能集热板阵列将平行排列的集热板分为上、中、下三个部分，各部分均串联连接，然后将上、中、下串接后的阵列再次串接起来。这样便实现流体在阵列中的大跨越多回旋流动，这种流动方式可将阵列中首块和末块集热板之间的温度差基本拉平，从而提高了末块集热板的太阳能热效率。相应地，整个集热板阵列的总效率提高约10%。更重要地，该种流动方式由于避免了流体过多的回旋流动，从而大大减少了流体在阵列中的流动阻力。该布局可大大提高集热板阵列的能效系数。

该新型微通道太阳能集热器整体大回环连接方式使集热器流线上前面太阳能集热板与后面太阳能集热板之间的温差减小，与传统一进一出的板间连接方式相比，极大提升了后面太阳能集热板以及整体集热器的太阳能效率，有效克服了传统一进一出连接方式集热器在流线上前面太阳能集热板与后面太阳能集热板之间温差过大的缺点。在整体大回环连接方式下，太阳能集热板数量越多，前板与后板的温差越小，从而对集热器的集热效率提升效果越明显。

该新型微通道太阳能集热器整体大回环连接方式是将在一列的集热板阵列分为上中下三个部分，工作介质依次流经集热板阵列的上部、中部、还有下部。其中流道方向改变只有2次。传统一进一出的集热板阵列内，流道方向需在每个集热板内改变多次，即在集热板内的连接处都会伴随着流道方向的改变，因此大大增加了工作介质在流动中的工作阻力。则新型微通道太阳能集热器整体大回环连接方式极大的减少了管路间弯头的数量和流向突变的情况，因此减少了工作介质的流动阻力，从而减少了驱动管内流体流动水泵所消耗的能量。新型整体大回环连接方式不仅提升了太阳能集热板集热效率，还降低系统能耗，从而这种整体大回环连接方式从两个方面极大提升了集热器的能源利用率。

该新型整体大回环连接方式制作装配方便，成本低廉，仅通过改变板间连接方式而不增加任何成本即达到了提升集热器的集热效率与能源利用率热目的。整体大回环连接方式还可根据系统用途、当地气候条件以及所需热量灵活选择太阳能集热板数量进行连接安装。

以上仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神及原则之内的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种整体大回环连接方式的微通道太阳能集热器，包括多个微通道太阳能集热板（1），其特征在于：所述微通道太阳能集热板（1）内上中下位置并列设有三个相同的微通道太阳能集热器模块（3），所述微通道太阳能集热器模块（3）包括微通道管束（3.1），所述微通道管束（3.1）一端连接管束总分管（3.2）、另一端连接管束总集管（3.3），所述管束总分管（3.2）的进口和管束总集管（3.3）的出口均设有管端连接件（3.4）；

多个微通道太阳能集热板（1）依次排列；相邻的微通道太阳能集热板（1）之间，位于上部位置、中部位置、下部位置的微通道太阳能集热器模块（3）之间分别通过板间连接构件（2）进行直接连接；作为进水端部的微通道太阳能集热板（1），位于其内上部位置的微通道太阳能集热器模块（3）的管束总分管（3.2）进口作为整体太阳能集热器入口（8），该作为进水端部的微通道太阳能集热板（1）内位于其中部位置的微通道太阳能集热器模块（3）的管束总集管（3.3）出口和位于其下部位置的微通道太阳能集热器模块（3）的管束总分管（3.2）进口之间通过板间连接构件（2）进行弯曲连接；作为出水端部的微通道太阳能集热板（1），位于其内下部位置的微通道太阳能集热器模块（3）的管束总集管（3.3）出口作为整体太阳能集热器出口（9），该作为出水端部的微通道太阳能集热板（1）内位于其上部位置的微通道太阳能集热器模块（3）的管束总集管（3.3）出口和位于其中部位置的微通道太阳能集热器模块（3）的管束总分管（3.2）进口之间通过板间连接构件（2）进行弯曲连接。

2.根据权利要求1所述的整体大回环连接方式的微通道太阳能集热器，其特征在于：所述微通道太阳能集热器模块（3）的微通道管束（3.1）由6条翅片微通道管组成，6条翅片微通道管平行排布后卡入有预留冲击孔洞的管束总集管与管束总分管中并由串焊机将其密封。

3.根据权利要求2所述的整体大回环连接方式的微通道太阳能集热器，其特征在于：所述翅片微通道管由4条相邻的微通道（10.1）与位于两边的导热翅片（10.2）组成，微通道中间由公用的铝制隔板（10.3）隔开。

4.根据权利要求1所述的整体大回环连接方式的微通道太阳能集热器，其特征在于：位于上中下位置的三个微通道太阳能集热器模块（3）卡入集热板边框（4）的预留孔洞，所述集热板边框（4）的凹槽扣（10）将位于顶部的高透玻璃（5）和位于底部的铁皮层（6）卡合后将集热板封装为一个整体。

5.根据权利要求4所述的整体大回环连接方式的微通道太阳能集热器，其特征在于：所述集热板内部位于微通道太阳能集热器模块（3）底面和四周均填充有发泡保温材料（7）。

6.根据权利要求1所述的整体大回环连接方式的微通道太阳能集热器，其特征在于：所述板间连接构件（2）采用波纹管（2.1），所述波纹管（2.1）外设置保温层（2.2）。

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