CN201803484U - 一种高效多流道太阳能集热器 - Google Patents

一种高效多流道太阳能集热器 Download PDF

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Abstract

本实用新型一种高效多流道太阳能集热器，包括有由多条流道和上下连通道组成的集热板芯，所述集热板芯为已模压成形的两块优质不锈钢板或耐腐蚀的特种铝合金板对称对合、在流道组之间及其周边采用缝焊和氩弧焊制成的集热板芯；所述集热板芯的多条流道分成10～16组流道组，每组流道组的流道数为3～6条，总流道数为30～96条；流道组中心距D为56～93mm。它具有翅片热阻Rp≈0，管板结合热阻Rb＝0，辐射热阻较小(经选择性涂层处理之后)和载热流体(水)的对流热阻Rf较小，故本实用新型的高效多流道太阳能集热器具有较小的集热器总热阻，故具有颇高的集热效率。

Description

一种高效多流道太阳能集热器
技术领域
本实用新型涉及到太阳能利用技术领域，尤其是高效多流道太阳能集热器。
技术背景
在太阳能热利用中，太阳能热水器已在国内外普遍应用，而且获得了显著的经济社会效益。太阳能热水器的主体为太阳能集热器，按其结构包括有平板式集热器、全玻璃真空管集热器及热管型集热器等。就平板式集热器而言，它可分成管板式、扁盒式及多流道等类型。它由透明盖板、吸热体(俗称集热板芯)、保温层和壳体等组成。其中集热板芯是集热器的核心，是完成光热转换的关键部件，它取决于集热器性能优劣。依据传热传质原理，集热效率与集热器的总热阻有关。其总热阻越小，集热效率越高。如何减少集热器的总热阻，将涉及到集热板芯的结构设计和工艺技术等方面。对于管板式集热器，它的总热阻包括翅片板到排管的翅片热阻Rp，管板结合热阻Rb，翅片板到排管外壁的辐射热阻Rr，排管导热热阻Rk，及排管内壁至载热流体(水)的对流热阻Rf。对于金属板芯，Rk≈0，例如全铜管板式集热器存在四种热阻，即：Rp，Rb，Rr及Rf，其中Rp最大，其次Rb。尽管铜翅片板经过选择性涂层处理，大大减少了Rr，但由Rp和Rb颇大，故它总热阻仍然较大，致使影响其集热效率。虽然全铜管板式集热器存在上述缺点，然而，它具有结构简单，制作简便，承压优良，以及载热流体(水)热容量(即Rf)小等显著优点，因此它的市场前景看好。至于扁盒式集热器，顾名思义，它的载热流体(水)与吸热板表面相接触的总面积等于吸热板表面总面积，管板合二为一。故没有不通流体(水)的翅片板，也没有排管，因此Rp＝0，Rb＝0；但其载热流体(水)的热容量颇大，换言之Rf颇大，致使大大影响集热效率，并且存在承压性能差等缺点。因此其市场前景不如全铜管板式集热器。至于全玻璃真空管集热器，其显著的优点是保温性能优良，因它的两玻璃夹层采用抽真空，从而消除了对流与传导的热损失。但它显著缺点是内管中水的热容量大(即Rf大)，起动慢；且承压性能较差。
实用新型专利94224190.8公开了一种高效全湿润太阳能集热器，该专利存在如下问题：其在吸热板芯上具有15到20条流道，导致承压能力不够，且流道没有分组，导致载热流体(水)的热容量较大(即Rf较大)，起动慢，影响集热性能，且不宜在有承压要求的集热系统中使用。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种既保留管板式集热器的Rf小和承压优良的优点，同时保留扁盒式集热器的优点(Rp＝0，Rb＝0)，又克服了管板式的显著缺点(Rp颇大)以及扁盒式和全玻璃真空管集热器的显著缺点(Rf颇大，承压差)，而研制成具有热效率高且承压优良的多流道太阳能集热器。按本实用新型而研发的产品，既保留管板式、扁盒式和全玻璃真空管集热器的优势，又克服它们的缺点。
为实现以上实用新型目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种高效多流道太阳能集热器，包括有由多条流道和上下连通道组成的集热板芯，所述集热板芯为已模压成形的两块优质不锈钢板或耐腐蚀的特种铝合金板对称对合、在流道组之间及其周边采用缝焊和氩弧焊制成的集热板芯；所述集热板芯的多条流道分成10～16组流道组，每组流道组的流道数为3～6条，总流道数为30～96条；流道组中心距D为56～93mm。
本实用新型提供一种高效多流道太阳能集热器，其独特结构是管板合二为一组成吸热板，它均匀地分布了许多条流道。依据传热传质原理，集热器效率与集热器的总热阻有关，其总热阻越小，集热效率越高。对于金属管板式集热器，它的总热阻包括翅片热阻RP，管板结合热阻Rb，吸热板辐射热阻Rr和吸热板内壁至载热流体(水)的对流热阻Rf。本实用新型提供的集热器，因为是管板合二为一，除了流道组之间的焊缝外，没有不通载热流体(水)的翅片板，故具有Rp≈0，Rb＝0，Rr较小(经选择性涂层处理之后)和Rf较小(因流道截面积等于有效直径为8mm的截面积)。所以本集热器具有较小的集热器总热阻，即具有颇高的集热效率。它优于全铜管板式集热器和全玻璃真空管集热器的集热效率
所述流道组优选为15组，每组流道数为4条，总流道数为60条，流道组之间中心距D为62mm。
所述每条流道的横截面积为正方形或扁六边形；其等对角线L为6～20mm。相对于现有技术流道横截面积的椭圆形设计，正方形或扁六边形由于具备边的转角，因此具有更好的承压能力。
每相邻的流道之间通过加强筋连接。加强筋的设计有效紧固了流道的稳定，保证了集热板芯具有优良的承压能力和使用寿命长。
所述集热板芯中具有圆柱体的上下连通道各一条，其直径为22～25mm，高为940～950mm。
本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点：它的关键技术涉及到集热板芯的结构和流道数量诸方面。一块2m2吸热板的宽一般为940～950mm，欲达到上述的设计技术要求，且不致于加工工艺太复杂而费工时，本实用新型的独特设计是，把流道数分为若干组，而每组有若干条流道；其特点在于所述集热板芯的流道分成10～16组，每组流道数为3～6条，总流道数为30～96条，流道组之间中心距D为56～93mm。经过设计计算，优选15组流道组，每组流道数为4条，总流道数为60条，D＝62mm，由于在2m2吸热板内均匀地分布了60条流道，每条流道的横截面积等于相当于有效直经为8mm的截面积，故每条流道内水容量颇小，即Rf较小。又由于除了每组流道组间的焊缝外，没有不通流体(水)的翅片，且管板合二为一，故Rp≈0，Rb＝0。并对吸热板表面进行选择性涂层处理，所以Rr较小。综合上述，本实用新型的高效多流道太阳能集热器具有较小的集热器总热阻，故具有颇高的集热效率。
附图说明
图1为本实用新型太阳能集热器集热板芯结构主视图；
图2为图1的A-A面示意图；
图3为单个流道结构一示意图；
图4为单个流道结构二示意图；
附图标记说明：1-集热板芯，11-流道，12-加强筋，13-连通道，2-流道组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。
实施例：
请参阅图1和图2所示，一种高效多流道太阳能集热器，把已模压成形的两块优质不锈钢板或耐腐蚀的特种铝合金板对称对合，然后在流道组之间及其周边采用缝焊和氩弧焊制成集热板芯1，该集热板芯1上设有多条流道11和上下连通道13，集热板芯1的多条流道11分成10～16组流道组2，每组流道组2的流道数为3～6条，总流道数为30～96条；流道组2中心距D为56～93mm。
本集热器的集热板芯经过设计计算，其特点在于优选15组流道组2，每组流道数为4条，总流道数为60条。其特征在于设计参数为：L＝10mm，D＝62mm；上、下连通道为圆柱体，直径为22～25mm，高为940～950mm；整个集热板芯宽940～950mm，长为1950～1960mm。
请参阅图3和图4所示，每条流道11的横截面积为正方形或扁六边形；其等对角线L为6～20mm，可以优选L＝10mm，优选的该参数能保证流道的稳定性和具有较小的Rf。
进一步，在每相邻的流道11之间通过加强筋12连接，以保证承压优良。
上述详细说明是本实用新型可行实施的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (5)

1.一种高效多流道太阳能集热器，包括有由多条流道(11)和上下连通道(13)组成的集热板芯(1)，其特征在于：所述集热板芯(1)为已模压成形的两块优质不锈钢板或耐腐蚀的特种铝合金板对称对合、在流道组之间及其周边采用缝焊和氩弧焊制成的集热板芯(1)；所述集热板芯(1)的多条流道(11)分成10～16组流道组(2)，每组流道组(2)的流道数为3～6条，总流道数为30～96条；流道组(2)中心距D为56～93mm。
2.如权利要求1所述的高效多流道太阳能集热器，其特征在于：所述流道组优选为15组，每组流道数为4条，总流道数为60条，流道组之间中心距D为62mm。
3.如权利要求1所述的高效多流道太阳能集热器，其特征在于：所述每条流道(11)的横截面积为正方形或扁六边形；其等对角线L为6～20mm。
4.如权利要求1所述的高效多流道太阳能集热器，其特征在于：每相邻的流道(11)之间通过加强筋(12)连接。
5.根据权利要求1所述的高效多流道太阳能集热器，其特征在于：所述集热板芯中具有圆柱体的上下连通道(13)各一条，其直径为22～25mm，高为940～950mm。
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