CN201837096U - 一种太阳能空气集热装置 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能空气集热装置，属于太阳能利用及建筑节能技术领域。该太阳能集热装置包括透光盖板，吸热板，密封的上空气层和下空气层，楔形空气流通通道，设置在楔形空气流通通道中的多片穿孔翅片，进风管，出风管，透气管，保温板以及框架。本实用新型利用密封的上、下空气层减少集热装置向外的热损失，利用楔形空气流通通道与穿孔翅片实现集热装置中的无源强化传热，利用透气管加强夏季室内的自然通风。该装置中各部件均采用常用的材料以及制作工艺，因此具有工艺简单、造价低等优点，本实用新型主要服务于北方村镇单体建筑，可解决冬季白天部分热负荷，在减少耗煤量的同时减少对环境的污染。

Description

一种太阳能空气集热装置
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能集热设备，尤其涉及一种利用太阳能辐射热量加热空气的空气集热装置，属于太阳能利用及建筑节能技术领域。
背景技术
在传统能源(如煤炭、石油等)日趋紧张的今天，可再生能源(如太阳能、风能、水能、生物质能等)作为替代能源有了长足的发展。在我国北方地区，日照充沛，属于太阳能利用的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类地区([1]Chris C.S.Lau，Joseph C.Lam，Liu Yang，Climate classification and passive solar design implications in China，Energy Conversion & Management，2007：2006~2015)，因此太阳能利用在北方地区有着良好的发展前景。由于我国北方地区气候寒冷，供暖能耗大，如果利用太阳能解决一部分供暖负荷，将对我国建筑节能减排，尤其是村镇建筑节能减排工作，起到重要的作用。
太阳能空气集热装置是太阳能热利用的常用技术之一。由于空气本身具有的特性，空气集热装置多以平板式为主，而平板式集热装置由于其向外散热量的原因，其效率一般较低(与真空管集热装置相比)。尤其是空气系统，由于空气的热容较小，导致单位质量流量的空气所能携带的热量较少，进而引起框架温度较高，向外散热较多。因此，太阳能空气集热装置效率的提高应以减少集热装置向外热损失为主要途径。而减少热损失的方式有两种：一是增加集热装置本身的保温性能减少热损失；二是加强扰动，提高空气与吸热板的对流换热系数，并尽快将空气携带的热量送入房间。对于第一种减少热损失的方式，众多空气集热装置多以增加框架保温层厚度或采用蜂窝透光板(申请(专利)号：85200928，半蜂窝双回流太阳能空气集热装置)的方式予以实现，但有些保温材料或透光材料较为昂贵，导致最终集热装置的成本提高；对于第二种减少热损失的方式，多数集热装置通过提高风机转速、采用扰流柱、折流板(专利申请号：200710195030，折流式双效加热太阳能空气集热装置)或双层风道(专利申请号：200720034396，太阳能空气集热装置)等方式实现，这种做法虽然对提高效率有一定帮助，但效率提高的幅度有限。此外，增加流速会在一定程度上增加功耗，使得运行费用提高。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种新型的太阳能空气集热装置，以期进一步提高空气集热装置的效率，同时降低产品的生产和运行成本。
本实用新型的技术方案如下：
一种太阳能空气集热装置，含有透光盖板，吸热板，进风管，出风管，以及由背板和侧板组成的框架；所述的吸热板的上表面涂有太阳能选择性吸收涂层，所述的背板和侧板上均设有保温板，其特征在于：所述的透光盖板与吸热板之间形成密封的上空气层，所述的背板与设置在背板上的保温板之间形成密封的下空气层，所述的吸热板与设置在背板上的保温板之间形成楔形空气流通通道，在楔形空气流通通道中设有多片穿孔翅片，所述的进风管和出风管分别与空气流通通道相连通；在靠近出风管的框架上设有透气管，透气管的一端与空气流通通道相连通，透气管的另一端伸出框架外，并在透气管的出口安装有密封塞。
本实用新型所述的上空气层和下空气层的厚度为9～16mm，所述的进风管和出风管位于所述的空气流通通道的中心线上。
本实用新型具有以下优点及突出性效果：
①利用空气本身的保温性能减少集热装置热损失。空气的导热系数为0.026W/(m·K)，比常用的保温材料苯板(其导热系数0.046W/(m·K))的保温性能还要好。因此，该设置上空气层和下空气层可以减少保温材料的使用，减少集热装置的造价。同时，上空气层还可以有效透光，不会影响吸热板吸收太阳能辐射热量。
②利用楔形空气流通通道和穿孔翅片实现无源强化传热。楔形通道通过逐渐减少流通面积的方式，可以在一定程度上增加空气的流速，增强扰动，提高空气对流换热系数。穿孔翅片在增加扰动的同时，增加了空气对流换热面积。根据实验表明，相对于无孔翅片，在相同的流速下，可以将对流换热系数提高87％左右，而阻力仅增加17％左右，即在较少增加阻力的情况下，明显提高对流换热系数，进而提高空气集热装置的效率。
③设置透气管，夏天可以利用集热装置本身的热压形成纵向自然通风，加强建筑的自然通风。夏季时，一般集热装置都会停止使用，利用遮光布将集热装置透光盖板遮住，防止夏季太阳能辐射过大导致集热装置内部温度过高而造成的损坏。本实用新型利用透气管可以很好地利用热压，将夏季集热装置内部的热空气排出，保护集热装置的同时，加强了建筑的自然通风。冬季时，集热装置本身的密封性能对其热效率影响很大，因此在冬季时，利用密封塞将集热装置的透气管的出口封住，保证集热装置在冬季的正常工作。
附图说明
图1为本实验新型提供的太阳能空气集热装置的结构原理示意图。
图2为穿孔翅片的结构示意图。
图3为太阳能集热装置进风管与出风管位置示意图(俯视图)。
图中各部件表示：1-透光盖板；2-吸热板；3-穿孔翅片；4-保温板；5-框架；6-进风管；7-出风管；8-透气管；9-密封塞；10-密封胶及压条；11-楔形空气流通通道；12-上空气层；13-第一橡胶块；14-第二橡胶块；15-下空气层；16-背板；17-侧板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的工作原理、具体结构作进一步的说明。
所述的太阳能空气集热装置的工作原理为利用太阳能辐射热量透过透光盖板1加热吸热板2，进而通过对流换热的方式加热流经吸热板2的空气。
图1为本实用新型提供的太阳能空气集热装置结构原理图，该太阳能空气集热装置含有透光盖板1，吸热板2，进风管6，出风管7，以及由背板16和侧板17组成的框架5；在吸热板2的上表面涂有太阳能选择性吸收涂层，在所述背板16和侧板17上均设有保温板4，透光盖板1与吸热板2之间形成密封的上空气层12；背板16与设置在背板上的保温板4之间形成密封的下空气层15；吸热板2与设置在背板上的保温板4之间形成楔形空气流通通道11，在楔形空气流通通道11中设有多片穿孔翅片3，进风管和出风管分别与空气流通通道11相连通；在靠近出风管7的框架5上设有透气管8，透气管8的一端与空气流通通道11相连通，透气管的另一端伸出框架5外，并在透气管的出口安装有密封塞9。
设置密封的上空气层12和下空气层15的目的是利用空气本身的保温性能减少集热装置的热损失。这是因为空气的导热系数为0.026W/(m·K)，比常用的保温材料苯板(其导热系数0.046W/(m·K))的保温性能还要好。因此密封的上空气层和下空气层的设置可以在很大程度上减少保温材料的使用，减少集热装置的造价。同时，上空气层还可以有效透光，不会影响吸热板吸收太阳能辐射热量。但值得注意的是，密封的空气层的厚度如果过大，就会导致空气在夹层中形成有限空间的自然对流，加大集热装置与外界的换热系数，即增加了热损失，因此密封的上空气层12和下空气层15的厚度不能过大，一般厚度为9～16mm。这样就可以在基本不增加成本的前提下，提高集热装置的保温性能。
本实用新型所述的上空气层和下空气层的厚度为9～16mm，所述的进风管和出风管位于所述的空气流通通道11的中心线上。
在具体实施方式中，可以利用带有凹槽的第一橡胶块13放置在框架5的保温板中，吸热板2可以固定在第一橡胶块13的凹槽中，就可以形成密封的上空气层12。保温板4和背板16之间放置第二橡胶块14，就可以形成密封的下空气层15。橡胶块还可以在一定程度上起到阻断“热桥”的作用，防止吸热板2与框架接触形成热桥，造成热量的损失。楔形空气流通通道11的楔角可以根据具体情况而选择。穿孔翅片3可以焊接在吸热板2上，同时穿孔翅片3的表面空隙度和迎面空隙度等结构参数也可以根据需要进行选择。透气管8与框架5需密封良好，可以通过在框架5与透气管8的连接处涂抹密封胶等方式实现。
本实用新型主要服务于北方村镇单体建筑。所述的太阳能空气集热装置各部件均采用常用的材料以及制作工艺，工艺简单，造价较低。该种集热装置的造价在300元/m2集热面积左右。而且，村镇居民可以根据屋顶可利用面积、预期太阳能供暖率或初投资自由选择集热面积大小，从而较为自由的控制初投资。

Claims (3)

1.一种太阳能空气集热装置，含有透光盖板(1)，吸热板(2)，进风管(6)，出风管(7)，以及由背板(16)和侧板(17)组成的框架(5)；所述的吸热板(2)的上表面涂有太阳能选择性吸收涂层，所述的背板(16)和侧板(17)上均设有保温板，其特征在于：所述的透光盖板(1)与吸热板(2)之间形成密封的上空气层(12)，所述的背板(16)与设置在背板上的保温板(4)之间形成密封的下空气层(15)，所述的吸热板(2)与设置在背板上的保温板(4)之间形成楔形空气流通通道(11)，在楔形空气流通通道(11)中设有多片穿孔翅片(3)，所述的进风管(6)和出风管(7)分别与空气流通通道(11)相连通；在靠近出风管(7)的框架(5)上设有透气管(8)，透气管(8)的一端与空气流通通道(11)相连通，透气管的另一端伸出框架(5)外，并在透气管的出口安装有密封塞(9)。
2.按照权利要求1所述的太阳能空气集热装置，其特征在于：所述的上空气层(12)和下空气层(15)的厚度为9～16mm。
3.按照权利要求1所述的太阳能空气集热装置，其特征在于：所述的进风管(6)和出风管(7)位于所述的空气流通通道(11)的中心线上。
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