风热式全天候太阳能集热器.pdf

本发明涉及一种以水或其他液体为载热体的管式太阳能集热器。
    现有技术中，太阳能低温利用的集热器的主要结构型式有平板式和管式两种。平板式太阳能集热器的典型结构是在一块玻璃平板下的密封盒内安装一组具有吸光表面的蛇形管，蛇形管中通以水或其他液体。吸光表面所吸收的太阳能使蛇形管中的载热体升温并通过载热体以热能的形式输出。这种平板式太阳能集热器由于容积小、保温性能差、吸热效率低，因而载热液体所能达到的温度很低，在冬天无阳光的情况下还可能出现载热液体冻结的现象。八十年代以来，出现了管式太阳能集热器，美国专利4319561所公开的一种《水循环式太阳能集热器》就属于这种类型的太阳能集热器。《水循环式太阳能集热器》所采用的集热管是一种具有夹壁结构的玻璃管，夹壁之间为真空，其真空度在10乇以下，内壁的外表面涂有选择性吸光涂层。采用适当的方式将大量的真空集热管串接起来可以构成一种类似蛇形管的多层管式集热器，利用泵可使载热液体经过每个真空集热管作蛇形流动并升温，集热器所收集的太阳能通过载热体以热能的形式输出。与平板式集热器相比，管式太阳能集热器的吸热率高，因而载热液体所能达到的温度比较高，但由于它仍采用液体直接吸热，故在夏季光照过强时在集热管内易出现液体熬煮的现象，致使集热管内压力增大甚至使集热管炸裂;而在冬天无阳光的情况下，管道中的载热液体仍可能冻结，以致使集热器无法集热。

    本发明地目的是设计一种集热效率高、能彻底根除载热液体夏天熬煮、冬天冻结现象的全天候管式太阳能集热器。

    为了实现上述目的，本发明采用密闭隔热的集热仓、反光板、管架、风管、集热管、引风机和换热器组成一种风热式全天候太阳能集热器，换热器置于集热仓内，载热液体通过外管路在换热器内管中循环，由集热器加热的空气通过引风机在集热器内高速循环并通过换热器与载热液体进行热交换，所收集的太阳能通过载热液体以热能的形式输出，以下结合具体实施例对本发明风热式全天候太阳能集热器的技术特征做进一步的详细说明。

    图1为风热式全天候太阳能集热器的结构示意图;

    图2为风热式全天候太阳能集热器的A-A剖视图;

    图3为风热式全天候太阳能集热器的B-B剖视图;

    图4为风热式全天候太阳能集热器的C-C剖视图。

    参考图1、2、3、4，本发明风热式全天候太阳能集热器由集热仓1、反光板2、管架3、风管4、集热管5、引风机6以及换热器7构成。集热仓1为一密闭的长方体形的保温隔热仓;仓的中央沿长度方向有一垂直的隔板8将集热仓1分为左仓室9和右仓室10，隔板8的四边分别与集热仓1的前、后、上、下四壁相连并可靠密封，隔板8的上部开有一排7个以上沿长度方向均匀分布的风管插孔11，其下部中央则开有一引风孔12，集热仓1的左右两壁上分别开有与隔板上的风管插孔11交叉对应的集热管插孔13，右壁上的集热管插孔数大于或等于左壁上的集热管插孔数，集热管的总数应根据使用场合来选择，但最少不得少于7根。比较典型的集热器可安装25根集热管，即右侧13根，左侧12根。为保证有较好的采光条件，同侧集热管的间距应大于或等于80毫米。为了使集热管的阴面也能获得光照，在集热仓左右两侧集热管的下方各安装一个可反射太阳光的反光板2并与集热仓左右两壁牢固连接，管架3分别垂直固定在反光板2的左右两端，其顶端有用于支撑固定集热管的装置。风管4为两端开口的金属管或玻璃管，其一端垂直插入隔板上的风管插孔11中并与隔板8密封。集热管5仍采用前述的夹壁真空管，为保证有足够的集热面积并考虑到集热管的机械强度，集热管的长度为1000～2000毫米比较适宜，其内径应不小于40毫米。集热管5的一端为开口，另一端封闭，套装在风管4的外面，集热管内壁与风管壁之间留有空隙以构成集热器内空气的循环通道;集热管的开口端垂直插入集热仓左壁或右壁上的集热管插孔中并与仓壁密封;集热管的另一端由管架3支撑并固定在管架的顶端，为了使集热仓内的热空气强制循环以提高换热效率，在集热仓左仓室9的下部安装一台微型引风机6并由安装在集热仓外的微型电动机14驱动，引风机6的吸入口应对准隔板下部的引风孔12并与隔板8密封，以保证来自右仓室的全部热风都从引风机吸入口而进入引风机，当引风机6运转时，由左侧集热管加热的空气经左侧集热管与风管之间的空隙、左侧风管、右仓室、引风机至左仓室不断循环，由右侧集热管加热的空气则经右侧集热管与风管之间的空隙、右仓室、引风机、左仓室、右侧风管不断循环，从而在集热器内形成高速循环的热旋风，换热器7安装在集热仓右仓室中右侧风管的下方，并尽可能靠近右侧风管载热液体通过外管路依靠循环泵或自重在换热器内的铜管中循环流动，集热器内的热风在循环过程中通过换热器7与载热液体进行热交换，所收集的太阳能即通过载热体以热能的形式输出。换热器7可以是串片式、平板式或其他型式，但最好采用由U形铜管15及串接在U形铜管上的吸热片组成的串片式换热器。采用串片式换热器时，为保证换热效率，吸热片间距以2～3毫米为宜。

    最佳实施例：在集热仓左右两壁上分别装有12根和13根集热管，每根集热管的长度为1180毫米，其内径为43.5毫米，同侧集热管的间距为110毫米;串片式换热器的总片数为690片，吸热片的间距为2毫米，每片吸热片的面积为1250平方毫米;引风机体积流量为332立方米/分。在气温为32℃的白昼，使上述集热器光照9小时，可使50加仑的室温水达到75～85℃。

    本发明虽然仍采用水或其他液体作为载热体，但由于采用风热并将整个换热器置于密闭的保温隔热仓内，因而从根本上杜绝了载热体夏天熬煮、冬天冻结的现象。本发明集热效率高，且冬、夏集热效率相差不超过15%，是一种名副其实的全天候太阳能集热器。