[發(fā)明專利]一種集熱器陣列流體流動(dòng)均勻化的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710065857.1
• 申請(qǐng)日: 2007-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN101070998A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡明輔;呂云;別玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F24J2/04
• 分類號(hào): F24J2/04;F24J2/46
• 代理公司: 昆明正原專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 賽曉剛

技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明涉及一種太陽集熱器陣列流體流動(dòng)均勻化的方法，屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景：太陽集熱器是太陽能熱水器的最重要的部件之一，是將太陽輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮懿崮軅鬟f給循環(huán)流體的部件。對(duì)于較大規(guī)模的太陽能熱水系統(tǒng)，需要將許多片太陽集熱器連接在一起，即構(gòu)成了太陽集熱器陣列。因此，集熱器陣列是太陽能熱水系統(tǒng)的重要組成部分。

對(duì)于較大規(guī)模的太陽能熱水系統(tǒng)，經(jīng)常采用強(qiáng)制循環(huán)方式。此時(shí)流過每片集熱器的流量是很不均勻的。對(duì)于一列集熱器陣列，按流體流動(dòng)的方向，兩端的集熱器流量較大，而中間的集熱器的流量較小，其差距達(dá)數(shù)倍至數(shù)十倍之間。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)集熱器陣列的流體流動(dòng)的不均勻狀況及其對(duì)系統(tǒng)熱效率的影響進(jìn)行了大量研究，如Dunkle、Davey、Bajura、Jones、Lior、Chiou、Duffie、Beckman、Volker、David、王興安、趙鎮(zhèn)南、王峻曄、羅永浩等。如我國學(xué)者王興安等人，以4片集熱器組成的陣列作為研究對(duì)象，采用離散數(shù)學(xué)模型計(jì)算了不同支管間距下各片集熱器內(nèi)的流體流量，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)第一片和最后一片集熱器流量非常大，中間集熱器流量很小，第一至第四片集熱器的流量分別占總流量的40.0％、6.0％、2.6％、51.4％，最大和最小流量相差19.8倍。而且集熱器陣列規(guī)模越大，其流體流量越不均勻。

由于集熱器陣列流體流動(dòng)不均勻引起的效率下降是顯見的。對(duì)于流體流量很小(產(chǎn)生滯流)的一些集熱器，集熱器工作溫度很高，導(dǎo)致熱損加大，降低了系統(tǒng)的整體熱效率。一些研究分析認(rèn)為，由于集熱器陣列流體流動(dòng)不均勻?qū)е碌南到y(tǒng)熱效率下降可能超過20％。特別是對(duì)于在平屋頂上安裝的與建筑一體化的太陽能熱水系統(tǒng)，由于太陽集熱器幾乎呈水平狀放置，流體通過熱虹吸機(jī)理調(diào)整流體流動(dòng)不均勻的機(jī)制基本消失，導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降的情況尤其嚴(yán)重。

雖然幾十年間國內(nèi)外就集熱器陣列的流體流動(dòng)不均勻的問題進(jìn)行了大量研究，然而研究的問題主要集中在流體不均勻及其對(duì)熱性能的影響的定性和定量分析方面，沒有能提出根本性的使流體流動(dòng)均勻化的解決辦法。

發(fā)明內(nèi)容：本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提出一種使太陽集熱器陣列流體流動(dòng)均勻化、系統(tǒng)效率高、成本低的方法。

本發(fā)明集熱器陣列流體流動(dòng)均勻化的方的技術(shù)方案是：在集熱器陣列中，靠近流體進(jìn)口處的1-15片集熱器之間的各匯流集管連接處(A、B、……)設(shè)置節(jié)流元件，以增大流體流動(dòng)的阻力系數(shù)，減小流體的流量；在靠近流體出口處的1-15片集熱器之間的各分流集管連接處(……、Y、Z)設(shè)置節(jié)流元件，以增大流體流動(dòng)的阻力系數(shù)，減小流體的流量。所述節(jié)流元件(2)為孔板結(jié)構(gòu)，直接裝于兩相鄰集熱器(1)的集管(4)連接口之間，并通過連接元件(3)固定。

在集熱器陣列中，靠近流體進(jìn)口的幾片集熱器之間的各匯流集管(上集管)連接處(A、B、……)設(shè)置節(jié)流元件，增大流體流動(dòng)的阻力系數(shù)，減小流體的流量；在靠近流體出口的幾片集熱器之間的各分流集管(下集管)連接處(……、Y、Z)設(shè)置節(jié)流元件，增大流體流動(dòng)的阻力系數(shù)，減小流體的流量。

節(jié)流元件可為帶節(jié)流通孔的孔板，孔板外形與集管匹配(圓形薄板)、節(jié)流孔斷面小于集管斷面面積，直接裝于兩相鄰集熱器的集管連接口之間，并通過連接元件固定。連接元件可以是普通的膠管、波紋連接管等。在匯流集管與分流集管上設(shè)置的節(jié)流元件的數(shù)量根據(jù)具體的集熱器陣列大小確定，陣列越大、需要的越多。

本發(fā)明集熱器陣列流體流動(dòng)均勻化的方法-由于采用在靠近流體進(jìn)口的匯流集管(上集管)和靠近出口的分流集管(下集管)連接處設(shè)置節(jié)流元件的方法，使太陽集熱器陣列流體流動(dòng)均勻化，陣列內(nèi)各片集熱器流體流動(dòng)均勻，從而可顯著提高系統(tǒng)熱效率，特別適合于太陽能與建筑一體化系統(tǒng)應(yīng)用。此外，本發(fā)明還具有簡(jiǎn)單、可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明：下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中6片集熱器(1)組成的陣列結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例集管(4)與節(jié)流元件(2)連接處局部剖視示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：如圖1、2所示，在6片集熱器(1)串聯(lián)組成的陣列中，在靠近流體進(jìn)口的3片集熱器1之間的各匯流集管連接處A、B設(shè)置節(jié)流元件(2)，增大流體流動(dòng)的阻力系數(shù)，減小流體的流量；在靠近流體出口的3片集熱器(1)之間的各分流集管連接處Y、Z設(shè)置節(jié)流元件(2)，增大流體流動(dòng)的阻力系數(shù)，減小流體的流量。