[發明專利]利用固體介質換熱的熱管式太陽能集熱器

有效

• 申請號: 201310347811.4
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN103363689A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 吳健
• 申請（專利權）人: 吳健
• 主分類號: F24J2/32
• 分類號: F24J2/32;F24J2/24;F24J2/30;F24J2/05;F24J2/46;F24J2/48
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務所 34116
• 代理人: 胡敏

技術領域

本發明涉及一種太陽能集熱器，尤其涉及的是一種利用固體介質換熱的熱管式太陽能集熱器。

背景技術

目前在太陽能光熱利用領域，普片使用的太陽能集熱裝置主要分為兩種，一種是以全玻璃真空集熱管為基礎開發的真空管式太陽能集熱器，一種是采用悶曬方式的平板式太陽能集熱器。就目前現有的太陽能集熱裝置而言，普遍存在的問題是會受到水垢的嚴重影響，即便采用其他介質來間接換熱也無法解決最終與水換熱時的水垢沉積問題。同時平板式太陽能集熱器容易受環境溫度影響，在最需要熱水供應的冬季基本無任何節能優勢，而真空管式集熱器雖然全玻璃真空集熱管本身基本不受環境溫度的影響，而其采用的玻璃材質卻容易因為局部溫差過大而爆裂，同時其采用的換熱介質（主要是水）也很容易受環境溫度的影響而熱脹冷縮而損壞容納介質的容器和太陽能真空管。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種利用固體介質換熱的熱管式太陽能集熱器，徹底解決水垢問題。

本發明是通過以下技術方案實現的：本發明包括太陽能聯集箱、太陽能集熱管和高導熱石墨換熱層；所述邊框設置于太陽能聯集箱的四周，所述太陽能集熱管包括蒸發段和冷凝段，所述蒸發段設置于太陽能聯集箱之外，所述冷凝段設置于太陽能聯集箱的內部，高導熱石墨換熱層包裹設置于太陽能集熱管的冷凝段外，高導熱石墨換熱層內設有液體換熱介質通道。

所述太陽能聯集箱的四周設置邊框，太陽能集熱管的蒸發段固定在邊框上。

作為本發明的優選方式之一，所述液體換熱介質通道為盤管狀或直通管狀。

所述液體換熱介質通道內設有換熱盤管，可以通過液體換熱介質通道直接注入換熱介質實現熱傳遞，也可以使用換熱盤管進行熱傳遞。

所述換熱盤管至少有一組，每組換熱盤管具有兩個端部，一個為冷水進口，另一個為熱水出口，所述冷水進口和熱水出口分別通過螺釘固定在邊框上。

所述換熱盤管包括直行段和彎曲段，所述直行段相互平行，直行段的首末分別連接彎曲段，直行段和彎曲段交替連接成通管，太陽能集熱管的冷凝段夾持于相鄰的兩個直行段之間。

所述高導熱石墨換熱層包裹于太陽能集熱管的冷凝段外，所述高導熱石墨換熱層在冷凝段之外形成換熱立方體，液體換熱介質通道位于所述換熱立方體內。

所述高導熱石墨換熱層、太陽能集熱管的冷凝段和換熱盤管外包覆設置保溫層，可以提高太陽能集熱器的保溫性能。

作為本發明的優選方式之一，所述保溫層為聚氨酯保溫層。

作為本發明的優選方式之一，所述太陽能集熱管為全玻璃雙層真空的太陽能集熱管。

本發明的工作原理如下：

本發明主要作用是利用太陽能制備熱水的太陽能集熱器，而自然界的水在加熱過程中不可避免的會產生水垢，而這些新產生的水垢極易存積在加熱面上和水流平緩的管壁上，本發明最終對水的加熱元件是換熱盤管，由于換熱盤管的特殊結構，當水流流經換熱盤管時會產生很強的擾動，形成紊流沖刷管壁，避免加熱過程產生的水垢在管壁上沉積，只要在換熱盤管的熱水出口處設置平流沉積式過濾除垢裝置就可徹底消除水垢的危害；本發明利用高導熱石墨換熱層將太陽能集熱管獲得能量傳導給換熱盤管，太陽能集熱管向外傳導熱量的太陽能集熱管的蒸發段的特點是傳熱表面積小能量相對集中，與其換熱的高導熱石墨換熱層擁有象有機塑料一樣的可塑性，并且還有超高的導熱性能、化學穩定性、自潤滑和能涂敷在固體表面的等等一些良好的工藝性能，使采用太陽能集熱管的太陽能集熱器的性能得到了質的提升。

在晴好天氣當太陽能照射到太陽能集熱管的蒸發段時太陽能集熱管內的液體蒸發氣化，蒸汽在壓差的作用下以聲速流向太陽能集熱管的冷凝段，釋放熱能后凝結成液體，液體再沿管壁回流到太陽能集熱管的蒸發段，周而復始。利用太陽能集熱管內工作的液體氣化、液化相變超導循環過程，連續不斷的將太陽輻射獲得的熱能傳導至太陽能集熱管冷凝段，而包裹在太陽能集熱管冷凝段外面的高導熱石墨換熱層，利用其優良的的導熱性能（熱阻比鋁低40%，比銅低20%）迅速的將太陽能集熱管冷凝段獲得熱能傳導到高導熱石墨換熱層內部的換熱盤管中，換熱盤管就可以利用這些源源不斷傳導過來的熱能對流經盤管內的水進行加熱以獲得熱水。