[發明專利]一種腔體式太陽能平板集熱器及其系統

有效

• 申請號: 202010716928.5
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111854180B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 凌祥;杜明勝;王航;李云媛
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: F24S10/50
• 分類號: F24S10/50;F24S10/75;F24S10/95;F24S40/70;F24S60/00;F24S70/225;F24S80/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 張蘇沛

本發明公開了一種腔體式太陽能平板集熱器及其系統，包含水流管，冷凝腔，儲熱腔，回液管，蒸發器，集液腔，相變工質等，其中水流管外表面做親液和疏液的表面處理，儲熱腔儲存相變儲熱材料，蒸發器蒸發側內部釬焊鋁翅片和鋁棒。液態相變工質真空充裝于太陽能平板集熱器內，太陽光經太陽能選擇性吸收涂層轉為熱能傳遞至蒸發側內的相變工質，相變工質吸熱氣化上升至冷凝腔，通過水流管與冷水進行熱量交換，相變工質冷凝后經回液管回流至集液腔，完成物質循環和熱量傳遞。本發明所設計的太陽能平板集熱器不僅提高太陽能吸收率，強化傳熱過程，而且通過儲存相變儲能材料解決太陽能平板集熱器過冬防凍的問題，適應范圍更廣，穩定性更高。

技術領域

本發明涉及一種太陽能平板集熱器及其系統，屬于太陽能中低溫熱利用技術領域。

背景技術

2013年我國工業領域能耗約占全國總能耗的70％，，工業能耗的50％～70％為工業加工用熱。其中，中低溫用熱占到了45％以上，中國太陽能光熱應用市場潛力巨大，如何降低我國工業能耗和提高太陽能利用率已經成為亟待解決的熱點問題。

太陽能集熱器是一種吸收太陽輻射并將產生的熱能傳遞到傳熱介質的裝置，不僅是直接面向消費者的終端產品，也是組成各種太陽能熱利用系統的關鍵部件。平板型太陽集熱器是太陽集熱器中一種最基本的類型，其結構簡單、運行可靠、成本適宜，還具有承壓能力強、吸熱面積大等特點。本發明采用二次循環技術，通過相變工質的氣化與冷凝過程，實現熱量的收集與輸送，解決了集熱器過冬防凍和系統過熱等問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種腔體式太陽能平板集熱器，該平板集熱器的太陽能利用率高，傳熱效果好，能解決過冬防凍和系統過熱等問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種腔體式太陽能平板集熱器，包括水流管、冷凝腔、儲熱腔、回液管、蒸發器、集液腔和相變工質，所述水流管穿過所述儲熱腔和所述冷凝腔的中軸線，所述儲熱腔位于所述冷凝腔的兩端，所述儲熱腔通過橫穿所述冷凝腔的兩根連通管相連通，所述蒸發器一端連接所述冷凝腔，一端連接所述集液腔，所述回液管設置于所述蒸發器的背陽面，其進口對稱分布于所述冷凝腔底部兩端且低于冷凝腔底部內表面，出口對稱分布于所述集液腔背陽中心水平面，所述相變工質分布在所述冷凝腔、儲熱腔、回液管、蒸發器和集液腔中。

水流管為導熱性能良好的鋁合金管，所述水流管上半部分外表面為復合表面，下半部分外表面為光滑疏液表面，所述復合表面為親液表面與光滑疏液表面復合，所述親液表面為微納米粗糙結構，經過低能物質修飾后形成所述光滑疏液表面，所述水流管兩個接口處焊接密封法蘭。

冷凝腔采用低導熱系數的絕熱材料，如不銹鋼或耐高溫塑料聚苯并咪唑等，冷凝腔上部留置一個與回液管進口同中軸線的相變工質充裝口，下部留置兩個回液管接口，斜下方為焊接蒸發器的槽道，兩端與儲熱腔共用中間隔板。

儲熱腔采用低導熱系數的絕熱材料，如不銹鋼或耐高溫塑料聚苯并咪唑等，所述儲熱腔與冷凝腔外徑相同，上部留置一個相變儲能材料充注口，內部充注一定量的相變儲能材料，例如石蠟，三水合醋酸鈉，聚乙二醇等，在太陽能平板集熱器工作溫度范圍內相態為固態和液態，兩側端板與儲熱腔和水流管焊接密封，中間隔板與冷凝腔、儲熱腔、水流管和連通管焊接密封，與冷凝腔外表面一起均涂覆絕熱涂層及覆蓋一層保溫層。

回液管分布于太陽能平板集熱器背陽面，其進口對稱分布于冷凝腔底部兩端且低于冷凝腔底部內表面，出口對稱分布于集液腔背陽中心水平面，回液管內部穿過一根塑料軟管或附著一層塑料薄膜層，外表面涂覆絕熱涂層及包裹一層保溫層。