專利名稱：一種集熱器陣列流體流動均勻化的方法
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均勻化的方法，屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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。
對于較大規(guī)模的太陽能熱水系統(tǒng)，經(jīng)常采用強制循環(huán)方式。此時流過每片集熱器的流量是很不均勻的。對于一列集熱器陣列，按流體流動的方向，兩端的集熱器流量較大，而中間的集熱器的流量較小，其差距達數(shù)倍至數(shù)十倍之間。
國內(nèi)外學者對集熱器陣列的流體流動的不均勻狀況及其對系統(tǒng)熱效率的影響進行了大量研究，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。如我國學者王興安等人，以4片集熱器組成的陣列作為研究對象，采用離散數(shù)學模型計算了不同支管間距下各片集熱器內(nèi)的流體流量，并進行了實驗驗證，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不均勻引起的效率下降是顯見的。對于流體流量很小(產(chǎn)生滯流)的一些集熱器，集熱器工作溫度很高，導致熱損加大，降低了系統(tǒng)的整體熱效率。一些研究分析認為，由于集熱器陣列流體流動不均勻?qū)е碌南到y(tǒng)熱效率下降可能超過20％。特別是對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，流體通過熱虹吸機理調(diào)整流體流動不均勻的機制基本消失，導致系統(tǒng)效率下降的情況尤其嚴重。
雖然幾十年間國內(nèi)外就集熱器陣列的流體流動不均勻的問題進行了大量研究，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均勻化的方的技術(shù)方案是在集熱器陣列中，靠近流體進口處的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均勻化的方法-由于采用在靠近流體進口的匯流集管(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均勻化，陣列內(nèi)各片集熱器流體流動均勻，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)明還具有簡單、可靠、成本低等優(yōu)點。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。
圖1為本發(fā)明實施例中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。
具體實施例方式
實施例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)，增大流體流動的阻力系數(shù)，減小流體的流量。
本實施例的集熱器(1)為公知的平板集熱器，節(jié)流元件(2)為帶通孔的圓形薄板，直接裝于兩相鄰集熱器(1)的集管(4)連接口之間，并通過膠管3連接固定。
本集熱器陣列工作時，節(jié)流元件設(shè)置于圖中A、B、Y、Z四個集管連接處。其中A、B兩處的節(jié)流元件，限制了第一、二片集熱器的流量，使第一、二片集熱器中過大的流體流量減??；Y、Z兩處的節(jié)流元件，限制了第5、6片集熱器的流量，使第5、6片集熱器中過大的流體流量減小，使得集熱器陣列的流體流動趨于均勻化。
實施例2如圖1、2所示，在10片集熱器(1)組成的陣列中，在靠近流體進口的4片集熱器1之間的各匯流集管連接A、B、C處設(shè)置節(jié)流元件(2)，增大流體流動的阻力系數(shù)，減小流體的流量；在靠近流體出口的4片集熱器(1)之間的各分流集管連接處X、Y、Z處設(shè)置節(jié)流元件(2)，增大流體流動的阻力系數(shù)，減小流體的流量。
本實施例的集熱器為公知的平板集熱器，節(jié)流元件(2)為帶通孔的圓形薄板，直接裝于兩相鄰集熱器(1)的集管(4)連接口之間，并通過膠管(3)連接固定。
本集熱器陣列工作時，6個節(jié)流元件(2)分別設(shè)置于圖中A、B、C、X、Y、Z六個集管連接處。其中A、B、C三處的節(jié)流元件，限制了第1、2、3片集熱器(1)的流量，使第一、二、三片集熱器中過大的流體流量減?。籜、Y、Z三處的節(jié)流元件(2)，限制了第8、9、10片集熱器(1)的流量，使第8、9、10片集熱器(1)中過大的流體流量減小，使得集熱器陣列的流體流動趨于均勻化。
權(quán)利要求
1.一種集熱器陣列流體流動均勻化的方法，其特征在于在集熱器陣列中，靠近流體進口處的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，以增大流體流動的阻力系數(shù)，減小流體的流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集熱器陣列流體流動均勻化的方法，其特征在于所述節(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。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽集熱器陣列流體流動均勻化的方法，屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。在集熱器陣列中，靠近流體進口的幾片集熱器之間的各匯流集管連接處設(shè)置節(jié)流元件，增大流體流動的阻力系數(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連接處設(shè)置節(jié)流元件，增大流體流動的阻力系數(shù)，減小流體的流量。本發(fā)明利用在集熱器集管連接處設(shè)置節(jié)流元件的方式，使得集熱器陣列的流體流動趨于均勻化，具有方法簡單實用、可顯著提高系統(tǒng)熱效率、成本低等優(yōu)點，特別適合于太陽能與建筑一體化系統(tǒng)應(yīng)用。
文檔編號F24J2/46GK101070998SQ20071006585
公開日2007年11月14日 申請日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月8日
發(fā)明者胡明輔, 呂云, 別玉 申請人:昆明理工大學