專利名稱：一種平板型太陽能空氣集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能空氣熱利用設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種平板型太陽能空氣集熱器。
背景技術(shù)：
太陽能集熱器是太陽能供熱系統(tǒng)中的重要設(shè)備，它收集太陽能使之轉(zhuǎn)換為熱能， 太陽能供熱系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率的高低主要取決于集熱器的性能。目前，太陽能集熱器有平板型、真空管型和聚光型三類，相對于真空管型太陽能集熱器和聚光型太陽能集熱器而言，平板型太陽能集熱器具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、造價(jià)低的特點(diǎn)，在成本、安全性、使用壽命和與建筑的匹配程度上都比真空管型太陽能集熱器和聚光型太陽能集熱器具有更大的優(yōu)勢。一般采用平板型太陽能集熱器，分為空氣型和液體型兩大類。在太陽能熱利用技術(shù)中，采用空氣作為集熱介質(zhì)相較于采用液體作為集熱介質(zhì)，具有不需防結(jié)冰、不需防微小滲漏、重量輕承壓小、不需防腐、不需增加中間換熱器等優(yōu)勢，可以有效減少系統(tǒng)部件數(shù)目并降低成本。因此，在各種太陽能集熱器中，發(fā)展平板型太陽能空氣集熱器具有很好的前景。一般而言，平板型太陽能空氣集熱器由框架、玻璃蓋板(或別的透明材料)、吸熱板和保溫材料組成，空氣直接流過玻璃蓋板與吸熱板之間，被加熱空氣通過玻璃蓋板與環(huán)境間的自然對流換熱很大，同時(shí)吸熱板對外界環(huán)境的紅外輻射也比較大，兩者造成很大的集熱效率損失。目前普通的平板型太陽能空氣集熱器的集熱效率低于50%。因此，目前需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個(gè)技術(shù)問題就是提供一種能降低熱損失，提高集熱效率的平板型太陽能空氣集熱器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能降低熱損失，提高集熱效率的平板型太陽能空氣集熱器。為了解決上述問題，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種平板型太陽能空氣集熱器，包括蓋板(2)和底板(6)；設(shè)置在蓋板(2)和底板(6)之間的吸熱板(4)；設(shè)置在蓋板⑵和吸熱板⑷之間的透明隔板(3)；其中，空氣從所述蓋板O)與透明隔板C3)形成的第一預(yù)熱層流入。優(yōu)選的，所述平板型太陽能空氣集熱器中，空氣從第一預(yù)熱層流入后，經(jīng)透明隔板 (3)與吸熱板(4)形成的一次加熱層，從吸熱板(4)與底板(6)形成的二次加熱層流出。優(yōu)選的，所述的平板型太陽能空氣集熱器還包括設(shè)置在所述底板(6)和吸熱板⑷之間的普通隔板(7)。優(yōu)選的，所述平板型太陽能空氣集熱器中，空氣從第一預(yù)熱層流入后，從透明隔板(3)與吸熱板(4)形成的第一加熱層流出；以及，另一路空氣從所述底板(6)與普通隔板(7)形成的第二預(yù)熱層流入，從普通隔板 (7)與吸熱板(4)形成的第二加熱層流出。優(yōu)選的，所述底板(6)外部設(shè)置有保溫材料；所述第一預(yù)熱層中設(shè)置有導(dǎo)流板，所述一次加熱層和/或二次加熱層中設(shè)置有翅片。優(yōu)選的，所述第一預(yù)熱層和/或第二預(yù)熱層中設(shè)置有導(dǎo)流板，所述第一加熱層和/ 或第二加熱層中設(shè)置有翅片；底板(6)外部未設(shè)置有保溫材料。優(yōu)選的，所述透明隔板為對可見光透射率大于90%，并且對紅外輻射透射率小于 90%的隔板。優(yōu)選的，所述透明隔板為對可見光透射率大于90%，并且對紅外輻射透射率小于 20%的隔板。優(yōu)選的，所述普通隔板為不透明隔板。本發(fā)明實(shí)施例還公開了一種平板型太陽能空氣集熱器，包括至少三組順次連接的集熱器箱體；其中，每組集熱器箱體包括蓋板( 和底板(6)；設(shè)置在蓋板( 和底板(6)之間的吸熱板⑷；設(shè)置在蓋板⑵和吸熱板⑷之間的透明隔板⑶；空氣從一組集熱器箱體的蓋板O)與透明隔板C3)形成的第一預(yù)熱層流入，經(jīng)另一組集熱器箱體的透明隔板C3)與吸熱板(4)形成的一次加熱層，從再一組集熱器箱體的吸熱板(4)與底板(6)形成的二次加熱層流出。優(yōu)選的，所述平板型太陽能空氣集熱器中，空氣在所述至少三組順次連接的集熱器箱體中以順流方式進(jìn)行流動(dòng)。本發(fā)明實(shí)施例還公開了一種平板型太陽能空氣集熱器，包括至少兩組順次連接的集熱器箱體；其中，每組集熱器箱體包括蓋板( 和底板(6)；設(shè)置在蓋板( 和底板(6)之間的吸熱板(4)；設(shè)置在蓋板(2)和吸熱板(4)之間的透明隔板(3)；設(shè)置在所述底板(6) 和吸熱板⑷之間的普通隔板(7)；一路空氣從一組集熱器箱體的蓋板O)與透明隔板C3)形成的第一預(yù)熱層流入， 從另一組集熱器箱體的透明隔板C3)與吸熱板(4)形成的第一加熱層流出；另一路空氣從一組集熱器箱體的底板(6)與普通隔板(7)形成的第二預(yù)熱層流入；從另一組集熱器箱體的普通隔板(7)與吸熱板(4)形成的第二加熱層流出。優(yōu)選的，所述平板型太陽能空氣集熱器中，空氣在所述至少兩組順次連接的集熱器箱體中空氣以順流方式進(jìn)行流動(dòng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明實(shí)施例通過氣膜冷卻原理有效降低平板型太陽能空氣集熱器中被加熱空氣與環(huán)境的自然對流換熱，以及，吸熱板對環(huán)境的紅外輻射，從機(jī)理上改進(jìn)了平板空氣集熱器的集熱效果，在極低成本的前提下比普通的集熱器效率提高了 20%以上。本發(fā)明實(shí)施例突破了平板空氣集熱器的效率瓶頸，使得具有成本低、安全性高等多種優(yōu)勢的平板空氣集熱器在效率上比其它類型和工質(zhì)的集熱器更有優(yōu)勢。本發(fā)明因此可以推廣到供暖，干燥等多種家用和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，具有非常廣闊的市場前景。


圖1是本發(fā)明的一種平板型太陽能空氣集熱器實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖1所示實(shí)施例1的CFD模擬結(jié)果示意圖；圖3是本發(fā)明的一種導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的一種吸熱板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的一種平板型太陽能空氣集熱器實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)圖；圖6是圖5所示實(shí)施例2的CFD模擬結(jié)果示意圖；圖7是本發(fā)明的一種平板型太陽能空氣集熱器實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)圖；圖8是圖7所示實(shí)施例3的CFD模擬結(jié)果示意圖；圖9是本發(fā)明的一種平板型太陽能空氣集熱器實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明實(shí)施例的核心構(gòu)思之一在于，通過氣膜冷卻原理有效降低平板型太陽能空氣集熱器中被加熱空氣與環(huán)境的自然對流換熱，以及，吸熱板對環(huán)境的紅外輻射。在極低成本的前提下，將平板型空氣集熱器的集熱效率提高至70%以上。參考圖1，示出了本發(fā)明的一種平板型太陽能空氣集熱器實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)框圖，在本實(shí)施例中，所述平板型太陽能空氣集熱器包括入風(fēng)口 1、蓋板2、透明隔板3、吸熱板4、 出風(fēng)口 5和底板6。采用本實(shí)施例，冷空氣通過入風(fēng)口 1首先進(jìn)入蓋板2與透明隔板3形成的第一預(yù)熱層，由于冷空氣溫度低，因此蓋板的溫度較低，從而蓋板向外界環(huán)境的散熱較少；此外，由于蓋板2和透明隔板3的溫差不大，遏制了第一預(yù)熱層中空氣與外界環(huán)境的自然對流，第一預(yù)熱層中空氣主要為層流。經(jīng)第一預(yù)熱層預(yù)熱后的空氣進(jìn)入透明隔板3和吸熱板4形成的一次加熱層，空氣被吸熱板4加熱，一次加熱層中空氣自然對流較強(qiáng)，湍流加劇，但熱量主要傳遞給一次加熱層中的空氣，部分熱量通過透明隔板散到第一預(yù)熱層，被第一預(yù)熱層中的空氣回收。同時(shí)，透明隔板3可以采用對可見光透射率較大而對紅外輻射透射率較小的隔板，比如去鐵玻璃(超白玻璃)，可見光透射率92 %，紅外透射率10 % ；可見光透射率應(yīng)在90%以上且越高越好，紅外透射率應(yīng)在90%以下且越低越好，優(yōu)選低于20%， 因此吸熱板4的紅外輻射被透明隔板3及第一預(yù)熱層的空氣吸收或反射，輻射損失降低。 加熱后的空氣進(jìn)入吸熱板4和底板6形成的二次加熱層，繼續(xù)被吸熱板4加熱，在具體實(shí)現(xiàn)中，底板6上通常設(shè)置有保溫材料以保溫，最終高溫空氣從出風(fēng)口 5流出。本實(shí)施例1的基本原理為，通過在蓋板的下表面維持一層低溫空氣，從而維持蓋板的較低溫度，降低蓋板向外界的散熱。對本實(shí)施例1內(nèi)部空氣傳熱情況的CFD (Computational Fluid Dynamics，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))模擬結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，在第一預(yù)熱層中，空氣以流動(dòng)方向的強(qiáng)制對流為主，自然對流很小，向環(huán)境的對流散熱不大，與理論結(jié)果相吻合。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，還可以在所述第一預(yù)熱層中設(shè)置導(dǎo)流板。
參考圖3所示的導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)示意圖，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述導(dǎo)流板8 可以設(shè)置在入風(fēng)口 1處，采用八字形結(jié)構(gòu)，空氣從導(dǎo)流板中間流入，所述導(dǎo)流板將部分空氣導(dǎo)流至與側(cè)壁接觸，使集熱器側(cè)壁、死角等部位都有空氣流經(jīng)，熱量被空氣吸收，從而達(dá)到層流效果，使空氣充分預(yù)熱而集熱器側(cè)壁充分冷卻，從而有效降低空氣流入時(shí)集熱器的死角、側(cè)壁等部位造成的熱損失，提高集熱效率。如圖3所示，在具體實(shí)現(xiàn)中，可以根據(jù)第一預(yù)熱層的寬度(通常表現(xiàn)為集熱器的寬度)，在水平方向上并列設(shè)置多個(gè)導(dǎo)流板8，在這種情況下，所述多個(gè)導(dǎo)流板可連通多個(gè)入風(fēng)口 1，空氣可以從所述多個(gè)導(dǎo)流板8中間流入第一預(yù)熱層。在本發(fā)明實(shí)施例中更為優(yōu)選的是，還可以在所述多個(gè)導(dǎo)流板8之間設(shè)置水平方向上的分隔板9，從而使第一預(yù)熱層中的空氣預(yù)熱更加均勻。在具體應(yīng)用中，所述第一預(yù)熱層的導(dǎo)流板8可以粘附于蓋板下，或者，可以粘附于透明隔板上，或者，還可以獨(dú)立、可拆卸地設(shè)置在第一預(yù)熱層中，本發(fā)明對此無需加以限制。在本發(fā)明一種更為優(yōu)選的實(shí)施例中，為增加換熱，在所述一次加熱層和/或二次加熱層中還可以設(shè)置翅片，當(dāng)空氣進(jìn)入一次加熱層和/或二次加熱層時(shí)，經(jīng)過所述翅片折流，可以增加流程從而增加換熱，并且翅片同時(shí)也可以作為導(dǎo)流板，從而更進(jìn)一步提高集熱效率。參考圖4所示本發(fā)明的一種吸熱板的結(jié)構(gòu)示意圖，所述翅片10可以設(shè)置在吸熱板4 之上，在具體實(shí)現(xiàn)中，所述翅片10還可以設(shè)置在吸熱板4之下(圖中未示出)，或者獨(dú)立、可拆卸地設(shè)置于一次加熱層和/或二次加熱層中。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員依據(jù)實(shí)際情況任何設(shè)置所述翅片均可，本發(fā)明對此無需加以限制。參考圖5，示出了本發(fā)明的一種平板型太陽能空氣集熱器實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)圖，在本實(shí)施例中，所述平板型太陽能空氣集熱器包括上下兩個(gè)入風(fēng)口 1、蓋板2、透明隔板3、吸熱板4、上下兩個(gè)出風(fēng)口 5、底板6和普通隔板7。采用本實(shí)施例，一路冷空氣通過上面的入風(fēng)口 1進(jìn)入蓋板2和透明隔板3形成的第一預(yù)熱層，另一路冷空氣通過下面的入風(fēng)口 1進(jìn)入底板6與普通隔板7形成的第二預(yù)熱層；由于蓋板2和透明隔板3，以及，底板6與普通隔板7的溫差不大，遏制了第一預(yù)熱層、第二預(yù)熱層中空氣與外界環(huán)境的自然對流，第一預(yù)熱層、第二預(yù)熱層中的空氣主要為層流。經(jīng)第一預(yù)熱層預(yù)熱后的一路空氣進(jìn)入透明隔板3和吸熱板4形成的第一加熱層進(jìn)行加熱，經(jīng)第二預(yù)熱層預(yù)熱后的另一路空氣進(jìn)入吸熱板4和普通隔板7形成的第二加熱層進(jìn)行加熱，第一加熱層和第二加熱層中空氣自然對流較強(qiáng)， 湍流加劇，但熱量主要傳遞給第一預(yù)熱層和第二預(yù)熱層中的空氣；同時(shí)，透明隔板3可以采用對可見光透射率很大而對紅外輻射透射率較小的隔板，普通隔板7可以采用不透明隔板如鐵皮，因此，吸熱板4的紅外輻射被透明隔板3和普通隔板7及第一預(yù)熱層、第二預(yù)熱層的空氣吸收或反射，輻射損失降低。本實(shí)施例2的基本原理為，通過在集熱器玻璃蓋板的下表面維持一層低溫空氣， 從而維持玻璃蓋板的較低溫度，降低玻璃蓋板向外界的散熱；此外，在集熱器的下底面處， 也維持一層低溫空氣，從而降低底板向外界的散熱。相較于前述實(shí)施例1而言，本實(shí)施例2 的優(yōu)勢在于底部也采用了氣膜冷卻，因此底板上的保溫材料可以用量很少甚至不用。對本實(shí)施例2內(nèi)部空氣傳熱情況的CFD模擬結(jié)果如圖6所示?？梢钥闯?，在第一預(yù)熱層和第二預(yù)熱層中，空氣向環(huán)境的對流散熱不大，與理論結(jié)果相吻合。不論是底部還是頂部都實(shí)現(xiàn)了低溫，高溫空氣被限制在中間兩層。
當(dāng)然，由于在本實(shí)施例中，一個(gè)加熱板對兩個(gè)通道的空氣進(jìn)行加熱，因此，為了達(dá)到和實(shí)施例1相近似的出口溫度，則需要控制各個(gè)通道空氣進(jìn)入的流量和流速。在這兩個(gè)實(shí)施例中，雖然流量和流速的控制參數(shù)不同，但是都能夠大大減少熱量向周圍環(huán)境的散熱損失。進(jìn)一步，對于前述的兩個(gè)通道(包括上面的入風(fēng)口和上面的出風(fēng)口形成的一個(gè)通道以及下面的入風(fēng)口和下面的出風(fēng)口形成的另一個(gè)通道)而言，其可以為兩個(gè)獨(dú)立的加熱供氣通道。作為另一種實(shí)現(xiàn)方式，這兩個(gè)通道也可以為一個(gè)整體，即冷空氣從統(tǒng)一入口進(jìn)來后被分為兩個(gè)通道進(jìn)行加熱，加熱后的熱空氣然后又匯總到一個(gè)統(tǒng)一出口送出。本領(lǐng)域技術(shù)人員依據(jù)實(shí)際情況任何設(shè)置均可，本發(fā)明對此不作限制。參考圖3所示的導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)示意圖，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述導(dǎo)流板8 可以設(shè)置在上下兩個(gè)入風(fēng)口 1處，采用八字形結(jié)構(gòu)，空氣從導(dǎo)流板流入，所述導(dǎo)流板將部分空氣導(dǎo)流至與側(cè)壁接觸，使集熱器側(cè)壁、死角等部位都有空氣流經(jīng)，熱量被空氣吸收，從而達(dá)到層流效果，使空氣充分預(yù)熱，從而有效降低空氣流入時(shí)集熱器的死角、側(cè)壁等部位造成的熱損失，提高集熱效率。在具體實(shí)現(xiàn)中，可以根據(jù)第一預(yù)熱層、第二預(yù)熱層的寬度(通常表現(xiàn)為集熱器的寬度)，在水平方向上并列設(shè)置多個(gè)導(dǎo)流板8，在這種情況下，所述多個(gè)導(dǎo)流板可連通多個(gè)入風(fēng)口，空氣可以從所述多個(gè)導(dǎo)流板8中間流入第一預(yù)熱層、第二預(yù)熱層。在本發(fā)明實(shí)施例中更為優(yōu)選的是，還可以在所述多個(gè)導(dǎo)流板8之間設(shè)置水平方向上的分隔板9，從而使第一預(yù)熱層和第二預(yù)熱層中的空氣預(yù)熱更加均勻。在具體應(yīng)用中，所述第一預(yù)熱層的導(dǎo)流板8可以粘附于蓋板下，或者，可以粘附于透明隔板上，或者，還可以獨(dú)立、可拆卸地設(shè)置在第一預(yù)熱層中；所述第二預(yù)熱層的導(dǎo)流板可以粘附于透明隔板下，或者，可以粘附于底板上，或者，還可以獨(dú)立、可拆卸地設(shè)置在第二預(yù)熱層中，本發(fā)明對此無需加以限制。在本發(fā)明一種更為優(yōu)選的實(shí)施例中，為增加換熱，在所述第一加熱層和/或第二加熱層中還可以上設(shè)置翅片，翅片同時(shí)也可以作為導(dǎo)流板，當(dāng)空氣進(jìn)入第一加熱層和/或第二加熱層時(shí)，經(jīng)過所述翅片折流，可以增加流程從而增加換熱，更進(jìn)一步提高集熱效率。 參考圖4所示本發(fā)明的一種吸熱板的結(jié)構(gòu)示意圖，所述翅片10可以設(shè)置在吸熱板4之上， 在具體實(shí)現(xiàn)中，所述翅片10還可以設(shè)置在吸熱板4之下(圖中未示出)，或者獨(dú)立、可拆卸地設(shè)置于第一加熱層和/或第二加熱層中。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員依據(jù)實(shí)際情況任何設(shè)置所述翅片均可，本發(fā)明對此無需加以限制。參考圖7，示出了本發(fā)明的一種平板型太陽能空氣集熱器實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)圖，在本實(shí)施例中，所述平板型太陽能空氣集熱器包括至少三組順次連接的集熱器箱體101、102和 103。參考圖1，每組集熱器箱體具體可以包括蓋板2和底板6 ；設(shè)置在蓋板2和底板6之間的吸熱板4 ；設(shè)置在蓋板2和吸熱板4之間的透明隔板3。在本實(shí)施例中，空氣從一組集熱器箱體的蓋板2與透明隔板3形成的第一預(yù)熱層流入，經(jīng)另一組集熱器箱體的透明隔板3與吸熱板4形成的一次加熱層，從再一組集熱器箱體的吸熱板4與底板6形成的二次加熱層流出。各組集熱器箱體的具體結(jié)構(gòu)可以參考前述實(shí)施例1，在此不再贅述。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，空氣在所述至少三組順次連接的集熱器箱體中以順流方式進(jìn)行流動(dòng)。為了完成順流，至少需要三組集熱器箱體。每組集熱器箱體都有一個(gè)冷空氣入口和一個(gè)熱空氣出口，即最后一層的出口。關(guān)鍵在于，每組集熱器箱體的第二層的流體都來自上一組集熱器箱體的第一層，而第三層的流體都來自于上一組集熱器箱體的第二層。三個(gè)箱體即可形成一個(gè)循環(huán)。如圖6所示，采用本實(shí)施例，冷空氣從第一集熱器箱體101的第一預(yù)熱層流入，經(jīng)第二集熱器箱體102的一次加熱層，從第三集熱器箱體103的二次加熱層流出。同時(shí)，另一路冷空氣從第三集熱器箱體103的第一預(yù)熱層流入，經(jīng)第一集熱器箱體101的一次加熱層， 從第二集熱器箱體102的二次加熱層流出。同時(shí)，又一路冷空氣從第二集熱器箱體102的第一預(yù)熱層流入，經(jīng)第三集熱器箱體103的一次加熱層，從第一集熱器箱體101的二次加熱層流出ο本實(shí)施例3相較于前述實(shí)施例1而言，采用了順流的方式，即實(shí)施例1中不同層的流體流動(dòng)為相反方向，從而造成較大換熱，但實(shí)施例3采用順流式，三層流道內(nèi)的每一層流動(dòng)為同一方向，從而層與層之間的換熱減弱，有利于保存熱量。當(dāng)然，上述三組集熱器箱體的應(yīng)用僅僅在本發(fā)明中用作示例，在具體實(shí)現(xiàn)中，針對大規(guī)模應(yīng)用可以采用三組以上的集熱器箱體，并且，所述集熱器箱體之間的連接可以不是直接相鄰，還可以通過管路(通風(fēng)管道)聯(lián)通，具體可由本領(lǐng)域技術(shù)人員依據(jù)情況設(shè)置，本發(fā)明對此不作限制。對本實(shí)施例3內(nèi)部空氣傳熱情況的CFD模擬結(jié)果如圖8所示?？梢钥闯觯陧樍魇降牡谝活A(yù)熱層、一次加熱層和二次加熱層中，換熱有效減弱，與理論結(jié)果相吻合。由于選擇了順流方式，與實(shí)例1和實(shí)例2相比，集熱器同一位置(如左側(cè)低溫端和右側(cè)高溫端)三層間的溫差均較小，且流體不再需要在兩頭壁面處折流，因而流體分層得以保持，垂直方向自然對流有所減弱，進(jìn)一步起到了遏制垂直方向自然對流散熱的作用。在具體實(shí)現(xiàn)中，空氣也可以在所述至少三組順次連接的集熱器箱體中以逆流的方式進(jìn)行流動(dòng)，如冷空氣從第一集熱器箱體的第一預(yù)熱層流入，在第二集熱器箱體的一次加熱層逆流，然后從第三集熱器箱體的二次加熱層中順流而出。這種實(shí)現(xiàn)方式同樣也可以取得降低熱損失，提高集熱效率的技術(shù)效果。參考圖9，示出了本發(fā)明的一種平板型太陽能空氣集熱器實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖， 在本實(shí)施例中，所述平板型太陽能空氣集熱器包括至少兩組順次連接的集熱器箱體201和 202。參考圖5，每組集熱器箱體具體可以包括蓋板2和底板6 ；設(shè)置在蓋板2和底板6之間的吸熱板4 ；設(shè)置在蓋板2和吸熱板4之間的透明隔板3 ；設(shè)置在所述底板6和吸熱板4 之間的普通隔板7。在本實(shí)施例中，一路空氣從一組集熱器箱體的蓋板2與透明隔板3形成的第一預(yù)熱層流入，從另一組集熱器箱體的透明隔板3與吸熱板4形成的第一加熱層流出；另一路空氣從一組集熱器箱體的底板6與普通隔板7形成的第二預(yù)熱層流入；從另一組集熱器箱體的普通隔板7與吸熱板4形成的第二加熱層流出。各組集熱器箱體的具體結(jié)構(gòu)可以參考前述實(shí)施例2，在此不再贅述。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，空氣在所述至少兩組順次連接的集熱器箱體中以順流方式進(jìn)行流動(dòng)。為了完成順流，至少需要兩組集熱器箱體。每組集熱器箱體都有兩個(gè)冷空氣入口和兩個(gè)熱空氣出口。關(guān)鍵在于，每組集熱器箱體的加熱層(包括第一加熱層、第
9二加熱層)的流體都來自上一組集熱器箱體的預(yù)熱層(包括第一預(yù)熱層、第二預(yù)熱層)，兩個(gè)箱體即可形成一個(gè)循環(huán)。如圖9所示，采用本實(shí)施例，冷空氣從第一集熱器箱體201的第一預(yù)熱層、第二預(yù)熱層流入，經(jīng)第二集熱器箱體202的第一加熱層、第二加熱層流出。同時(shí)，另一路冷空氣從第二集熱器箱體202的第一預(yù)熱層、第二預(yù)熱層流入，從第一集熱器箱體201的第一加熱層、第二加熱層流出。本實(shí)施例4相較于前述實(shí)施例2而言，采用了順流的方式，即實(shí)施例2中不同層的流體流動(dòng)為相反方向，從而造成較大換熱，但實(shí)施例4采用順流式，兩層流道內(nèi)的每一層流動(dòng)為同一方向，從而層與層之間的換熱減弱，有利于保存熱量。當(dāng)然，上述兩組集熱器箱體的應(yīng)用僅僅在本發(fā)明中用作示例，在具體實(shí)現(xiàn)中，針對大規(guī)模應(yīng)用可以采用兩組以上的集熱器箱體，并且，所述集熱器箱體之間的連接可以不是直接相鄰，還可以通過管路(通風(fēng)管道)聯(lián)通，具體可由本領(lǐng)域技術(shù)人員依據(jù)情況設(shè)置，本發(fā)明對此不作限制。在具體實(shí)現(xiàn)中，空氣也可以在所述至少兩組順次連接的集熱器箱體中以逆流的方式進(jìn)行流動(dòng)，如冷空氣從第一集熱器箱體的第一預(yù)熱層、第二預(yù)熱層流入，從第二集熱器箱體的第一加熱層、第二加熱層逆流而出。這種實(shí)現(xiàn)方式同樣也可以取得降低熱損失，提高集熱效率的技術(shù)效果。本發(fā)明實(shí)施例在具體實(shí)現(xiàn)中，所述蓋板可以采用鋼化玻璃蓋板，其余各面設(shè)置保溫材料減少散熱。更為優(yōu)選的是，所述平板型太陽能空氣集熱器可以根據(jù)陽光輻照角度變更安裝傾角，并加裝反光板聚集輻照，以起到增加入射強(qiáng)度的作用。在具體應(yīng)用中，可根據(jù)需求制造不同面積的平板型太陽能空氣集熱器，如lm*aii 的矩形。集熱器每層厚度可以參考如下取值預(yù)熱層(包括第一預(yù)熱層、第二預(yù)熱層) l-3cm ；加熱層(包括一次加熱層、二次加熱層、第一加熱層、第二加熱層):4-6cm ；此外，底板上所設(shè)置的保溫層，根據(jù)保溫材料不同，約為2-6cm。以下通過一次具體的實(shí)驗(yàn)測試情況，進(jìn)一步說明本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)行情況和所能取得的良好效果。本次實(shí)驗(yàn)中，所述平板型太陽能空氣集熱器(以下簡稱“集熱器”)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。集熱器面積為lm*50cm，每層厚度為km，進(jìn)出風(fēng)口為2cm*30cm的矩形。鋼化玻璃蓋板與透明隔板對太陽光的透射率均為90%以上，吸熱板對太陽光的吸收率為91%。同時(shí)， 在集熱器側(cè)面與底部增加硅膠與泡沫等保溫材料，在吸熱板的兩側(cè)增加翅片以增加換熱面積。集熱器平放于地面并被太陽光輻照，實(shí)驗(yàn)中設(shè)置一臺(tái)普通的平板型太陽能空氣集熱器作為對照。集熱器的入口處通過風(fēng)扇提供一定風(fēng)速的風(fēng)，實(shí)驗(yàn)中利用熱電偶測量進(jìn)口溫度 Tin與出口溫度Tout，利用太陽能功率計(jì)測量垂直于集熱器吸熱板的入射太陽輻射強(qiáng)度I， 利用風(fēng)速計(jì)測量出口的風(fēng)速V。集熱器的集熱效率通過如下公式計(jì)算
η = CpXvXsX P X (Tout-Tin)/(IXS) 其中，η為集熱器效率，Cp為空氣的定壓質(zhì)量熱容1.00 !/(kg*K)，ν為出口風(fēng)速，s為出風(fēng)口面積60cm3，P為空氣密度U93g/L，S為實(shí)際吸熱板積，本實(shí)例中為0. 45m2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。其中在I = 790ff/m2的輻照條件下對比了兩種集熱器的效率，之后在進(jìn)一步改進(jìn)本發(fā)明的各項(xiàng)性能后(比如，增加導(dǎo)流板，和/或，增加一倍的翅片數(shù)量等)，在590W/m2的輻照條件下進(jìn)行了第二次效率測試表 1
實(shí)驗(yàn)結(jié)果普通集熱器本發(fā)明不加導(dǎo)流板的集熱器本發(fā)明加導(dǎo)流板的集熱器垂直輻照強(qiáng)度(W/m2)790785590出口流量(L/s )666入口溫度(V)202221出口溫度(V)4552.545集熱器效率54.8%67.3%70.5%可以看到，本發(fā)明在基本相同的輻照條件下比普通的平板空氣集熱器效率提高了 20%左右，經(jīng)進(jìn)一步優(yōu)化后的集熱器效率達(dá)到70%。經(jīng)過多次測量，本發(fā)明的集熱效率比較穩(wěn)定。在通過發(fā)射聚光手段提高輻射強(qiáng)度達(dá)到1200W/m2時(shí)，出口溫度可以達(dá)到70°C以上， 在中低溫段不存在明顯的溫度瓶頸。在具體應(yīng)用中，太陽輻射強(qiáng)度可任意變化，集熱器效率比較穩(wěn)定。集熱器可根據(jù)陽光直射角度調(diào)整仰角?；究梢匀旌蚴褂?，室外溫度為零下50°C至零上50°C之間，流質(zhì)溫度可達(dá)100°C以上?？諝饬魉俜秶?. lm/s-lOm/s，集熱器效率隨流速不同而變化。本發(fā)明利用太陽能加熱空氣后，在多個(gè)領(lǐng)域可以得到應(yīng)用。例如熱風(fēng)供暖，熱風(fēng)干燥等。具體而言，我國北方采暖系統(tǒng)多采用熱水系統(tǒng)，本身需要管道防凍裂等保護(hù)措施， 利用空氣熱風(fēng)供暖，可以大大降低防凍裂等安全措施的成本，是現(xiàn)有供暖系統(tǒng)的重要替代。 我國南方也擁有巨大的市場潛力。近年南方低溫天氣日益增加，供暖需求越來越大。而由于充足的太陽能供給和相對較高的環(huán)境溫度，太陽能空氣集熱供暖是南方最適宜的供暖形式。現(xiàn)在南方多個(gè)省市開始考慮開始區(qū)域供暖，如果抓住此機(jī)會(huì)進(jìn)入南方供暖市場，利用本產(chǎn)品集熱效率的優(yōu)勢，會(huì)有很大的市場回報(bào)。再者，空氣干燥需求大能耗高，糧食，果品，木材等干燥工藝都是耗能大戶。進(jìn)一步的，目前城市大量產(chǎn)生的垃圾，以及大量污泥等在進(jìn)行焚燒或者堆肥等處理之前都必須干燥。在干燥過程中會(huì)消耗大量的能量，利用太陽能加熱空氣制造熱風(fēng)干燥污泥，可以大量減少能耗。這部分潛力很大。以上對本發(fā)明所提供的一種平板型太陽能空氣集熱器進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
1權(quán)利要求
1.一種平板型太陽能空氣集熱器，其特征在于，包括 蓋板(2)和底板(6)；設(shè)置在蓋板( 和底板(6)之間的吸熱板(4)；設(shè)置在蓋板⑵和吸熱板⑷之間的透明隔板⑶；其中，空氣從所述蓋板( 與透明隔板C3)形成的第一預(yù)熱層流入。
2.如權(quán)利要求1所述的平板型太陽能空氣集熱器，其特征在于，空氣從第一預(yù)熱層流入后，經(jīng)透明隔板(3)與吸熱板(4)形成的一次加熱層，從吸熱板 (4)與底板(6)形成的二次加熱層流出。
3.如權(quán)利要求1所述的平板型太陽能空氣集熱器，其特征在于，還包括 設(shè)置在所述底板(6)和吸熱板(4)之間的普通隔板(7)。
4.如權(quán)利要求3所述的平板型太陽能空氣集熱器，其特征在于，空氣從第一預(yù)熱層流入后，從透明隔板C3)與吸熱板(4)形成的第一加熱層流出； 以及，另一路空氣從所述底板(6)與普通隔板(7)形成的第二預(yù)熱層流入，從普通隔板(7) 與吸熱板(4)形成的第二加熱層流出。
5.如權(quán)利要求2所述的平板型太陽能空氣集熱器，其特征在于，所述底板(6)外部設(shè)置有保溫材料；所述第一預(yù)熱層中設(shè)置有導(dǎo)流板，所述一次加熱層和/或二次加熱層中設(shè)置有翅片。
6.如權(quán)利要求4所述的平板型太陽能空氣集熱器，其特征在于，所述第一預(yù)熱層和/或第二預(yù)熱層中設(shè)置有導(dǎo)流板，所述第一加熱層和/或第二加熱層中設(shè)置有翅片；底板(6)外部未設(shè)置有保溫材料。
7.如權(quán)利要求1——6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的平板型太陽能空氣集熱器，其特征在于，所述透明隔板為對可見光透射率大于90%，并且對紅外輻射透射率小于90%的隔板。
8.如權(quán)利要求1——6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的平板型太陽能空氣集熱器，其特征在于，所述透明隔板為對可見光透射率大于90%，并且對紅外輻射透射率小于20%的隔板。
9.如權(quán)利要求3、4或6所述的平板型太陽能空氣集熱器，其特征在于，所述普通隔板為不透明隔板。
10.一種平板型太陽能空氣集熱器，其特征在于，包括 至少三組順次連接的集熱器箱體；其中，每組集熱器箱體包括蓋板( 和底板(6)；設(shè)置在蓋板( 和底板(6)之間的吸熱板⑷；設(shè)置在蓋板⑵和吸熱板⑷之間的透明隔板⑶；空氣從一組集熱器箱體的蓋板O)與透明隔板C3)形成的第一預(yù)熱層流入，經(jīng)另一組集熱器箱體的透明隔板C3)與吸熱板(4)形成的一次加熱層，從再一組集熱器箱體的吸熱板(4)與底板(6)形成的二次加熱層流出。
11.如權(quán)利要求10所述的平板型太陽能空氣集熱器，其特征在于，空氣在所述至少三組順次連接的集熱器箱體中以順流方式進(jìn)行流動(dòng)。
12.—種平板型太陽能空氣集熱器，其特征在于，包括 至少兩組順次連接的集熱器箱體；其中，每組集熱器箱體包括蓋板( 和底板(6)；設(shè)置在蓋板( 和底板(6)之間的吸熱板；設(shè)置在蓋板(2)和吸熱板(4)之間的透明隔板(3)；設(shè)置在所述底板(6)和吸熱板⑷之間的普通隔板(7)；一路空氣從一組集熱器箱體的蓋板( 與透明隔板C3)形成的第一預(yù)熱層流入，從另一組集熱器箱體的透明隔板C3)與吸熱板(4)形成的第一加熱層流出；另一路空氣從一組集熱器箱體的底板(6)與普通隔板(7)形成的第二預(yù)熱層流入；從另一組集熱器箱體的普通隔板(7)與吸熱板(4)形成的第二加熱層流出。
13.如權(quán)利要求12所述的平板型太陽能空氣集熱器，其特征在于，空氣在所述至少兩組順次連接的集熱器箱體中空氣以順流方式進(jìn)行流動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種平板型太陽能空氣集熱器，包括蓋板(2)和底板(6)；設(shè)置在蓋板(2)和底板(6)之間的吸熱板(4)；設(shè)置在蓋板(2)和吸熱板(4)之間的透明隔板(3)；其中，空氣從所述蓋板(2)與透明隔板(3)形成的第一預(yù)熱層流入。本發(fā)明能降低熱損失，有效提高集熱效率。
文檔編號F24J2/46GK102419012SQ20111028866
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者王昊, 趙晨 申請人:北京大學(xué), 北京綠色熵達(dá)科技有限公司