一種板翅式太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種板翅式太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能領(lǐng)域，尤其涉及一種蓄熱的太陽(yáng)能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類(lèi)對(duì)能源的需求量越來(lái)越大。然而煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源儲(chǔ)備量不斷減少、日益緊缺，造成價(jià)格的不斷上漲，同時(shí)常規(guī)化石燃料造成的環(huán)境污染問(wèn)題也愈加嚴(yán)重，這些都大大限制著社會(huì)的發(fā)展和人類(lèi)生活質(zhì)量的提高。能源問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)代世界的最突出的問(wèn)題之一。因而尋求新的能源，特別是無(wú)污染的清潔能源已成為現(xiàn)在人們研究的熱點(diǎn)。
[0004]太陽(yáng)能是一種取之不盡用之不竭的清潔能源，而且資源量巨大，地球表面每年收的太陽(yáng)輻射能總量為1X10 18 kW*h，為世界年耗總能量的一萬(wàn)多倍。世界各國(guó)都已經(jīng)把太陽(yáng)能的利用作為新能源開(kāi)發(fā)的重要一項(xiàng)，我國(guó)政府在《政府工作報(bào)告》也早已明確提出要積極發(fā)展新能源，其中太陽(yáng)能的利用尤其占據(jù)著突出地位。然而由于太陽(yáng)輻射到達(dá)地球上的能量密度小(每平方米約一千瓦)，而且又是不連續(xù)的，這給大規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)一定困難。因此，為了廣泛利用太陽(yáng)能，不僅要解決技術(shù)上的問(wèn)題，而且在經(jīng)濟(jì)上必須能同常規(guī)能源相克爭(zhēng)。
[0005]—般情況下，集熱器加熱的水需要通過(guò)熱交換的方式傳遞給其他流體，或者進(jìn)行存儲(chǔ)。但是太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的水循環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)封閉的系統(tǒng)，循環(huán)水循環(huán)加熱，但是在循環(huán)水循環(huán)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些不凝氣體，此外，有時(shí)候太陽(yáng)光線(xiàn)強(qiáng)烈的情況下，集熱器中的水會(huì)形成汽水熱水，因此在加熱的水進(jìn)行換熱的情況下，因?yàn)榇嬖诓荒龤怏w或者因?yàn)樾纬善疅崴?，從而?dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)的降低，使得太陽(yáng)能無(wú)法充分利用。
[0006]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種新的太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)，從而解決太陽(yáng)能熱水與其流體進(jìn)行換熱的情況下的換熱系數(shù)低的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種新的太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)，從而解決前面出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)，包括集熱器、蓄熱水箱和散熱管，散熱管設(shè)置在蓄熱水箱中，所述集熱器加熱的熱水經(jīng)過(guò)散熱管，通過(guò)散熱管將熱量傳遞給蓄熱水箱；其特征在于，所述散熱管是板翅式散熱管，所述板翅式散熱管包括扁管和設(shè)置在扁管中的翅片，所述扁管包括互相平行的管壁，所述翅片設(shè)置在管壁之間，所述翅片包括傾斜于管壁的傾斜部分，在傾斜部分上通過(guò)沖壓方式加工突尖，從而使傾斜部分兩側(cè)的流體通過(guò)傾斜部分上沖壓方式形成的孔連通；所述突尖從傾斜部分沿著熱水流動(dòng)方向向外延伸。
[0009]作為優(yōu)選，所述翅片包括水平部分和傾斜部分，所述水平部分與管壁平行并且與管壁貼在一起，所述傾斜部分與水平部分連接。
[0010]作為優(yōu)選，所述突尖為等腰三角形，所述等腰三角形的底邊設(shè)置在傾斜部分上，相鄰的管壁的距離為H，等腰三角形底邊的長(zhǎng)度為h，相鄰的傾斜部分的距離為w，等腰三角形的頂角為b，所述突尖的延伸方向與熱水的流動(dòng)方向的夾角為a，傾斜部分與管壁之間的銳角的夾角為c，滿(mǎn)足如下公式:
c6*h/H=cl*Ln(L*sin(a)/ (w*sin(c))+c2,sin (b/2)=c3+c4*sin(a)_c5*(sin(a))2,
其中Ln是對(duì)數(shù)函數(shù)，cl、c2、c3、c4、c5是系數(shù)，
0.24<cl<0.25, 0.68〈c2〈0.70，0.87〈c3〈0.88，0.68< c4〈0.70，1.14 <c5<l.15,
7.0〈c6〈7.5 ；
19。 <a〈71。 ，55。 <b〈165。 ，90。 <c〈70。；
10mm<w<15mm，6mm<H<14mm ；
0.19〈L*sin (a) /w<0.41，0.29〈7*h/H〈0.47 ；
H是以相鄰管壁相對(duì)的面之間的距離，W是以相鄰的傾斜部分相對(duì)的面在沿著管壁方向上的距離，L為等腰三角形的頂點(diǎn)到底邊中點(diǎn)的距離。
[0011]作為優(yōu)選，cl=0.245，c2=0.694， c3=0.873，c4=0.691，c5=l.1454，c6=7.11。
[0012]作為優(yōu)選，所述突尖的延伸方向與熱水的流動(dòng)方向的夾角為a，同一個(gè)傾斜部分設(shè)置多個(gè)突尖，沿著熱水的流動(dòng)方向，所述的夾角a越來(lái)越小。
[0013]作為優(yōu)選，同一個(gè)傾斜部分設(shè)置多個(gè)突尖，多個(gè)突尖交錯(cuò)從傾斜部分兩側(cè)向外延伸。
[0014]作為優(yōu)選，所述突尖延伸的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，同一個(gè)傾斜部分設(shè)置多個(gè)突尖，沿著熱水的流動(dòng)方向，所述的長(zhǎng)度L越來(lái)越小。
[0015]作為優(yōu)選，所述突尖為等腰三角形，所述等腰三角形的底邊設(shè)置在傾斜部分上，作為優(yōu)選，底邊與傾斜部分的傾斜角度相同，所述等腰三角形的頂角為b，同一個(gè)傾斜部分設(shè)置多個(gè)突尖，沿著熱水的流動(dòng)方向，所述的頂角b越來(lái)越大。
[0016]作為優(yōu)選，所述突尖為等腰三角形，所述等腰三角形的底邊設(shè)置在傾斜部分上，作為優(yōu)選，底邊與傾斜部分的傾斜角度相同，所述等腰三角形的底邊為S1，同一個(gè)傾斜部分設(shè)置多個(gè)突尖，沿著熱水的流動(dòng)方向，所述的S1越來(lái)越小。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的板式換熱器及其換熱管壁具有如下的優(yōu)點(diǎn):
1)本發(fā)明將沖壓的突尖的板翅散熱片應(yīng)用到太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)，解決了含有不凝氣體的換熱效率低的問(wèn)題，大大的節(jié)約了能源，克服了太陽(yáng)能換熱系統(tǒng)效率低的問(wèn)題，明顯的提高了換熱效率。
[0018]2)—方面可以破壞層流底層，另一方面與“打孔”翅片相比，未因打孔損失換熱面積，而且“尖”和“孔”可以分別在不同高度上擾動(dòng)流體，強(qiáng)化不同的熱阻環(huán)節(jié)；
3)沖壓“突尖”形成的小孔，借助“突尖”下游壓力場(chǎng)的影響，可實(shí)現(xiàn)翅片兩側(cè)介質(zhì)的壓力及質(zhì)量交換，對(duì)粘性底層和液膜的穩(wěn)定性造成破壞，強(qiáng)化換熱；
4)針對(duì)含有不凝氣體的熱水，能夠借助“突尖”實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大氣液界面以及氣相邊界層與冷卻壁面的接觸面積并增強(qiáng)擾動(dòng)； 5)通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，確定了最佳的板翅式散熱管的結(jié)構(gòu)尺寸；
6)通過(guò)設(shè)計(jì)相鄰的管壁的距離為H，等腰三角形底邊的長(zhǎng)度為h，相鄰的傾斜部分的距離為w，等腰三角形的頂角為b，所述突尖的延伸方向與熱水的流動(dòng)方向的夾角為a等參數(shù)沿著流體流動(dòng)方向的變化，提高了換熱效率或者降低流體壓力。
[0019]
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明一個(gè)板翅式散熱管橫切面的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明設(shè)置突尖結(jié)構(gòu)傾斜部分平面的示意圖；
圖6是本發(fā)明設(shè)置突尖結(jié)構(gòu)傾斜部分平面的另一個(gè)示意圖；
圖7是本發(fā)明的三角形突尖結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8是本發(fā)明三角形突尖流道中的切面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9本發(fā)明突尖向傾斜部分兩側(cè)延伸的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10是本發(fā)明一個(gè)板翅式散熱管橫切面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]附圖標(biāo)記如下:
1板翅散熱片，2流體通道，3管壁，4傾斜部分，5水平部分，6突尖，7翅片，8集熱器，9循環(huán)栗，10蓄熱水箱，11密封部件。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0023]本文中，如果沒(méi)有特殊說(shuō)明，涉及公式的，“/”表示除法，“ X ”、表示乘法。
[0024]如圖1所示，一種太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)，包括集熱器8、蓄熱水箱10和散熱管1，散熱管1設(shè)置在蓄熱水箱10中，所述集熱器8加熱的熱水經(jīng)過(guò)散熱管1，通過(guò)散熱管1將熱量傳遞給蓄熱水箱10內(nèi)的水，換熱后的熱水循環(huán)回到集熱器8中進(jìn)行加熱。優(yōu)選通過(guò)循環(huán)栗9循環(huán)到集熱器8中。
[0025]圖2展示了圖1的改進(jìn)的實(shí)施例。如圖2所示，所述的散熱管為并聯(lián)的多個(gè)。通過(guò)設(shè)置多個(gè)并聯(lián)的散熱管，可以增加換熱面積。
[0026]圖3展示了圖1的改進(jìn)的實(shí)施例。如圖3所示，所述的散熱管為串聯(lián)的多個(gè)。通過(guò)設(shè)置多個(gè)串聯(lián)的散熱管，可以增加換熱面積。
[0027]如圖4所示，所述散熱管是板翅式散熱管，所述散熱管包括扁平管和設(shè)置在扁平管中的翅片7，所述扁平管包括互相平行的管壁3，所述相鄰的管壁3之間形成流體通道2，所述相鄰的管壁3之間設(shè)置翅片7。所述翅片7包括與管壁3傾斜的傾斜部分4，所述傾斜部分互相平行。在傾斜部分4上通過(guò)沖壓方式加工突尖6，從而使傾斜部分4兩側(cè)的流體通過(guò)傾斜部分4上通過(guò)沖壓方式形成的孔連通；所述突尖6從傾斜部分4向外延伸。
[0028]所述扁平管可以是一體化制造的，如圖10所示，也可以是通過(guò)上下管壁和設(shè)置在上下管壁之間的密封部件分體組成，所述密封部件11設(shè)置在圖4的左右兩側(cè)。
[0029]因?yàn)閮A斜部分4互相平行，因此相鄰的傾斜部分4與上下管壁之間構(gòu)成了平行四邊形通道。
[0030]通過(guò)設(shè)置突尖6，具有如下的優(yōu)點(diǎn):
1)一方面可以破壞層流底層，沒(méi)有損失換熱面積，而且“尖”和“孔”可以分別在不同高度上擾動(dòng)流體，強(qiáng)化換熱；
2)沖壓突尖形成的小孔，借助突尖下游壓力場(chǎng)的影響，可實(shí)現(xiàn)翅片兩側(cè)介質(zhì)的壓力及質(zhì)量交換，對(duì)粘性底層和液膜的穩(wěn)定性造成破壞，強(qiáng)化換熱。
[0031]3)針對(duì)含有不凝氣體的熱水或者兩相熱水，能夠借助“突尖”實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大氣液界面以及氣相邊界層與冷卻壁面的接觸面積并增強(qiáng)擾動(dòng)。
[0032]在板翅式散熱管內(nèi)采取上述措施，能夠極大的提高了熱水的換熱效率。與正常的熱水換熱相比，能夠提高15 - 25%的換熱效率。
[0033]作為優(yōu)選，所述的突尖6與熱水的流動(dòng)方向所形成的夾角為銳角。
[0034]作為優(yōu)選，如圖4所示，所述的翅片7為傾斜型翅片，所述翅片7包括水平部分5和傾斜部分4，所述水平部分5與管壁3平行并且與管壁3貼在一起，所述傾斜部分4與水平部分5連接。
[0035]圖5中熱水的流動(dòng)方向是從左往右。但此處的左右只是說(shuō)明熱水沿著突尖的流動(dòng)方向，并不表示實(shí)際一定左右流動(dòng)。
[0036]如圖8所示，所述突尖6的延伸方向與熱水的流動(dòng)方向的夾角為a，如圖5所示，沿著熱水的流動(dòng)方向，同一個(gè)傾斜部分4設(shè)置多個(gè)突尖6，沿著熱水的流動(dòng)方向，所述的夾角a越來(lái)越大。
[0037]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)夾角a的逐漸變大，與夾角a完全相同相比，可以實(shí)現(xiàn)更高的換熱效率，能夠大約提高10%左右的換熱效率。
[0038]作為優(yōu)選，所述突尖6延伸的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，沿著熱水的流動(dòng)方向，同一個(gè)傾斜部分4設(shè)置多個(gè)突尖6，