CN105135709A - 带有内置挡板的中温太阳能平板集热器 - Google Patents

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王志峰
杨铭
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Abstract

一种带有内置挡板的中温太阳能平板集热器，在透光盖板(1)与吸热板芯(3)之间设有多个阻止自然对流发生的挡板(2)，所述的挡板(2)沿传热流体流动方向(7)设置，阻止自然对流发生。所述的挡板(2)与吸热板芯(3)或透光盖板(1)接触，但不同时与吸热板芯(3)和透光盖板(1)接触。所述的挡板(2)垂直于透光盖板(1)的方向布置或倾斜放置；当倾斜放置时，挡板(2)与传热流体流动方向(7)之间的夹角大于90°。本发明可用于太阳能中温热利用场合。

Description

带有内置挡板的中温太阳能平板集热器
技术领域
本发明涉及一种中温平板太阳能集热器。
背景技术
太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，在化石燃料逐年减少、国际能源形势日趋严峻的今天，开发利用太阳能是实现能源供应多元化、保证能源安全的重要途径之一。平板集热器的工作原理是利用太阳辐射照射在吸热板芯上，位于板芯内的流体将吸热板吸收的热量带走。吸热板的热损失包括从吸热板通过位于其上的玻璃盖板的自然对流和辐射损失；通过边框的导热损失，通过底版的导热损失等三部分。目前由于平板吸热器吸热膜的光学性能改进(蓝膜的吸收比96％，发射比6％)，辐射热损失已经很少。其中通过透光盖板的对流热损失占整个热损失的70％。
为了抑制自然对流带来的热损，我国对提高平板集热器热效率的关键技术进行了研究并取得了突破性进展。上世纪九十年代，中国科技大学提出了采用聚碳酸酯蜂窝的高效平板集热器，热损系数可降到2.5W/(m2K)，并取得了相关专利。中国科学院硅酸盐研究所还相应地研制了膜厚小于25微米，方格尺寸可调的聚碳酸酯蜂窝体，但由于透明蜂窝成本高，角系数修正因子低，由于呼吸作用进入集热器内部的灰尘对蜂窝的污染严重，使得蜂窝材料的透光率下降，因此该蜂窝实际应用效果不佳，难以规模化推广。
发明内容
本发明的目的是降低现有空气集热器透光盖板热损失，提出一种带有内置挡板的中温太阳能平板集热器。本发明通过低成本的技术手段，降低现有太阳能平板集热器的对流热损，从而提高平板集热器集热效率。本发明可以在中温下，即传热流体出口温度达到80～120℃，高效工作。
本发明的技术方案如下：一种带有内置挡板的中温太阳能平板集热器，包括：透光盖板，挡板，吸热板芯，框架及保温材料，集热器入口，以及集热器出口。所述的透光盖板下放置有吸热板芯，透光盖板与吸热板芯四周由框架及保温材料包裹，保温材料一般位于框架内侧。集热器入口和集热器出口分别位于太阳能平板集热器的底部和顶部位置。当太阳能平板集热器工作时，传热流体从集热器入口进入透光盖板与吸热板芯之间的区域，并沿传热流体流动方向被逐渐加热，最终从集热器出口流出。
所述的挡板2设置在透光盖板与吸热板芯之间，沿传热流体流动方向布置，起阻止自然对流发生的作用。
所述的挡板可以与吸热板芯或透光盖板接触，但不与吸热板芯和透光盖板同时接触。
多个所述的挡板沿传热流体流动方向可以是等间距布置，也可以是不等间距布置。若采用不等距布置，挡板之间的间距沿传热流体流动方向逐渐减小。
所述的挡板可以垂直于透光盖板的方向放置，也可以倾斜放置。挡板与传热流体流动方向之间的夹角大于90°，以此降低集热器对太阳能的反射作用，增加吸热板芯3的有效太阳辐射量。
所述的挡板的材料可以是透光材料也可以是不透光材料。
本发明工作过程如下：
太阳能辐射透过透光盖板到达吸热板芯，吸热板芯的热量传给其内部流动的传热流体：空气或水。被太阳辐射加热的吸热板芯与透光盖板之间的对流换热流场被挡板破坏，形成数个小的自然对流流场，使得自然对流换热的瑞利数下降，从而降低集热器透光盖板与吸热板芯之间的自然对流换热系数，从而降低热损系数，提高集热效率。
挡板沿传热流体流动方向的间距可以是等间距的，也可以是不等间距的。沿着集热器长度方向，在靠近集热器入口处，自然对流驱动力低，挡板之间的间距可以大一些，沿着集热器长度方向，自然对流驱动力逐渐增加，挡板之间的间距应逐渐减小，在靠近集热器出口处，挡板之间的间距最小。
本发明能够有效降低对流热损，且成本低廉，加工方便，具有良好的市场化前景。
附图说明
图1挡板垂直放置时集热器沿长度方向截面图；
图2A-A截面图；
图3挡板倾斜放置时集热器沿长度方向截面图；
图4B-B截面图；
图中：1透光盖板；2挡板；3吸热板芯；4框架及保温材料；5集热器入口；6集热器出口；7传热流体流动方向。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式进一步的说明本发明。
如图1、图2所示，本发明太阳能平板集热器包括：透光盖板1，挡板2，吸热板芯3，框架及保温材料4，集热器入口5和集热器出口6。透光盖板1下放置有吸热板芯3，透光盖板1与吸热板芯3四周由框架及保温材料4包裹，保温材料一般位于框架内侧。集热器入口5和集热器出口6位于太阳能平板集热器的底部和顶部位置。当太阳能平板集热器工作时，传热流体从集热器入口5进入透光盖板1与吸热板芯3之间的区域，并沿传热流体流动方向7被逐渐加热，最终从集热器出口6流出。
所述的挡板2设置在透光盖板1与吸热板芯3之间，沿传热流体流动方向7布置，起阻止自然对流发生的作用。所述的挡板2可以与吸热板芯3或透光盖板1接触，但不与吸热板芯3和透光盖板1同时接触，以免在吸热板芯3与透光盖板1之间形成热桥，增加热损。
多个所述的挡板2沿传热流体流动方向7等间距布置或不等间距布置。若不等距布置，沿传热流体流动方向7，自然对流驱动力逐渐增强，挡板2之间的间距逐渐减小。
本发明所述的挡板2可以垂直于透光盖板1的方向，也可以倾斜放置，挡板2与传热流体流动方向7之间的夹角大于90°，如图3、图4所示，以便减少集热器对太阳能的反射量，从而增加落入吸热板芯3的太阳能辐射量。
本发明所述的挡板2的材质可以根据实际情况选取，既可为透光材料，也可为不透光材料。
本发明工作原理为：太阳辐照透过玻璃盖板1到达吸热板芯3，吸热板芯3被加热，其温度高于透光盖板1。因此，在透光盖板1与吸热板芯3之间的空气夹层中形成自然对流。当气流遇到挡板2后，流速降低或流动停滞，从而降低对流换热系数，即降低了对流换热强度，最终减少通过透光盖板1的对流热损。
本发明突出优点在于：通过沿传热流体流动方向7增加挡板2的方式，能够有效降低透光盖板1与吸热板芯3之间的对流换热强度，减小对流热损，且成本低廉，加工方便，具有良好的市场化前景。

Claims (6)

1.一种带有内置挡板的中温太阳能平板集热器，所述的太阳能平板集热器包括：透光盖板(1)、吸热板芯(3)、框架及保温材料(4)、集热器入口(5)和集热器出口(6)；透光盖板(1)下放置有吸热板芯(3)，透光盖板(1)与吸热板芯(3)四周由框架及保温材料(4)包裹，保温材料位于框架内侧；集热器入口(5)和集热器出口(6)位于太阳能平板集热器的底部和顶部位置，其特征在于：所述的太阳能平板集热器在透光盖板(1)与吸热板芯(3)之间设有多个阻止自然对流发生的挡板(2)，所述的挡板(2)沿传热流体流动方向(7)设置。
2.按照权利要求1所述的带有内置挡板的中温太阳能平板集热器，其特征在于：所述的挡板(2)与吸热板芯(3)或透光盖板(1)接触，但不同时与吸热板芯(3)和透光盖板(1)接触。
3.按照权利要求1所述的带有内置挡板的中温太阳能平板集热器，其特征在于：所述的挡板(2)垂直于透光盖板(1)的方向布置。
4.按照权利要求1所述的带有内置挡板的中温太阳能平板集热器，其特征在于：所述的挡板(2)倾斜放置；当倾斜放置时，挡板(2)与传热流体流动方向(7)之间的夹角大于90°。
5.按照权利要求1所述的带有内置挡板的中温太阳能平板集热器，其特征在于：多个所述的挡板(2)沿传热流体流动方向(7)等间距布置。
6.按照权利要求1所述的带有内置挡板的中温太阳能平板集热器，其特征在于：多个所述的挡板(2)不等间距布置，挡板之间的间距沿传热流体流动方向(7)逐渐减小。
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