• / 14
  • 下載費用:30 金幣  

一種凸起高度變化的管板式太陽能集熱器系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510414334.8

申請日:

2014.07.17

公開號:

CN104990288A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移IPC(主分類):F24J 2/26登記生效日:20181017變更事項:專利權人變更前權利人:趙煒變更后權利人:湖州現代紡織機械有限公司變更事項:地址變更前權利人:266075 山東省青島市市南區福州南路75號A座0201室變更后權利人:313000 浙江省湖州市吳興區八里店鎮章家埭村|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F24J 2/26申請日:20140717|||公開
IPC分類號: F24J2/26; F24J2/48; F24J2/10; F24J2/46; H02N11/00 主分類號: F24J2/26
申請人: 趙煒
發明人: 趙煒
地址: 266075山東省青島市市南區福州南路75號A座0201室
優先權:
專利代理機構: 濟南智圓行方專利代理事務所(普通合伙企業)37231 代理人: 王希剛
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201510414334.8

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2018.11.06|||2016.08.17|||2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了一種太陽能集熱器系統,包括集熱管、反射鏡和集熱板,相鄰的兩個集熱管之間通過集熱板連接,從而使多個集熱管和相鄰的集熱板之間形成管板結構;所述管板結構呈拋物線狀結構或圓弧形結構,所述拋物線或圓弧的彎曲方向與反射鏡的拋物線結構相反,管板結構的焦點和反射鏡的焦點在一個點上;管板結構與反射鏡相對的下壁面上設置用于強化傳熱的凸起,以加強對太陽能的吸收,沿著管板結構中部向兩邊延伸,管板結構的下壁面的凸起高度越來越低。本發明可以充分利用太陽能,避免太陽能熱量的損失,達到均勻集熱的效果。

權利要求書

權利要求書
1.  一種太陽能集熱器系統,包括集熱管、反射鏡和集熱板,相鄰的兩個集熱管之間通過集熱板連接,從而使多個集熱管和相鄰的集熱板之間形成管板結構;所述管板結構呈拋物線狀結構或圓弧形結構,所述拋物線或圓弧的彎曲方向與反射鏡的拋物線結構相反,管板結構的焦點和反射鏡的焦點在一個點上。

2.  根據權利要求1的太陽能集熱器系統,其特征在于,管板結構與反射鏡相對的下壁面上設置用于強化傳熱的凸起,以加強對太陽能的吸收,沿著管板結構中部向兩邊延伸,管板結構的下壁面的凸起高度越來越低。

說明書

說明書一種凸起高度變化的管板式太陽能集熱器系統
技術領域
本發明屬于太陽能領域,尤其涉及一種太陽能集熱器系統。
背景技術
隨著現代社會經濟的高速發展,人類對能源的需求量越來越大。然而煤、石油、天然氣等傳統能源儲備量不斷減少、日益緊缺,造成價格的不斷上漲,同時常規化石燃料造成的環境污染問題也愈加嚴重,這些都大大限制著社會的發展和人類生活質量的提高。能源問題已經成為當代世界的最突出的問題之一。因而尋求新的能源,特別是無污染的清潔能源已成為現在人們研究的熱點。
太陽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輻射能總量為1×10 18 kW·h,為世界年耗總能量的一萬多倍。世界各國都已經把太陽能的利用作為新能源開發的重要一項,我國政府在《政府工作報告》也早已明確提出要積極發展新能源,其中太陽能的利用尤其占據著突出地位。然而由于太陽輻射到達地球上的能量密度小(每平方米約一千瓦),而且又是不連續的,這給大規模的開發利用帶來一定困難。因此,為了廣泛利 用太陽能,不僅要解決技術上的問題,而且在經濟上必須能同常規能源相競爭。
太陽能集熱器吸收的太陽能現在有些情況下可能產生過剩,此時此部分太陽能可能會損失掉,因此需要一種對過剩的熱量進行充分利用。
無論哪種形式和結構的太陽能集熱器,都要有一個用來吸收太陽輻射的吸收部件,集熱器的結構對太陽能的吸收起到重要的作用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種新的太陽能集熱器系統,從而有效的利用太陽能。
為了實現上述目的,本發明的技術方案如下:一種太陽能集熱器系統,包括集熱管、反射鏡和集熱板,相鄰的兩個集熱管之間通過集熱板連接,從而使多個集熱管和相鄰的集熱板之間形成管板結構;所述管板結構呈拋物線狀結構或圓弧形結構,所述拋物線或圓弧的彎曲方向與反射鏡的拋物線結構相反,管板結構的焦點和反射鏡的焦點在一個點上。
管板結構與反射鏡相對的下壁面上設置用于強化傳熱的凸起,以加強對太陽能的吸收,沿著管板結構中部向兩邊延伸,管板結構的下壁面的凸起高度越來越低。
管板結構與反射鏡相對的下壁面上設置用于強化傳熱的凸起,以加強對太陽能的吸收,沿著管板結構中部向兩邊延伸,管板結構的下壁面的凸起密度越來越低。
管板結構表面涂敷吸熱層,所述吸熱層從集熱管內向外依次包括紅外反射涂層、吸熱涂層和減反射涂層,其中紅外反射涂層、吸熱涂層和減反射涂層的厚度的分別是0.17um、0.65um、0.15um;所述紅外反射涂層從內向外為Cu、Ag兩層,兩層的厚度比例為11:5;吸熱涂層從內向外依次包括NbN、TiAl、Cr2O3三層,三層的厚度比例為10:3:4;減反射涂層從內向外依次是Nb2O5、Al2O3、SiO2和Si3N4四層,其中四層的厚度比例為5:4:4:2。
沿著管板結構中部向兩邊延伸,集熱管的管徑會越來越小。
沿著管板結構中部向兩邊延伸,連接兩集熱管之間的集熱板的寬度越來越大。
太陽能集熱器系統,還包括與集熱器通過管路相連的散熱器,散熱器包括上集管和下集管以及位于上下集管的翅片管,所述的翅片管為柱形翅片管,所述翅片管包括位于中心位置的長方體以及位于長方體外圍的翅片組,所述長方體的橫截面是正方形,從橫截面上看,所述翅片組包括從四個正方形的對角向外延伸的主翅片和從主翅片向外延伸的第一副翅片,所述翅片組還包括從正方形的四邊向外延伸的第二副翅片,所述同一主翅片的向同一方向延伸的第一副翅片互相平行,并且與向同一方向延伸的第二副翅片互相平行,所述主翅片和副翅片延伸的端部形成等邊八邊形。
所述的第一副翅片與主翅片之間的夾角為45°,所述的相鄰的副翅片的距離為L1,所述正方形的邊長為L0,所述主翅片的高度為L2,上述三者的關系滿足如下公式:
L1/L0=a*ln(L2/L0)+b,其中ln是對數函數,0.22<a<0.24,0.20<b<0.23,
40mm<=L0<=60mm,10mm<=L1<=25mm,55mm<=L2<=80mm;
0.2<L1/L0<0.42,1.2<L2/L0<2.0;0.03<L1/H<=0.15,
翅片管的高度為H,100mm<H<300mm。
所述的太陽能集熱器系統,包括與集熱器進行管路連接的溫差發電裝置,溫差發電裝置包括箱體、熱管、溫差發電片、溫差發電片散熱器、控制器和蓄電池,箱體內設置熱管,溫差發電片的一端與熱管相連,另一端與散熱器相連,溫差發電片還通過控制器和蓄電池相連。
所述的太陽能集熱器系統包括溫差發電裝置和散熱器、第一閥門、第二閥門、第三閥門、溫度傳感器,所述集熱器與溫差發電裝置連通形成循環回路,集熱器與散熱器連通形成循環回路,溫差發電裝置和散熱器所在的管路并聯,集熱器吸收太陽能,加熱集熱器中的水,加熱后的水通過出水管路分別進入溫差發電裝置和散熱器,在溫差發電裝置中進行發電,在散熱器中進行換熱,在溫差發電裝置中和散熱器中流出的水在經過回水管路進入集熱器中進行換熱。
與現有技術相比較,本發明具有如下的優點:
1)可以充分利用太陽能,避免太陽能熱量的損失,將多余的太陽能以電能的形式儲存起來,以便后續使用。
2) 提供了一種新的溫差發電裝置,滿足太陽能的需求;
3)本發明通過多次試驗,得到一個最優的散熱器優化結果,并且通過試驗進行了驗證,從而證明了結果的準確性。
4)通過中央控制器,實現對閥門的自動控制,從而實現太陽能的有效利用。
5)通過管板結構的拋物線的形狀,達到最優的吸收太陽能。
6)本發明對吸熱層的材料和厚度進行精心的選擇和實驗,已達到最好的吸熱的技術效果。
7)對集熱器的結構進行合理的設計,避免集熱器局部溫度過熱。
附圖說明
圖1是太陽能集熱器系統的示意圖
圖2是溫差發電裝置的結構示意圖
圖3是翅片管結構示意圖
圖4是散熱器結構示意圖
圖5是集熱器結構示意圖
圖6是圖3的翅片管結構的局部示意圖
圖7是圖3的翅片管的側視圖
圖8是相鄰翅片管連接的示意圖
附圖標記如下:
1集熱器,2溫差發電裝置,3散熱器,4閥門,5閥門,6溫度傳感器,7溫差發電裝置入口管,8集熱器出水管路,9長方體基管,10基管,11主翅片,12第二副翅片,13第一副翅片,14箱體,15控制器,16散熱器入口管,17集熱器回水管路,18閥門,19溫度傳感器,20集熱管,21反射鏡,21集熱管下壁面,22集熱板,23熱管,24溫差發電片,25溫差發電片散熱器,26蓄電池,27用戶。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。
一種太陽能集熱器系統,如圖1所示,所述系統包括集熱器1、溫差發電裝置2和散熱器3、閥門4、閥門5、閥門18、溫度傳感器6,所述集熱器1與溫差發電裝置2連通形成循環回路,集熱器1與散熱器3連通形成循環回路,溫差發電裝置2和散熱器3所在的管路并聯,集熱器1吸收太陽能,加熱集熱器1中的水,加熱后的水通過出水管路8分別進入溫差發電裝置2和散熱器3,在溫差發電裝置2中進行發電,在散熱器3中進行換熱,在溫差發電裝置2中和散熱器3中流出的水在經過回水管路17進入集熱器1中進行換熱。
上述系統中,通過太陽能在溫差發電裝置2中進行發電的同時,可以利用散熱器向外散熱。當然,散熱器和溫差發電裝置可以獨立運行,或者單獨運行其中之一。
如圖1所示,閥門4設置在出水管上,用于控制進入溫差發電裝置2和散熱器3的總的水量,閥門5設置在散熱器3所在的管路的入口管16的位置,用于控制進入散熱器3的水的流量,閥門18設置在溫差發電裝置2所在的管路的入口管7的位置,用于控制進入溫差發電裝置2的水的流量,溫度傳感器6設置在散熱器3的入口的位置處,用于測量進入散熱器3的水的溫度。所述系統還包括中央控制器,所述中央控制器與閥門4、閥門5、閥門18、溫度傳感器6進行數據連接。
優選的,當溫度傳感器6測量的溫度低于一定的溫度的時候,中央控制器控制閥門5加大開度,同時控制閥門18減少開度,以加大進入散熱器3的熱水的流量來加大散熱量。當溫度傳感器6測量的溫度高于一定的溫度的時候,中央控制器控制閥門5減少開度,同時控制閥門18加大開度,以減少進入散熱器3的熱水的流量來加大散熱量。
當溫度傳感器6測量的溫度低到一定程度的時候,此時散熱器對外換熱的能力會變差,無法滿足正常的供暖需求,這表明太陽能集熱器的集熱能力也出現問題,例如太陽光現不是很強,或者晚上沒有太陽的時候,此時閥門4會自動關閉,閥門5和閥門18會完全打開,溫差發電裝置和散熱器所在的管路形成一個循環管路,水進入溫差發電裝置,溫差發電裝置存儲的電能對進入溫差發電裝置中水進行加熱,加熱的水進入散熱器3中進行散熱。
通過上述的運行,可以在太陽光線強的時候,在滿足散熱器3的散熱能力,即滿足用戶散熱需求以后,將多余的熱量通過溫差發電裝置2進行發電,在太陽能集熱器1供熱能力不足的情況下,利用溫差發電裝置存儲的電能加熱循環水,以滿足散熱器3的散熱需求。這樣可以充分利用太陽能,避免過多的熱量的浪費。
作為優選,可以不利用進入散熱器3中的水的溫度來自動控制水的流量,可以采用測量散熱器周邊的環境溫度,例如,測量散熱器的室內溫度(通過設置室內溫度傳感器)來自動控制進入散熱器的水的流量,如果室內溫度過低,則增加進入散熱器3的水的流量,如果室內溫度過高,則減少進入散熱器3的水的流量。
當然,通過室內溫度控制流量的一個前提是溫度傳感器6測量的溫度需要高于一定溫度,否則,太陽能集熱器的集熱能力變差的時候,無論如何增加流量,散熱效果都不會很好。
在溫差發電裝置和散熱器所在的管路形成一個循環管路的時候,當溫度傳感器6測量的溫度低于一定的溫度的時候,控制器15控制蓄電池26,提高蓄電池26的供電功率,以提高流經溫差發電裝置內的水的溫度。當溫度傳感器6測量的溫度高于一定的溫度的時候,控制器15控制蓄電池26,降低蓄電池26的供電功率,以提高流經溫差發電裝置內的水的溫度。
通過這樣的控制,能夠合理利用蓄電池的電量,避免電量的損失。
所述的溫差發電裝置2的結構如圖2所示, 所述溫差發電裝置2包括箱體14、熱管23、溫差發電片24、溫差發電片散熱器25、控制器15和蓄電池26,箱體內設置熱管23,溫差發電片24的一端與熱管相連,另一端與散熱器25相連,溫差發電片24還通過控制器15和蓄電池26相連。
作為優選,溫差發電片24還通過控制器15和用戶相連,以提供用戶所需要的電能。
作為優選,控制器15控制溫差發電裝置優先滿足用戶用電需求,控制器首先確定用戶所需的電量,然后將溫差發電片發出的電量再減去用戶的電量后,剩余的電量儲存在蓄電池26中備用。
圖2雖然只展示了一個溫差發電片,但實際中并不局限于一個,可以設置多個以滿足發電的需求。
優選的,所述散熱器的為翅片管散熱器,具體結構參見圖4。翅片管包括上集管10和下集管10以及位于上下集管的翅片管。所述的翅片管為柱形翅片管,所述翅片管包括位于中心位置的長方體9以及位于長方體外圍的翅片組,所述長方體9的橫截面是正方形,從橫截面上看,所述翅片組包括從四個正方形的對角向外延伸的主翅片11和從主翅片11向外延伸的第一副翅片13,所述翅片組還包括從正方形的四邊向外延伸的第二副翅片12,所述同一主翅片11的向同一方向延伸的第一副翅片13互相平行,并且與向同一方向延伸的第二副翅片12互相平行,所述主翅片11和副翅片12、13延伸的端部形成等邊八邊形。
優選的,如圖3所示,翅片管沿著正方形對角線所形成的平面鏡像對稱,同時沿著正方形的兩條對邊的中點所在的線形成的平面也是鏡像對稱。
優選的,如圖3所示,主翅片11的中心線與等邊八邊形的一條邊垂直且與等邊八邊形的連接點位于等邊八邊形的邊的中點。
如圖3所示,優選的,第二副翅片2”、2’設置在正方形的對角的位置處。
如圖3所示,1’、2’,1”、2”所指的副翅片為第二副翅片,3’、4’ 、5’,3”、4” 、5” 所指的副翅片為第一副翅片。
第一副翅片的長度隨著距離主翅片對角的距離越來越短。
正方形的邊的長度一定的情況下,主翅片和副翅片越長,則理論上換熱效果越好,在試驗過程中發現,當主翅片和副翅片達到一定長度的時候,則換熱效果就增長非常不明顯,主要因為隨著主翅片和副翅片長度增加,在翅片末端的溫度也越來越低,隨著溫度降低到一定程度,則會導致換熱效果不明顯,相反還增加了材料的成本,同時,換熱過程中,如果翅片管高度太高或者副翅片之間的間距太小,也容易造成換熱效果的惡化,因為隨著高度的增加,邊界層變厚,造成相鄰翅片之間邊界層互相重合,惡化傳熱,翅片管高度太低或者副翅片之間的間距太大造成換熱面積減少,影響了熱量的傳遞,因此在相鄰的副翅片的距離、正方形的邊長、主翅片的長度以及翅片管的高度之間滿足一個最優化的尺寸關系。
因此,本發明是通過多個不同尺寸的翅片管的上千次試驗數據總結出的最佳的翅片管的尺寸優化關系。
所述的第一副翅片與主翅片之間的夾角為45°,所述的相鄰的副翅片的距離為L1,所述正方形的邊長為L0,所述主翅片的高度為L2,上述三者的關系滿足如下公式:
L1/L0=a*ln(L2/L0)+b,其中ln是對數函數,0.22<a<0.24,0.20<b<0.23,
40mm<=L0<=60mm,10mm<=L1<=25mm,55mm<=L2<=80mm;
0.2<L1/L0<0.42,1.2<L2/L0<2.0;0.03<L1/H<=0.15。
優選的,翅片管的高度為H,100mm<H<300mm。優選150-220mm。
如圖7所示,翅片管的高度H只計算具有翅片的部分的高度。
優選的a=0.24,b=0.22,10mm<=L1<=14mm。
需要說明的是,相鄰副翅片的距離L1是從副翅片的中心開始算起的距離。
通過計算結果后再進行試驗,通過計算邊界以及中間值的數值,所得的結果基本上與公式相吻合,誤差基本上在3%以內,最大的相對誤差不超過5%,平均誤差是1.8%。
優選的,所述的相鄰的副翅片的距離相同。其中第一副翅片13與主翅片12之間的夾角為45°意味著副翅片13垂直于主翅片對角的一條邊,同時因為副翅片互相平行,使得第二副翅片垂直于其延伸的正方形的邊。主要是為減小流動死區充分散熱,棱柱形翅片管周圍的翅片設計成與中間長方體的四個邊分別垂直的形式。
作為優選,主翅片的寬度要大于副翅片的寬度。
優選的,主翅片的寬度為b4,副翅片的寬度為b2,其中2.5*b2<b4<3.5*b2;
作為優選,主翅片的寬度與正方形的邊的長度關系為0.06*L0<b4<0.10*L0。
作為優選,長方體9管的管壁厚度為1-3mm,優選2mm。
優選的,如圖8所示,相鄰翅片管緊密靠在一起,其相應的翅片之間也互相連接,從而形成空氣的通道。
優選的,集熱器的結構如圖5所示,包括集熱管20、反射鏡21和集熱板22,相鄰的兩個集熱管20之間通過集熱板22連接,從而使多個集熱管和相鄰的集熱板之間形成管板結構;所述管板結構呈拋物線狀結構或圓弧形結構,所述拋物線或圓弧的彎曲方向與反射鏡21的拋物線結構相反,管板結構的焦點和反射鏡21的焦點在一個點上。通過設置此種結構,可以擴大集熱管的吸熱面積,使反射鏡反射的光大部分都反射到集熱管或者與其相連的集熱板上,同時集熱管的反射光通過反射鏡再次反射到集熱管和集熱板,使集熱管吸收更多的熱量。
優選的,沿著管板結構中部(即A點)向兩邊(即B、C兩點)延伸,集熱管的管徑會越來越小。主要原因是中部受熱最多,而從中部向兩邊延伸,吸收熱量逐漸降低。通過管徑的不斷的減小,可以使得整個集熱管中水的受熱均勻,避免中間溫度過高而兩側溫度過低。這樣也可以避免中間的集熱管的材料長期在高溫下容易損壞,可以保持整個集熱管的溫度均勻,延長使用壽命。
優選的,沿著管板結構中部(即A點)向兩邊(即B、C兩點)延伸,集熱管之間的距離越來越遠,即連接兩個集熱管之間的集熱板的寬度越來越大。主要原因是中部受熱最多,而從中部向兩邊延伸,吸收熱量逐漸降低。通過集熱板寬度的不斷的增大,可以使得整個集熱管中水的受熱均勻,避免中間溫度過高而兩側溫度過低。這樣也可以避免中間的集熱管的材料長期在高溫下容易損壞,可以保持整個集熱管的溫度均勻,延長使用壽命。
管板結構的下壁面(與反射鏡21相對的面)上設置用于強化傳熱的凸起,以加強對太陽能的吸收。沿著管板結構中部向兩邊(即圖5集熱管20的左右兩側方向)延伸,集熱管的下壁面的凸起高度越來越低。主要原因是中部受熱最多,而從中部向兩邊延伸,吸收熱量逐漸降低。通過凸起高度的不斷的減小,可以使得整個集熱管中水的受熱均勻,避免中間溫度過高而兩側溫度過低。這樣也可以避免中間的集熱管的材料長期在高溫下容易損壞,可以保持整個集熱管的溫度均勻,延長使用壽命。
作為優選,沿著管板結構中部向兩邊(即圖5集熱管20的左右兩側方向)延伸,管板結構的下壁面的凸起密度越來越低。主要原因是中部受熱最多,而從中部向兩邊延伸,吸收熱量逐漸降低。通過凸起密度的不斷的減小,可以使得整個集熱管中水的受熱均勻,避免中間溫度過高而兩側溫度過低。這樣也可以避免中間的集熱管的材料長期在高溫下容易損壞,可以保持整個集熱管的溫度均勻,延長使用壽命。
管板結構表面涂敷吸熱層,所述吸熱層從管板結構內向外依次包括紅外反射涂層、吸熱涂層和減反射涂層,其中紅外反射涂層、吸熱涂層和減反射涂層的厚度的分別是0.17um、0.65um、0.15um;所述紅外反射涂層從內向外為Cu、Ag兩層,兩層的厚度比例為11:5;吸熱涂層從內向外依次包括NbN、TiAl、Cr2O3三層,三層的厚度比例為10:3:4;減反射涂層從內向外依次是Nb2O5、Al2O3、SiO2和Si3N4四層,其中四層的厚度比例為5:4:4:2。
上述各層中,通過加大吸熱涂層的厚度比例,減少紅外反射層和減反射層的厚度,可以極大的增加了對太陽能的吸收,同時,通過調整紅外反射層和減反射層的各層的材料的厚度比例,也能夠實現降低對太陽光的反射的程度。
上述的尺寸比例是通過近百種不同的厚度比例試驗得來的最佳的結果。通過實驗,對于采用上述吸收涂層中各獨立層的成分及厚度,可以使制備的吸收涂層的吸收比大于0.95,并實現0.04的發射率。
對于上述涂層的制造方法,可以使用本領域經常采用的真空磁控濺射鍍膜工藝制備。
雖然本發明已以較佳實施例披露如上,但本發明并非限定于此。任何本領域技術人員,在不脫離本發明的精神和范圍內,均可作各種更動與修改,因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。

關 鍵 詞:
一種 凸起 高度 變化 板式 太陽能 集熱器 系統
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:一種凸起高度變化的管板式太陽能集熱器系統.pdf
鏈接地址:http://www.rgyfuv.icu/p-6353593.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
山东11选5中奖结果走势图