專利名稱：中高溫型太陽能氣體集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種中高溫型太陽能氣體集熱器，屬太陽能熱利用設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景領(lǐng)域目前國內(nèi)大量生產(chǎn)使用的太陽能集熱器，都屬于低溫型，主要用于家庭熱水供應(yīng)。這種集熱器使用了低溫型太陽能集熱管，如果直接利用太陽能集熱管加熱水，水溫低于100℃，因為玻璃集熱管不能承受一個大氣壓的壓強(qiáng)。低溫型太陽能集熱管的太陽能選擇性吸收涂層基本為鋁(AI)與氮化鋁(AIN)的復(fù)合物，其中的金屬鋁按照設(shè)定的比例分布在氮化鋁金屬陶瓷中。用磁控濺射方法可以制備出選定厚度的多層膜，這種組合膜層對太陽光譜具有良好的選擇性吸收作用。但是由于復(fù)合膜中均勻存在的大量鋁單粒子在較高溫度下趨于聚集，使復(fù)合膜層變色，破壞了光熱轉(zhuǎn)換性能，所以，一般AIN-AI太陽能集熱管的高溫?zé)岱€(wěn)定性較差，不能應(yīng)用在中高溫型太陽能集熱器中。
目前，通常使用的中高溫型太陽能集熱器以鋁翼和U型管為采熱元件，導(dǎo)熱油為熱傳輸介質(zhì)。實施時，U型管和導(dǎo)熱鋁翼置于集熱管的內(nèi)壁中，導(dǎo)熱鋁翼兩半對接，預(yù)留彈性接口，使鋁翼展開后能夠與集熱管內(nèi)壁、U型管外壁緊密接觸，以保證高效地將集熱管太陽能選擇性吸收涂層上獲得的高溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換到U型管內(nèi)的導(dǎo)熱油中，由導(dǎo)熱油帶至外部的用熱裝置。此技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。但是，該技術(shù)也有一定的局限性，如受到導(dǎo)熱油使用溫度的限制，所得到的熱質(zhì)溫度不夠高、利用時還需要有二次熱交換設(shè)備，增加了應(yīng)用的復(fù)雜性和熱損失等，在有些場合還難于推廣。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是設(shè)計一種中高溫型太陽能氣體集熱器，改變已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)，使其可以利用太陽能將送入風(fēng)道中的氣體(含空氣)加熱至300℃以上，以便使太陽能集熱器具有更廣泛的用途。
本實用新型設(shè)計的中高溫型太陽能氣體集熱器，包括上方盒、下方盒、集熱管、支架和反光瓦，進(jìn)風(fēng)道、出風(fēng)道和芯管。所述的集熱管的上端穿過上方盒，伸入進(jìn)風(fēng)道中，并通過密封圈A、B與其相對固定，下端伸入下方盒中，并通過尾罩固定；所述的反光瓦墊在集熱管下，平鋪在支架上；所述的芯管置于集熱管內(nèi)，上端與進(jìn)風(fēng)道用螺紋連接，進(jìn)風(fēng)道和出風(fēng)道分別與進(jìn)風(fēng)管、出風(fēng)管連接，并一同置于上方盒內(nèi)。
本實用新型設(shè)計的中高溫型太陽能氣體集熱器，可以提供多個能輸出氣體溫度在300℃以上的氣體集熱板串聯(lián)連接，利用太陽能將通過集熱器列的氣體加熱至300℃以上，整套集熱器的所有元器件都能夠承受400℃以上的溫度。中高溫型太陽能氣體集熱器具有更廣泛的用途，從出風(fēng)管輸出的熱空氣可以用于陶瓷、電子、水泥、建材等等許多生產(chǎn)領(lǐng)域的原料或坯料烘干、倉庫烘干、糧食干燥、牧草干燥、食品加工、家庭和單位熱風(fēng)蓄熱采暖等，本設(shè)計還可以用于生產(chǎn)工藝中的各種氣體加熱。同等尺寸的中高溫型太陽能氣體集熱器造價比目前大量使用的民用低溫型熱水器低，這為其推廣應(yīng)用創(chuàng)造了很有利的條件。


圖1是本實用新型設(shè)計的中高溫太陽能氣體集熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是集熱管、芯管與進(jìn)出風(fēng)道、進(jìn)出風(fēng)管的連接示意圖。
圖3是圖1的A——A剖視圖。
圖4是集熱器中每根集熱管的剖視圖圖1——圖4中，1是尾罩，2是下方盒，3是芯管，4是集熱管，5是密封圈A，6是上方盒，7是密封圈B，8是出風(fēng)道，9是進(jìn)風(fēng)道，10是保溫材料，11是反光瓦，12是支架，13是支撐體，14是進(jìn)風(fēng)管，15是出風(fēng)管具體實施方式
如圖所示，本實用新型涉及的中高溫型太陽能氣體集熱器，包括上方盒6、下方盒2、集熱管4、支架12和反光瓦11，進(jìn)風(fēng)道9、出風(fēng)道8和芯管3。所述的集熱管4的上端穿過上方盒6，伸入出風(fēng)道8中，并通過A密封圈5、B密封圈7與其相對固定，下端伸入下方盒2中，并通過尾罩1固定；所述的反光瓦11墊在集熱管4下，平鋪在支架12上；所述的芯管3置于集熱管4內(nèi)，上端與進(jìn)風(fēng)道9用螺紋連接，進(jìn)風(fēng)道9和出風(fēng)道8分別與進(jìn)風(fēng)管14、出風(fēng)管15連接，并一同置于上方盒6內(nèi)。
本實用新型采用的高溫型太陽能集熱管，其涂層為包埋Nb金屬團(tuán)簇的氧化鈮金屬陶瓷薄膜，在市場上可以買到。由于采用耐高溫的Nb金屬包埋，替換了金屬鋁，使得復(fù)合金屬陶瓷薄膜的高溫?zé)岱€(wěn)定性好。這種薄膜即使在空氣中加熱至400℃其顏色及性能不發(fā)生變化。在太陽能集熱管中，復(fù)合膜位于兩層密封玻璃管中，處于較好的真空條件下，這更加有利于提高其高溫?zé)岱€(wěn)定性能。為了在集熱管中獲得高于300℃的流動氣體介質(zhì)，因此要求太陽能集熱管中的復(fù)合薄膜所承受的悶曬溫度必須要大大高于300℃，所以本實用新型必須采用高溫型太陽能集熱管，一般的中溫和低溫集熱管不能使用。
太陽輻射光是離散性的，為了在太陽能集熱管中獲得數(shù)百度的中高溫，每支集熱管必須配置較大面積的聚焦式反光瓦，以便收集較多的太陽輻射光聚焦到集熱管上，才能提高集熱管中的光熱轉(zhuǎn)換溫度。本實用新型采用了CPC型鏡面鋁反光瓦11，其體積小，聚焦系數(shù)大，可以高效的將接受到的太陽輻射光集中到集熱管內(nèi)的太陽能選擇性吸收涂層上。CPC型反光瓦的主要技術(shù)參數(shù)是聚光比Cr，本實用新型采用Cr＝1.5～2.0。
反光瓦的安置有兩種方式，一種是與地面成一定角度的豎直方式，角度根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥却_定，另一種為水平方式，整體集熱器同樣有一定角度的傾斜。采用這種參數(shù)的反光瓦，在1000mm寬度的集熱器上可以放置4～5支中高溫型太陽能集熱管，集熱管長度可以選用1.2m、1.5m、1.9m等等。反光瓦的表面要進(jìn)行鍍膜處理，使用濺射方法，先濺射一層純鋁，然后再濺射一層AIN薄膜，這樣可以防止表面腐蝕，并有利于清洗。實施時，其他類型的反光瓦也可使用。
太陽能氣體集熱器的氣路由進(jìn)風(fēng)道9和出風(fēng)道8、芯管3、進(jìn)風(fēng)管14、出風(fēng)管15以及集熱管4組成，圖4所示為氣路各零件的組合方法和氣體的流動方向，圖3為芯管3插入集熱管4后的斷面結(jié)構(gòu)。使用時被加熱氣體介質(zhì)自進(jìn)風(fēng)管14先進(jìn)入進(jìn)風(fēng)道9，再分別進(jìn)入放置在若干個集熱管內(nèi)的芯管3中，氣體從集熱管4底端流出并緩慢向上流動，流經(jīng)集熱管內(nèi)壁時，通過對流換熱接受壁面吸收的太陽輻射熱量而被逐漸加熱，至集熱管上端流入出風(fēng)道8匯合，經(jīng)出風(fēng)道8、出風(fēng)管15排出。多個如圖集熱器串聯(lián)起來，氣體不斷被加熱升溫，能夠達(dá)到本實用新型設(shè)計的高溫(300℃)要求。由于是流體介質(zhì)直接與中高溫集熱管壁面進(jìn)行熱交換，因此熱效率比一般集熱器高。該太陽能氣體集熱器所產(chǎn)生的高溫氣體介質(zhì)可以直接利用，省去了目前中高溫集熱器在熱利用時的二次熱交換過程，減少了二次熱交換時的熱損失。
本實用新型的一個實施例中，每塊太陽能集熱板上設(shè)置了4支太陽能集熱管4，其連接方法如圖4所示每塊太陽能集熱板上設(shè)置的4支太陽能集熱管4，每支集熱管中均有芯管3并與進(jìn)風(fēng)道9、出風(fēng)道8相連成為一組，數(shù)組相同的太陽能集熱板通過進(jìn)風(fēng)管14和出風(fēng)管15串聯(lián)在一起。芯管3采用直徑30mm的薄壁鋼管，按圖3方式與Φ50mm薄壁鋼管制造的進(jìn)風(fēng)道9用螺紋連接，出風(fēng)道8為薄鋼板制造的方型管道包在進(jìn)風(fēng)道9外面，同時進(jìn)出風(fēng)道之間保持密封，各集熱器進(jìn)出風(fēng)管14、15的規(guī)格尺寸相同?？諝庾赃M(jìn)風(fēng)管14進(jìn)入集熱板后，由進(jìn)風(fēng)道9分配至各芯管3，從集熱管4底部向上沿集熱管內(nèi)壁面流過而被加熱，然后匯集到出風(fēng)道8經(jīng)出風(fēng)管15排至用熱設(shè)施。
上下風(fēng)道和進(jìn)出風(fēng)管以及集熱管的上端均用耐高溫的保溫材料10密封在不銹鋼板材制作的上方盒6中。
權(quán)利要求1.一種中高溫型太陽能氣體集熱器，包括上方盒、下方盒、集熱管、支架和反光瓦，其特征在于還包括進(jìn)風(fēng)道、出風(fēng)道和芯管，所述的集熱管的上端穿過上方盒，伸入出風(fēng)道中，并通過密封圈A、B與其相對固定，下端伸入下方盒中，并通過尾罩固定；所述的反光瓦墊在集熱管下，平鋪在支架上；所述的芯管置于集熱管內(nèi)，上端與進(jìn)風(fēng)道用螺紋連接，進(jìn)風(fēng)道和出風(fēng)道分別與進(jìn)風(fēng)管、出風(fēng)管連接，并一同置于上方盒內(nèi)。
專利摘要本實用新型涉及一種中高溫型太陽能氣體集熱器。該集熱器包括上方盒、下方盒、集熱管、支架、反光瓦、進(jìn)風(fēng)道、出風(fēng)道和芯管。所述的集熱管的上端穿過上方盒，伸入出風(fēng)道中，并通過密封圈A、B與其相對固定，下端伸入下方盒中，并通過尾罩固定；所述的反光瓦墊在集熱管下；所述的芯管置于集熱管內(nèi)，上端與進(jìn)風(fēng)道用螺紋連接，進(jìn)風(fēng)道和出風(fēng)道分別與進(jìn)風(fēng)管、出風(fēng)管連接，并一同置于上方盒內(nèi)。本實用新型設(shè)計的集熱器，利用太陽能將進(jìn)入的氣體加熱到300℃以上，因而有廣泛的用途，可用于許多生產(chǎn)領(lǐng)域的原料或坯料烘干、倉庫烘干、糧食干燥、牧草干燥、食品加工、家庭和單位熱風(fēng)蓄熱采暖等，本設(shè)計還可以用于生產(chǎn)工藝中的各種氣體加熱。
文檔編號F24J2/05GK2615585SQ0324284
公開日2004年5月12日 申請日期2003年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月1日
發(fā)明者潘明君, 趙平, 鄒定國 申請人:潘明君, 趙平, 鄒定國