[发明专利]一种平板型太阳能集热器吸热板芯及太阳能集热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸热板芯，特别是涉及一种适用于太阳能集热器的吸热板芯，属于机械制造领域。

背景技术

太阳能利用系统中的核心部分是集热器。它是一种特殊的热交换器,可将太阳辐射能转换为工作介质（液体或气体）的热能。平板型太阳能集热器以其简单、价廉和安装方便在全世界具有广泛应用。普通平板集热器由玻璃盖板、吸热板芯、铝合金边框、泡沫板（或岩棉）保温层等组成。太阳光的辐射能产生可见光与近红外线，透过平板集热器玻璃盖板，进入平板集热器内部，遇到换热器的有色涂层，光即转变成热。由于存在“热虹吸”现象，集热器板上管道中的水（或者其它循环工质）被加热密度变小而向高处流动，水箱中凉水由水管向下流动，形成自然循环，热水由集热器底部上升至顶部，再经上循环管流入保温水箱，水箱下部的冷水由下循环管流入集热器底部。往复循环，使得整个水箱中水温升高。因为平板集热器的四周采用各种保温进行阻止热的散发，随着阳光照射时间的增加，能量会聚集，平板集热器里的温度会越来越高，可达160℃左右。可以满足各种太阳能应用领产品需要的温度与热量。

吸热板芯是太阳能集热器的关键技术，板芯结构的换热效率影响到集热器的工效。现有太阳能平板集热器无论是以空气为循环工质还是以液体为循环工质，其吸热板芯换热主要分为绕流翅片、多流道、折流挡板等几种形式。其一个显著的特点是，为强化换热，尽可能提高板芯换热工质流量，不可避免导致较高流动阻力的产生，反而降低了集热器的能量投入产出比。而换热工质在集热器内部的换热机理优化、工质流动均匀分布等不增加流动阻力情况下被动强化换热的方法，在现有平板集热器的换热板芯上没有很好地体现。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种在不明显增加流动阻力的情况下能够明显提高换热效果的吸热板芯。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种平板型太阳能集热器吸热板芯，包括板芯腔体，板芯腔体是矩形腔体；所述板芯腔体第1侧壁的内侧面布置有绕流翅片，绕流翅片布置为M排N列，其特征在于：8≤M≤16，11≤N≤22；第1列绕流翅片与板芯腔体入口边框平行；每排中，第2～N片绕流翅片均以其上顶点为中心向板芯腔体出口侧边框旋转并有旋转角α；第2片绕流翅片旋转角α≥1.5°，第2片～第5n片绕流翅片旋转角α逐渐增加，n=N/11且依4舍5入法则取整，第5n片绕流翅片旋转角α＝4.5～5.5°，第5n＋1片～第N片绕流翅片旋转角α与第5n片相同；每排中，第2片～第5n片绕流翅片等距抬升，第1片～5n片绕流翅片下顶点连线与矩形背板底边框呈夹角β，β＝9.0°～10.0°，第5n＋1片～第N片绕流翅片等距下降，第N片绕流翅片下顶点与第1片绕流翅片下顶点等高；绕流翅片排间距相等，各排间对应的绕流翅片旋转角α相等；每排中，各绕流翅片上顶点在板芯腔体底边框上的投影点等距。

上述吸热板芯功能在于通过均匀分布换热板芯内换热工质在不同流道内的流速，达到提高集热器换热效率的目的。具体做法是通过对绕流翅片的排列位置加以设计，优化流道、减小板芯局部流动阻力，同时引导换热工质流入常规板芯设计中的换热死区，由此消除吸热板芯入口侧顶端部分的换热死区，增加了换热效率。

每排绕流翅片中，n的取值方法具体是：当N＝11，n＝1；当N＝22，n＝2，当N＝15，n＝1.36取值1，当N＝18，n＝1.63取值2。

在优选条件下，上述吸热板芯可以做如下优化：板芯腔体长宽比设计为2:1～1:1；第1列绕流翅片与入口边框相距20mm～50mm；绕流翅片排间距20～50mm，每排各片绕流翅片上顶点在底边框上的投影点间距35～85mm；绕流翅片长100mm～200mm，厚0.02～2mm，高为板芯腔体内腔高的0.4～1.0倍；第2片～第5n片绕流翅片旋转角α等差递增。

以上述吸热板芯为基础，本发明还提供一种安装有上述吸热板芯的平板太阳能集热器，具体技术方案是：

一种利用上述吸热板芯构成的太阳能集热器，其特征在于：是平板集热器，吸热板芯的第2侧壁与第1侧壁相对，吸热板芯第2侧壁向上置于外壳中，外壳上面开口；第2侧壁的外侧面镀有选择性涂层构成集热板；玻璃盖板覆盖在外壳上并密封；透明盖板与集热板相邻，其间有隔热层；吸热板芯还连接必要的管路；集热器入口穿过外壳开口于入口边框下部，集热器出口穿过外壳开口于出口边框上部。