[发明专利]太阳能用自激励振荡强化换热装置及太阳能集热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种自激励振荡强化换热装置，主要涉及平板太阳能集热器的强化换热。

背景技术

众所周知，太阳能热水器是利用太阳的能量将水从低温度加热到高温度的装置，应用广泛，目前主要有真空管太阳能热水器和平板太阳能热水器，在我国，真空管型太阳能热水器已经得到大规模应用。近几年，随着城镇化发展和建筑一体化的要求，平板太阳能热水器得到了突飞猛进的发展，而作为平板太阳能热水器中最为重要的平板集热器是整个系统的重要组件，它的性能直接决定了系统的吸热能力。

目前的平板太阳能热水器主要分为自然循环和强制循环两种，其中自然循环平板太阳能热水器使用较多。强制循环系统由泵根据温度要求驱动整个系统中的介质循环流动，其换热效果较好且可控，而自然循环系统利用热虹吸原理自驱动，其换热效果弱于强制循环系统，因此开发一种能够增强自然循环系统换热效果的装置对于提高自然循环平板太阳能热水器的效率至关重要。

基于以上原因，本发明通过在平板集热器中安装一个装置，该装置具有受热自激励的功能，通过这个装置的激励增强集热器通道内介质的扰动，进而增强其换热能力。

发明内容

本发明针对平板太阳能集热器设计一种装置，用于增强系统的换热效率。

本发明提供一种太阳能用自激励振荡强化换热装置，其特征是它包括一端开口的杯状腔体，在杯状腔体中设置有滑动头，滑动头与杯状腔体间水密封；在杯状腔体中位于滑动头一侧内装有低热容液体导热介质和气囊；在杯状腔体中位于滑动头另一侧设置有与滑动头配合的弹性卡柱和弹簧，弹簧顶持在滑动头和杯状腔体开口部之间。

本方案的具体特点还有，所述杯状腔体为金属腔体；

杯状腔体外径与排管内径之比为0.25-0.5，气囊体积与杯状腔体内腔体积之比为0.2-0.5。

所述气囊为聚合材料制成；气囊密封内部密封有带压气体；气体种类为氮气或者氩气等惰性气体。

所述滑动头为金属材质。

所述弹性卡柱嵌入杯状腔体内壁，弹性卡柱沿杯状腔体内壁圆周方向均布3-5个，有弹性，在一定压力范围内可限制滑动头，弹性卡柱一般沿杯状腔体内壁圆周方向均布3-5个。

在杯状腔体开口部设置有固定弹簧的内翻边，限制弹簧弹出，弹簧具有限制滑动头的作用。

本发明还提供一种太阳能集热器，它包括排管和与排管连通的下集管，其特征是在每根排管下部且位于下集管的上方设置有自激励振荡强化换热装置，自激励振荡强化换热装置包括一端开口的杯状腔体，在杯状腔体中设置有滑动头，滑动头与杯状腔体间水密封；在杯状腔体中位于滑动头一侧内装有低热容液体导热介质和气囊；在杯状腔体中位于滑动头另一侧设置有与滑动头配合的弹性卡柱和弹簧，弹簧顶持在滑动头和杯状腔体开口部之间。

在集热器内的导热介质通常为乙二醇或丙二醇水溶液，杯状腔体内腔气囊周围灌装导热介质则为乙二醇或者丙二醇。

在本发明中，所述自激励振荡强化换热装置外壁与平板太阳能集热器排管内壁吸热面焊接，装置腔体开口方向向上与排管轴向一致，如图2所示，所述自激励振荡强化换热装置安置在平板太阳能集热器排管的底部，下集管的上方。当太阳光照射到集热器表面的时候，排管内壁的所述自激励强化换热装置和排管内的导热介质受热温度升高，随后杯状腔体与气囊夹缝里的低热容液体导热介质温度也升高，进而所述自激励振荡强化换热装置内部封装的气囊内的气体膨胀压力增大，随着温度的升高当压力达到一定的高度时气囊以及低热容液体导热介质推动所述滑动头突破弹性卡柱，弹性卡柱被推入腔体内壁，滑动头迅速滑向所述自激励振荡强化换热装置的顶部，所述滑动头推动排管底部的导热介质迅速沿排管向上扰动，在这一扰动和介质受热密度降低的双重作用下，排管内的导热介质离开排管底部向上流动，流过上集管沿介质出口管路流动最终进入到水箱的夹套内，进入水箱的高温导热介质将热量传递给水箱内的冷水并温度降低，降温后的导热介质密度增大下沉，沿水箱上的介质出口流回到集热器，经过集热器的下集管回到排管底部的自激励振荡强化换热装置的位置，这些低温介质冷却所述自激励振荡强化换热装置，使得气囊内的气体受冷收缩恢复到最初的状态，如此完成一个循环。在这个循环过程中，所述自激励振荡强化换热装置对整个太阳能热水器系统内的导热介质产生一个往复循环的扰动作用，大大增强了其换热效果。