[发明专利]一种太阳能非成像聚光中温空气集热-储热-供热系统

说明书

本发明公开一种太阳能非成像聚光中温空气集热‑储热‑供热系统，包括鼓风设备、模式切换机构、太阳能聚光集热系统、显热/潜热混合储热系统、管道；鼓风设备与模式切换机构第一接口连接，模式切换机构第二接口与太阳能聚光集热系统连接，太阳能聚光集热系统与显热/潜热混合储热系统顶部连接，显热/潜热混合储热系统底部与模式切换机构第三接口连接；显热/潜热混合储热系统底部和顶部均与用热设备连接；本发明可强化空气与集热管间的换热，提升中温空气集热器热效率，真空管炸管风险更小，出风温度更加稳定。

技术领域

本发明涉及太阳能供热技术领域，特别是涉及一种具有聚光增强和储热调节功能的太阳能热空气系统。

背景技术

随着“碳达峰”“碳中和”目标的贯彻落地，太阳能作为可再生能源的典型代表，因其普遍性、取之不尽用之不竭等优点得到了广泛应用。太阳能热利用系统包括低温领域(80℃以下)、中温领域(80-150℃)和高温领域(150℃以上)热利用，传热介质包括水、空气、导热油等。其中，空气作为传热介质用于干燥、集中供暖等系统无需二次换热，介质来源免费、高温稳定、无毒，可以在开式系统中使用而没有污染风险，且无需考虑结冰、结垢、沸腾和设备腐蚀等问题。随着节能减排的需求提升，太阳能中温空气供热系统也逐渐用于橡胶、木材和中药材的干燥等中温工农业领域。

但太阳能中温空气供热系统普及率低，究其原因，包括如下几方面：(1)由于太阳能能流密度低，中温利用时需要聚光，会增加系统的复杂性，尤其是跟踪型聚光器的长久可靠性还不够；(2)中温空气集热器多用于工业领域，对供热稳定性的要求远高于民用领域；(3)对于平板空气集热器而言，即使采取双层盖板等保温措施，其保温性能依然难维持低热损失，系统工作效率较低；(4)对于真空管空气集热器而言，由于空气和玻璃的导热系数都低，真空管选择性吸收涂层上获取的热量不能快速传递给内管内壁，且传统全玻璃真空管的内管内部不能形成空气流道，导致辐射吸收体难以与工质良好换热，空气升温和流量不易同时满足中温用热需求，且玻璃吸收体在小流量或空晒时产生的高温还会破坏选择性吸收涂层的稳定性，也会带来炸管风险。

可见，真空管集热器因其良好的保温性能更适合作为中温集热器，但真空管中温空气集热器主要需解决两方面的问题：(1)空气换热流道的强化传热；(2)提升接收到的太阳辐射强度。现有技术已经披露，可在对接双真空管管内布置插管形成良好的通道，或采取直通式真空管并在集热器联集箱内布置挡板，或引入中间高导热介质进行间接换热等改善空气换热性能；也可采用跟踪式槽式聚光器提高辐射强度。总结现有技术发现，改善空气换热通道多采用内插管，且辐射吸收体依然都在内管外壁上，中温供热带来的玻璃管温度过高会产生炸管等安全隐患，且进一步的空气强化传热措施不易开展。

此外，为克服太阳能波动性采取的储热措施通常为卵石床等显热储热，或石蜡等相变材料为主体的相变储热，在使用过程中要么集热后直接供热，要么在某些时段直接储热，在夜间利用储存热量供热。储热主要是作为夜间或阴雨天的用热储备，很少兼顾输出热量的温度平稳性。

发明内容

本发明针对现有太阳能中温空气集热系统不易同时兼具良好传热通道、良好的保温性能以及较稳定输出温度的问题，提出了一种利用太阳能复合抛物面聚光集热和显热/潜热混合储热的太阳能中温供热系统，由于可以根据需要对真空管的各个面进行改造设计，本发明提出一种太阳能非成像聚光中温空气集热-储热-供热系统，其构成和特征如下：

包括鼓风设备1、模式切换机构2、太阳能聚光集热系统3、显热/潜热混合储热系统4；

鼓风设备1与模式切换机构2第一接口连接，模式切换机构2第二接口与太阳能聚光集热系统3连接，太阳能聚光集热系统3与显热/潜热混合储热系统4顶部连接，显热/潜热混合储热系统4底部与模式切换机构2第三接口连接；显热/潜热混合储热系统4底部和顶部均与用热设备连接；

所述聚光集热系统3包括集联箱5、集联箱隔板6、集联箱下风道7、集联箱上风道8、真空管9、真空管隔板10、真空管下风道11、真空管上风道12、复合抛物面聚光器13；