[发明专利]一种空气真空管太阳能集热器

说明书

本发明公开了一种空气真空管太阳能集热器，包括玻璃真空管，所述玻璃真空管内部中心处设有多孔介质柱，多孔介质柱的外部包裹有半透明骨架多孔介质；玻璃真空管的开口处由密封圈密封住，密封圈上设有空气导入管和空气导出管。与现有技术相比，本发明实现空气的等温差换热，传热效果好。固体骨架与空气的对流换热系数高，是圆管换热系数的成百上千倍。装置的整体热转换效率高。本发明没有太阳能涂层，系统的可靠性好。

技术领域

本发明属于热能利用技术领域，特别涉及一种空气真空管太阳能集热器。

背景技术：

随着绿色建筑、建筑节能的不断普及，太阳能集热器的开发与利用越来越受到重视。气体真空管集热器利用太阳能加热空气(如图1所示)，用于采暖、干燥和化工过程等。由于太阳光能流密度比较低，在实际应用，常见若干根真空管集热器串联或并联起来，加热空气达到额定状态。

气体真空管集热器利用太阳能加热空气用于采暖和干燥。目前常见的气体真空管集热器采用内插管结构方式，空气从内插管中流入真空管，从玻璃真空管与内插管缝隙中流出，吸收内插管管壁热量和内层玻璃管壁热量，温度升高，最后流出真空玻璃管。

由于空气是气体，与管壁的对流换热强度比较低，导致空气与内插管和玻璃管的对流换热性能比较差，系统的热效率比较低。同时由于空气对真空玻璃的对流换热性能比较差，玻璃管的温度比较高，玻璃管上的太阳光涂层容易老化失效，影响集热器的使用寿命。

本发明从太阳能高效吸收与空气强化对流换热角度，提出一种填充半透明骨架多孔介质的空气真空管太阳能集热器装置。其一、该装置空气与太阳能吸热面的对流换热性能高，热效率高；其二、吸热面不需要太阳光涂层，系统使用寿命长，成本也相对低廉。

申请号为2014100208847的专利公开了一种全玻璃管壳式太阳能真空管集热器，它包括外玻璃管、吸热玻璃管和内玻璃管三层结构，其特征在于：吸热管玻璃和内玻璃管之间的管壳腔体构成热工介质的受热腔，热工介质在玻璃管壳腔体中受热循环，同时玻璃管壳腔体也是热工介质的流入通道和流出通道，在吸热玻璃管的右端设有至少两个开孔；在内玻璃管的右端口安装有一个硅胶塞。

申请号为2014100126014的专利公开了一种高效聚光及被动防护的真空管集热器，包括联集管、多个真空管和尾托架，每一个真空管两端设置有环形导轨，该环形导轨固定于联集管及尾托架上，在真空管外设置有聚光槽，该聚光槽两端通过斜齿轮和转轮分别与环形导轨相连接，使得聚光槽绕真空管轴心线转动，在斜齿轮上还有相啮合的螺杆。聚光槽可对斜入射的太阳光进行有效收集，不需要随时跟踪太阳位置就可以达到较高的聚光比。

但是现有的真空管集热器专利思路主要集中在流体的流动与吸热方式和聚光器的设计方面，缺乏针对气体对流换热系数比较低而提出高效传热方式的发明。本发明提出一种通过提高吸热面太阳光吸收效率和优化空气流动从而提高整个集热器效率的填充半透明骨架多孔介质的空气真空管太阳能集热器方案。

吸热面的太阳能吸收过程和空气对流吸热过程是两个既相对独立又存在内部关联的过程。如何优化吸热面太阳能吸收和空气与吸热面对流换热两个过程，并进行最佳匹配，是提高空气真空管集热器热效率的关键。目前的空气真空管集热器的设计方案对这两个的过程的针对性分析设计不足，导致空气真空管集热器存在明显的不足：

1)目前真空集热器的太阳能吸收主要由玻璃真空套管的内管外表面涂层或吸热翅片上的太阳光涂层完成。涂层吸热是一种表面式吸收过程，太阳能量集中在涂层上，容易引起涂层高温老化，影响集热器使用寿命。

2)空气真空管集热器主要是内插管结构，空气由内插管进入真空管，与玻璃真空管对流换热、吸热升温，最后流出玻璃真空管。由于空气与内插管管壁或玻璃真空管壁的对流换热性能比较弱，导致系统的热效率比较低。