平板微热管阵列式太阳能空气集热、蓄热一体化装置的制作方法

本发明涉及换热技术和天阳能采暖技术领域，特别是涉及一套以空气为换热介质新型太阳能空气集热、蓄热一体化装置。

背景技术：

能源的短缺以及其在开发利用过程中的低效率、造成的环境污染严重制约了我国经济与社会可持续发展。然而，在冬季，目前我国乡村地区的采暖供热设施尚不够完备，并且昼夜温差大，供热方式多采用直接燃烧柴火、秸秆等生物质能，或蜂窝煤等廉价但对环境污染较为严重的化石能源的火炉采暖为主，这种做法虽然在一定程度上解决了该地区的采暖问题，但是使用火炉为住所供暖的效率极低，因此，该采暖方式不但会造成能源的不合理利用，同时也对环境造成了极大的破坏，太阳能是一种无穷无尽的绿色可再生能源，如果可以高效利用这部分太阳能，将有效解决或改善偏远地区的冬季供暖问题，同时将为社会的环境问题和居民生活环境的改善带来福音。

利用太阳能系统进行采暖，一个大亟待解决的问题就是如何将具有不稳定性、随机性和间断性的太阳能储存起来，这样就可以解决用户在用能方面供求双方在时间和强度上的不匹配问题。蓄热方式中相变蓄热技术单位质量蓄热材料所能携带的能量较大，蓄热放热过程中相变材料近似等温，并且效率较高，是一种潜力很大的蓄热方式。在相变蓄热领域中，石蜡类相变蓄热材料具有相变潜热较高、融化及凝固时蒸汽分压力较低的特点，因此也就几乎不存在过冷现象、虽然可以燃烧，但不与常见的化学试剂发生反应、自成核、融化或凝固时没有相态的分离现象、几乎不存在腐蚀性，而且还具有廉价等特点，已经成为国外内蓄热材料的重点研究方向。

太阳能系统中，太阳能集热器和储能设备需要分开布置，但是其占据空间体积大，系统复杂，并且存在二次换热，系统整体热效率较低，倘若可以减少换热损失提高热效率，太阳能系统将得到很大改善。

技术实现要素：

本发明的目的在于开发设计出一种直接以空气为换热介质的新型平板微热管阵列式太阳能空气集热、蓄热一体化装置。将平板型太阳能集热器和相变蓄热装置采用平板微热管阵列有机结合为一体化装置，蓄热器可用于吸收集热器所无法吸收的过剩能量，延长太阳能系统的使用时间，改善了分体式系统存在的问题的同时高效稳定运行。

一种太阳能空气集热、蓄热一体化装置，其特征在于，主要包括，取热风道(8)、蓄热器箱体(7)、平板微热管阵列组件(3)、热绝缘材料(4)、集热器边框(5)、玻璃盖板(1)、吸热黑膜(2)、集热器背板(6)。

取热风道(8)为长方形槽道，长方形槽道两端开口，作为取热流体的进出口；长方形槽道的某一侧面开有槽口；

所述平板微热管阵列组件是由多个密封的微型热管组成的平板式结构，每个微型热管内部装有可流动和蒸发的换热工质；平板微热管阵列组件的外部分分为三段依次分别为集热段(11)、蓄热段(10)、取热段(9)；

取热段(9)从取热风道(8)的侧面槽口插入到取热风道(8)内；槽口和取热段(9)相匹配；平板微热管阵列组件的蓄热段(10)位于蓄热器箱体(7)内；同时蓄热器箱体(7)内还密封有相变蓄热材料；平板微热管阵列组件的集热段(11)上表面贴有吸热黑膜(2)，吸热黑膜(2)上面盖有玻璃盖板(1)，集热段(11)的下表面贴有热绝缘材料(4)，热绝缘材料(4)的下面为集热器背板(6)，集热器边框(5)将玻璃盖板(1)、吸热黑膜(2)、蓄热段(11)、热绝缘材料(4)、集热器背板(6)的侧边框在一起，防止分散开。

集热段在集热器中与吸热涂层相连接，蓄热部分置于充注蓄热材料的蓄热箱体内，取热部分置于取热风道内，用于向取热流体放热。

所述取热风道为带有风机和辅助热源，并且可以用于与用户相连接的空气流道。

平板微热管阵列内部结构包括两个或两个以上并列的微型热管。进一步所述各微型热管内壁均设置有微型翅片，相邻微翅片间形成微型槽道结构。所述平板微热管阵列为金属铝一次性按压形成。

所述微型热管的内部微型通道橫截面形状为矩形，所述通道的当量直径为1～5mm。

所述微型热管内部采用抽真空灌装工质并密封封装。

所述蓄热器箱体、取热风道和集热器框架均使用保温材料进行隔热保温处理。

所述玻璃盖板放置于吸热涂层正面，优选玻璃盖板内表面与吸热涂层正面的间距为20～50mm，优先选用35mm。

取热段(9)的外表面设有强化换热翅片，如百叶窗翅片等，蓄热段(10)的外表面设有强化换热翅片，如等截面直肋的翅片等。所述强化换热翅片与平板微热管阵列的蓄热段和取热段的正面和背面均结合。

相变蓄热箱体中使用石蜡或脂肪酸等潜热较大的物质进行能量储存。

本发明的技术效果：

本发明在于利用高效传热元件平板微热管阵列配合吸热涂层和强化换热翅片作为该太阳能空气集热、蓄热一体化装置的核心部件，通过合理匹配集热面积、蓄热箱体大小、相变材料类型和质量、平板微热管阵列不同功能段的尺寸以及强化换热翅片类型等，从太阳能空气系统的组成结构和热交换过程等角度对太阳能空气系统进行改善，减少了载热介质和蓄热介质间的二次换热，从而将该装置设计为一种普遍的产品，并应用于不同功能的太阳能空气系统当中，减少系统的占地面积，提高热效率。

附图说明

图1是一种新型平板微热管阵列式太阳能空气集热蓄热一体化装置与用户连接的系统图。

图2是新型平板微热管阵列式太阳能空气集热、蓄热一体化装置的结构图。

图3是本发明中核心部件平板微热管阵列的外部结构示意图。

图4是本发明中核心部件平板微热管阵列的工作原理和内部截面示意图。

图5是新型平板微热管阵列式太阳能空气集热蓄热一体化装置的工作原理和截面示意图。

玻璃盖板1、吸热黑膜2、平板微热管阵列组件3、热绝缘材料4、集热器边框5、集热器背板6、蓄热器箱体7、取热风道8、取热段9、蓄热段10、集热段11、工质冷凝12、工质蒸发13、进口空气14、出口空气15、相变蓄热材料16、太阳辐射17。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

一种新型平板微热管阵列式太阳能空气集热、蓄热一体化装置。包括装置主体、取热环路、流体输送机械和热用户，如图1所示为该装置与热用户的连接形式，就供暖而言，用户与装置通过风管相连接，通过风机进行空气的输送，白天工况下可通过太阳能加热吸热涂层并加热传热元件同时进行向室内的供暖和热量的储存或单纯的储能，夜间工况下通过相变材料加热传热元件并加热取热流体进行向室内的供暖。

图2为新型平板微热管阵列式太阳能空气集热、蓄热一体化装置的结构示意图，该装置为集热器和蓄热器的组合，主要由平板微热管阵列，高效吸热涂层，超白钢化玻璃盖板，集热器框架、蓄热器箱体，相变蓄热材料，隔热保温材料和风道组成；相变蓄热材料充注在蓄热箱体内，主要通过发生相态变化固态→液态或液态→固态)吸收或者释放相变潜热和小部分显热的方式达到蓄热或者放热的目的，主要成分包括石蜡和脂肪酸等；风道中为取热流体为空气，空气流经风道并与风道里中的平板微热管阵列换热；吸热涂层与玻璃盖板之间留有厚度为35mm空气层，目的是形成空气保温层，减少吸热层向外环境散热；装置的安装应使采光面与水平面的夹角为当地纬度±10°。

图3为本发明中采用的平板微热管阵列各功能段的外部结构示意图，按照每段功能的不同将其分为三段，即集热段、蓄热段和取热段。蓄热段和取热段由强化传热翅片通过粘接或者机械连接方式如导热硅胶、金属焊接胶等粘接，或卡接、铆接等方式)与平板微热管阵列的表面接触，强化换热翅片也可以通过钎焊或者锡焊等方式焊接到平板微热管的表面。所述强化换热翅片在取热段选用铝制百叶窗式翅片，在蓄热段为铝制等截面直肋，所述强化换热翅片也可采用其它适合的翅片类型如平直翅片、锯齿形翅片、多孔翅片、波纹翅片等)。集热段通过整板粘接、喷涂或真空溅射等方式使吸热涂层与平板微热管的表面接触，所述吸热涂层可以是黑铬镀膜、蓝膜镀膜等。

图4为本发明中所采用的核心部件—平板微热管阵列的工作原理和内部截面示意图。所述平板微热管阵列采用多个彼此相互独立的带有槽道微型热管组成，由铝材一次性挤压形成，管内采用抽真空灌装工质(如氟利昂)并封装，依靠其管内工质不断蒸发冷凝的相变过程进行能量的传输，所述平板微热管阵列的当量直径为1～5mm。

图5为新型平板微热管阵列式太阳能空气集热蓄热一体化装置的工作原理和截面示意图，其基本工作原理为：白天集热、蓄热工况下，通过太阳辐射加热吸热黑膜，进而将热量传递给平板微热管中的工质，使得平板微热管阵列内的制冷剂在蒸发段吸热蒸发，将热传到蓄热箱体内的冷凝末端，在冷凝端散热给石蜡和风道中的空气，同时微热管内的制冷剂冷凝回流，如此循环反复进行太阳能与相变材料和取热流体之间的转换；夜间取热工况下，蓄热箱体内的平板微热管阵列转换为蒸发段，将石蜡释放热量给微热管中的工质，同样通过管内工质的相变过程将热量高效迅速的传递给风道内的取热流体，从而加热空气。

本发明涉及的新型平板微热管式太阳能空气集热、蓄热一体化装置为一个以空气为载热介质，相变材料为蓄热介质的太阳能集热、蓄热系统，最主要应用领域为太阳能热利用领域，可通过一个装置同时完成太阳能的收集和利用，并在无太阳出现时，可将储存在蓄热材料中的热量提取并利用，与传统太阳能空气集热系统相比较有以下优点：1、结合了太阳能集热器和相变蓄热装置的功能，可同时进行太阳能的利用和储存，通过合理匹配设计参数，可改善传统分体式太阳能空气集热系统由于太阳能集热器和蓄热装置分开放置并采用风管相互连接而导致的占地面积大，系统较复杂等不足。2、采用高效传热元件平板微热管阵列将太阳能集热器和相变蓄热装置串联，无需载热介质通过集热器加热后再与蓄热介质进行换热进行能量的储存，在太阳加热吸热涂层的同时，平板微热管阵列可立即将热量传递给蓄热介质和载热介质，避免了二次换热并减少了系统热损失，提高了太阳能系统的整体热效率。