抗冻太阳能平板集热器及其设计方法

文档序号:4650912阅读:399来源:国知局
抗冻太阳能平板集热器及其设计方法
【专利摘要】抗冻太阳能平板集热器及其设计方法,其设计方法的主要特征是通过当地气象资料,确定相变蓄能材料的厚度。该抗冻太阳能平板集热器,相变蓄能板整齐紧密的排列在吸热板与保温层之间;相变蓄能板内部沿长度方向设有挡板;在集热器出口处相变蓄能板的上下表面分别添加了温度传感器,及温度控制器。当吸热板的温度降低到相变蓄能材料相变温度时,相变蓄能板内的蓄能材料发生相变,释放潜热阻止温度继续降低,达到抗冻功能。若遇到极端天气时,可利用温度控制器启动泵,进行强迫循环防冻。本发明防冻装置结构简单,安全可靠,且热损失低,可以有效的防止太阳能平板集热器因结冰而造成的损坏。
【专利说明】抗冻太阳能平板集热器及其设计方法
[0001]

【技术领域】 本发明属于太阳能集热器【技术领域】,涉及一种抗冻太阳能平板集热器及其设计方法。
[0002]

【背景技术】 关于太阳能平板集热器的防冻问题,目前在工程领域采用的方法主要有双回路系 统、强制循环法,相关研究较多。但通过改变集热自身结构实现防冻,不完全依赖于外部 条件的研究较少。相关的专利有,发明专利"真空平板太阳能集热装置"(专利申请号为 200710303714.X)、发明专利"防冻平板太阳能集热器"(专利申请号为201210090849. 3)、发 明专利"一种增加金属翅片的储能型太阳平板集热器"(专利申请号为200810123872. 1)、 发明专利"一种相变蓄热太阳能热水器"(专利申请号为201210473798. 2)。与本发明较为 接近的专利是后两个,这两项技术均在吸热板与保温层之间增加了相变蓄能材料层,换热 水管均为蛇形管置于相变材料内部,组成集热蓄热一体化的太阳能热水器,同时也起到防 冻的作用。从集热器的防冻功能方面分析,上述两项技术还明显存在以下问题:1、没有给出 计算相变材料使用量的方法;2、集热器使用时需要倾斜放置,因此当相变蓄能材料凝固时, 固相材料会下沉,出现固液分离的情况,使吸热板的温度分布严重不均匀,容易出现局部冻 结;3、采用的相变蓄能材料的相变温度较高。在防冻时,吸热板温度相对较高,热损失大; 4、没有考虑极端天气和连续阴雪天的情况。在此特殊天气情况下,有可能相变蓄能材料储 能量不足以弥补热损失,水管温度降低到零下,发生冻结。


【发明内容】

[0003] 针对上述存在的问题,本发明提供一种的抗冻太阳能平板集热器及其设计方法。
[0004] 本发明是抗冻太阳能平板集热器装置及其设计方法,抗冻太阳能平板集热器装 置,其结构从上到下依次设有玻璃盖板1,吸热板2,相变蓄能板3,保温层4,壳体5,相变蓄 能板3内部沿长度方向设有挡板13 ;相变蓄能板3整齐紧密的排列在吸热板2与保温层4 之间;在集热器出口 7处相变蓄能板3的上下表面分别安装了第一温度传感器8和第二温 度传感器9;所述的第一温度传感器8、第二温度传感器9连接温度控制器10。
[0005] 抗冻太阳能平板集热器的设计方法,其步骤为: (1) 确定设计抗冻时长h和设计环境温度平均值Ta(l : ① 根据当地气象资料,统计全年中当地日最低气温低于〇°C的天数N,称为可结冰日; ② 统计可结冰日内每天环境温度低于〇°C且无日照的时间t,及该时间段内环境温度 平均值Ta ;最后确定设计防冻时长、及设计环境温度平均值Ta(l,必须满足时长t小于、的 天数为K:N,Ta大于Ta(l的天数为K2N; ③I、K2为抗冻保证系数,取值要大于0. 8 ; (2) 选取相变蓄能材料,其相变温度在4一8°C之间,相变潜热高于80kJ/kg; (3) 确定相变蓄能材料的厚度: 根据下式计算相变相变蓄能材料厚度,

【权利要求】
1. 抗冻太阳能平板集热器装置,其结构从上到下依次设有玻璃盖板(1),吸热板(2), 相变蓄能板(3),保温层(4),壳体(5),其特征在于,相变蓄能板(3)内部沿长度方向设有挡 板(13);相变蓄能板(3)整齐紧密的排列在吸热板(2)与保温层(4)之间;在集热器出口 (7)处相变蓄能板(3)的上下表面分别安装了第一温度传感器(8)和第二温度传感器(9); 所述温度传感器(8 )、( 9 )连接温度控制器(10 )。
2. 根据权利要求1所述的抗冻太阳能平板集热器装置,其特征在于该平板集热器是管 板式,或者是翼管式,或者是扁盒式,或者是蛇管式。
3. 根据权利要求1所述的抗冻太阳能平板集热器装置,其特征在于相变蓄能板(3)由 上盖板(11)、下底板(14)、挡板(13)和填充在上盖板(11)、下底板(14)内的相变蓄能材料 (12)组成;下底板(14)为长方形盒装。
4. 根据权利要求1所述的抗冻太阳能平板集热器装置,其特征在于相变蓄能板(3)与 集热器的吸热板(2)背面和管道(15)紧密接触。
5. 抗冻太阳能平板集热器的设计方法,其特征在于,包括W下步骤: (1) 确定设计抗冻时长t。和设计环境温度平均值T。。: ① 根据当地气象资料,统计全年中当地日最低气温低于〇°C的天数N,称为可结冰日; ② 统计可结冰日内每天环境温度低于0°C且无日照的时间t,及该时间段内环境温度 平均值T。;最后确定设计防冻时长t。及设计环境温度平均值T。。,必须满足时长t小于t。的 天数为KiN, Ta大于T。。的天数为KsN ; ③ Ki、馬为抗冻保证系数,取值要大于0. 8 ; (2) 选取相变蓄能材料,其相变温度在4一8C之间,相变潜热高于SOkJAg ; (3) 确定相变蓄能材料的厚度: 根据下式计算相变相变蓄能材料厚度,
式中,d为相变相变蓄能材料厚度,P为相变蓄能材料密度、Cl为液相比热容、C,为固 相比热容、Tp为相变温度、L为相变潜热,U为集热器总热损系数,T。为集热器初始温度,可 取10-3(TC,Tt为允许的最低温度,其取值高于2°C,低于相变蓄能材料相变温度Tm, t。为设 计抗冻时长,T。为设计抗冻时长内环境温度平均值; (4) 确定相变蓄能板的尺寸,封装相变蓄能材料,整齐的排列在吸热板与保温层之间; 相变蓄能板(3)的宽度小于集热器支管的间距,相变蓄能板(3)的长度小于吸热板长 度,相变蓄能板(3)的高度大于相变蓄能材料的厚度山小于d+5mm,且在相变蓄能板(3)的 内部沿长度方向每隔5-lOcm放一块挡板(13)。
【文档编号】F24J2/34GK104266383SQ201410496263
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】王智平, 赵静, 路阳, 王克振, 陆鑫, 张楠, 寇宗丽 申请人:兰州理工大学
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