一种太阳能集热管的制作方法_2

文档序号:9562640阅读:来源:国知局
,12水箱入口管,13水箱出口管,14底板,15吸热膜,16玻璃板,17隔热层。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0031]本文中,如果没有特殊说明,涉及公式的,“/”表示除法,表示乘法。
[0032]本发明涉及一种太阳能热水器,所述太阳能热水器的结构如图1-3所示,所述太阳能热水器包括水箱9和集热器,所述集热器包括集热管,所述集热管优选为热管1。所述集热管包括吸热部分8和放热部分10,所述放热部分10设置在水箱9中。吸热部分8吸收太阳能,通过放热部分10将热量传递给水箱中的水。所述热管为扁平管。本发明通过采用扁平热管,减少热管1高度,使得热管内的流体能够分布更大的面积,从而使得热管中的流体能够充分接触热管管壁,保证吸热和放热效果。
[0033]作为优选,所述太阳能集热器还包括透明玻璃板16、隔热层17、吸热膜15,作为优选透明玻璃板16采用钢化玻璃、隔热层为真空层。吸热膜15设置在热管1吸热部分8的正面(即面向太阳的一面),作为优选,通过溅射或涂抹的方式设置在热管1吸热部分8的正面,透明玻璃板16覆盖在热管的吸热部分8的正面,吸热部分8与透明玻璃板16之间留有隔热层17,作为优选,隔热层为真空层。
[0034]作为优选,隔热层17的厚度为15mm?35mm ;作为优选为23 mm。
[0035]如图1所示,所述水箱9两侧分别设置进水管12和出水管13,所述进水管12设置在水箱9的下部位置,出水管13设置在水箱9的上部位置。
[0036]作为优选,如图1-3所示实施例中优选在平板热管的放热部分10外部设置有若干金属制的散热翅片11,作为优选,翅片11可以是铜或铝制造。作为优选,翅片11为横向翅片,因为水箱中的水是从进口到出口流动,通过设置横向翅片,使得散热翅片11的设置方向与水流动方向平行,减少了流动阻力。散热翅片11与热管的放热部分10的结合的最佳方式为焊接方式,或者采用一体化结构。
[0037]如图2所示,所述扁平管包括互相平行的管壁3,所述相邻的管壁3之间形成流体通道2。在扁平管1内部设置翅片7,优选在热管1的放热部分10中设置翅片7。所述翅片7包括与管壁3垂直的垂直部分4,所述垂直部分互相平行。
[0038]如图4、5所示,作为优选,所述垂直部分连接上下管壁3,从而将热管1内部分为多个小通道。作为优选,各微通道水力直径为2_?8_,最佳优选的单根微热管水力直径为4-6mm,各微通道相互独立并通过垂直部分相互连接,彼此互为支持,起到加强筋的作用,可以显著提高平板热管1的结构强度,提高平板热管1的可靠性。各微通道内自然形成热管效应,并排排列的微通道形成微通道阵列,单根微热管的水力直径不得低于2_,使得微热管阵列的总体热输运极限要高于吸收太阳能的能力,同时,单根微通道的水力直径不得高于8mm,使得单根微通道的内部承压能力要高于20大气压。
[0039]本发明的太阳能集热器的工作原理是:吸热部分8吸收太阳辐射,即太阳能热透过玻璃板被与吸热膜有机结合的平板热管的吸热部分8大量吸收(或者说是被紧密贴合有或溅射有或涂吸热膜的平板热管1的吸热部分8大量吸收,平板热管的吸热部分8间接吸收太阳能辐射热量后,其吸热部分8的液体工质迅速吸热蒸发,高温蒸汽通过各微通道阵列的热管效应通过各微通道管路进入放热部分,进行冷凝放热,也就是说,在热管1的另一端,即在水箱9内放热,在水箱内,由放热部分10通过各翅片11及其热管放热部分10管壁与水换热。
[0040]作为优选,在垂直部分4上通过冲压方式加工突尖6,从而使垂直部分4两侧的流体通过垂直部分4上通过冲压方式形成的孔连通;所述突尖6从垂直部分4向外延伸。
[0041]通过设置突尖6,具有如下的优点: 1)一方面可以破坏层流底层,没有损失换热面积,而且“尖”和“孔”可以分别在不同高度上扰动流体,强化换热;
2)冲压突尖形成的小孔,借助突尖下游压力场的影响,可实现翅片两侧介质的压力及质量交换,对粘性底层和液膜的稳定性造成破坏,强化换热。
[0042]3)针对含有不凝气体的流体或者两相流体,能够借助“突尖”实现扩大气液界面以及气相边界层与冷却壁面的接触面积并增强扰动。
[0043]在放热部分10内采取上述措施,能够极大的提高了流体的换热效率。与正常的流体换热相比,能够提高15 - 25%的换热效率。
[0044]作为优选,所述的突尖6与流体的流动方向所形成的夹角为锐角,需要说明的是,此处以及后面所提及的流体的流动方向是指流体从吸热部分向放热部分的流动方向。
[0045]作为优选,如图6所示,所述的翅片7为垂直型翅片,所述翅片7包括水平部分5和垂直部分4,所述水平部分5与管壁3平行并且与管壁3贴在一起,所述垂直部分4与水平部分5连接。
[0046]图7中流体的流动方向是从左往右。但此处的左右只是说明流体沿着突尖的流动方向,并不表示实际一定左右流动。
[0047]如图10所示,所述突尖6的延伸方向与流体的流动方向的夹角为a,如图6所示,沿着流体的流动方向,同一个垂直部分4设置多个突尖6,沿着流体的流动方向,所述的夹角a越来越大。
[0048]通过实验发现,通过夹角a的逐渐变大,与夹角a完全相同相比,可以实现更高的换热效率,能够大约提高10%左右的换热效率。
[0049]作为优选,所述突尖6延伸的长度为L,沿着流体的流动方向,同一个垂直部分4设置多个突尖6,沿着流体的流动方向,所述的长度L越来越大。通过实验发现,通过长度L的逐渐变大,与长度L完全相同相比,可以实现更高的换热效率,能够大约提高9%左右的换热效率。
[0050]作为优选,沿着流体的流动方向,长度L变大的幅度越来越小。通过实验发现,长度L的变大的幅度越来越小,可以保证换热效率的情况下,进一步降低流动阻力,能够大约降低5%左右的流动阻力。
[0051]作为优选,所述突尖6为等腰三角形,所述等腰三角形的底边设置在垂直部分4上,作为优选,底边与垂直部分的垂直方向相同,所述等腰三角形的顶角为b,沿着流体的流动方向,同一个垂直部分4设置多个突尖6,沿着流体的流动方向,在底边长度保持不变的情况下,所述的突尖顶角b越来越小。通过实验发现,通过突尖顶角b的逐渐变小,与顶角b完全相同相比,可以实现更高的换热效率,能够大约提高7%左右的换热效率。
[0052]作为优选,沿着流体的流动方向,顶角b变小的幅度越来越小。通过实验发现,顶角b变小的幅度越来越小,可以保证换热效率的情况下,进一步降低流动阻力,能够大约降低4%左右的流动阻力。
[0053]作为优选,所述突尖6为等腰三角形,所述等腰三角形的底边设置在垂直部分上,作为优选,底边与垂直部分的垂直方向相同,所述等腰三角形的底边长度为h,沿着流体的流动方向,同一个垂直部分4设置多个突尖6,沿着流体的流动方向,同一个垂直部分4设置多个突尖,在顶角保持不变的情况下,沿着流体的流动方向,所述的h越来越大。通过实验发现,通过h的逐渐变大,与h完全相同相比,可以实现更高的换热效率,能够大约提高7%左右的换热效率。
[0054]作为优选,沿着流体的流动方向,同一垂直部分设置多排突尖6,如图6和7所示,每排突尖之间的距离为S2,沿着流体的流动方向,所述的S2越来越大。之所以如此设置,主要目的是通过S2的变大,实现在保证换热效率的情况下,进一步降低流动阻力。通过实验发现,流动阻力降低10%左右。
[0055]所述S2是以相邻排的突尖的底边为计算距离的。
[0056]作为优选,如图8所示,多排突尖6为错列结构。图8中流体是从上往下流动。但此处的上下只是说明流体沿着突尖的流动方向,并不表示实际一定上下流动。
[0057]在实验中发现,相邻管壁3的距离不能过大,过大会导致换热效率的降低,过小会导致流动阻力过大,同理,对于等腰三角形的底边长度、顶角、突尖、翅片垂直部分的距离与流体流动方向的夹角都不能过大或者过小,过大或过小都会导致换热效率的降低或者流动阻力的变大,因此在相邻管壁3的距离、等腰三角形的底边长度、顶角、突尖、翅片垂直部分与流体流动方向的夹角之间满足一个最优化的尺寸关系。
[0058]因此,本发明是通过多个不同尺寸的换热器的上千次数值模拟以及试验数据,在满足工业要求承压情况下(lOMPa以下),在实现最大换热量的情况
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