一种三涡频震式高效太阳能水集热器制造技术

本发明专利技术是一种三涡频震式高效太阳能水集热器，包括太阳能集热系统、采光角度智能调节机构、供水系统，其中太阳能集热系统与供水系统相连，采光角度智能调节机构能够自动调节太阳能集热系统的采光角度，本发明专利技术在太阳能集热系统中的内涡翅集热管中设置多条沿着内壁螺旋分布的涡翅，形成了集热管水流运动的螺旋涡流通道，在管路若干个管接部设置若干个频震冲击涡扇装置，这种带有涡翅的集热管和管接处频震冲击涡扇装置组成了集热器管路，在水泵驱动下，管路中的水流动时形成螺旋涡流和频震冲击的运动状态，并这种频震涡流状态下接收集热管传递的光辐射能量，从而达到高效、高速的集热效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
一种三涡频震式高效太阳能水集热器


[0001]本专利技术涉及太阳能水集热器领域，特别是一种三涡频震式高效太阳能水集热器。

技术介绍

[0002]目前太阳能水集热器用在民用和工业领域利用已经比较广泛，国内外的太阳能水集热器基本基于4种形式：平板型集热器、线聚焦(槽式)集热器、面聚焦(塔式)集热器和点聚焦(碟式)集热器。目前常用的且热效率较高的是平板式和槽式太阳能水集热器。但现有太阳能水集热技术能达到的最高热效率停滞在65％左右徘徊。那么什么原因制约了太阳能水集热效率再提升呢，主要是三个原因：
[0003]集热体、集热材料与水的热传导系数的巨大差异造成了集热管外表吸收光辐射吸收快，金属管壁热传导快，而水的热传导慢，堆积在金属集热管表层的光辐射热能在向内传导热能的同时也向外发射能量，造成能量流失。太阳能水集热器原理是太阳光辐射作用在集热管上，集热管将太阳光辐射热能同步吸收到集热管的管壁上，集热管中的水是以热传导方式将管壁吸收的热能传导到管中的水体中，水体不断的从管壁接收传导热热量使水温升高到需要的温度。太阳向集热管壁输送能量是通过辐射的形式传播，热辐射对黑色集热管的热传播速度最快，集热管向水输送热能是金属管或玻璃管的管壁以介质间热传导方式输送热量，这种热传导方式的传热速度由集热体的热传导系数决定的，集热管材料和水的热传导系数差别很大，集热管一般用不锈钢管、铜管、铝合金管或玻璃管，这几种物质常温下的导热系数分别是17[W/(m.k)]、380[W/(m.k)]、160[W/(m.k)]、1.0[W/(m.k)]，水在20度时的导热系数仅为0.599[W/(m.k)]。很显然，相对于导热能力好的铜、铝合金、不锈钢材料，水的导热传热速度要慢得多。光辐射使集热管壁升温快，而水因导热系数决定了水温升温慢。这样光热能量堆积在集热管管壁上不能迅速被水接收，当管壁温度高于集热管的环境温度时，集热管作为物质具备的能量发射特性向外发射转移热能，发射出的热能就是太阳能水集热器的热损。太阳能水集热器不能获得完整的来自太阳的光辐射热能。
[0004]因此，要想使集热器提高集热效率消除水和集热管的导热差异是关键。在水的体积不变、集热管的导热系数不变情况下，要减少管与水的导热差，最直接的方法是加大管壁与水的接触面积，增加水在管内的流程增加水与管壁的接触时间以此来提高水的吸热速度，影响太阳能水集热效率还有两个因素，一是阳光光线在聚光罩的投射角变化会影响集热管的集热效果。一般来说光线垂直于聚光罩阵列板截面时集热管得到的光辐射最多，对横向铺设的太阳能集热管聚光罩阵列板来说，如果预设固定不变的受光仰角会因太阳的升落使入射光线采光角度不断发生变化，聚光罩接收光辐射线会随着采光角度变化而偏离聚焦线。这种偏差将损失部分光能；二是集热管易产生水垢，水垢主要成分为碳酸钙，氢氧化钙、氯化钙，氯化镁等物质，这些物质的导热系数远远小于金属管的热传导系数，水垢形成会严重影响集热管向管中水传导热量。
[0005]本专利技术就是针对目前太阳能水集热器中存在的制约集热效率的三个问题而进行的技术创新。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种三涡频震式高效太阳能水集热器，能够最大限度的提高太阳光辐射的面积，并在水体积不变的情况下，增加集热管与水的接触面积，增加水在管内的流程，增加水与管壁的接触时间以此来提高水的吸热速度，并能够有效去除管壁的水垢，解决导热速度差的问题，频震涡流状态下因涡流效应和水锤效应，水与管壁的剧烈摩擦，特别是分子间的剧烈碰撞挤压从而还会产生一定的自发热量辅助提高太阳能水集热器的热效率。
[0007]为达到以上目的，提供以下技术方案：
[0008]一种三涡频震式高效太阳能水集热器，包括太阳能集热系统、采光角度智能调节机构、供水系统，所述太阳能集热系统与供水系统相连，所述采光角度智能调节机构能够自动调节太阳能集热系统的采光角度，所述太阳能集热系统包括若干根内涡翅集热管、聚光罩、阵列架、防尘玻璃，所述内涡翅集热管的外壁镀有黑色涂层，其内壁设有沿其螺旋分布的一定数量的涡翅，若干根所述内涡翅集热管首尾依次串联与地面平行水平铺设，并排固定连接于聚光罩内，所述聚光罩固定连接于阵列架的采光面侧，且每个聚光罩上均固定连接有一块防尘玻璃，所述采光角度智能调节机构包括光追踪智控器、支架、齿轮、齿条、电机，所述支架位于阵列架的背光面侧，且其一端铰接于阵列架的底部，所述光追踪智控器固定连接于阵列架的采光面上部，所述光追踪智控器与电机相连，所述电机固定连接于支架的上部，且其输出端与齿轮固定连接，所述齿轮与齿条啮合，所述齿条的一端与阵列架铰接，所述供水系统包括热水池、供水泵、供热水泵，所述供水泵与供热水泵均位于热水池内，所述热水池的池体为保温池体，且热水池与顶排的内涡翅集热管相连通，所述供水泵与底排的内涡翅集热管相连通，所述供热水泵为用户输送热水。
[0009]优选地，所述聚光罩的内壁粘贴一定厚度的反光镜面。
[0010]优选地，每个所述内涡翅集热管的端头均设有截面为梯形的边托，相串联的内涡翅集热管端头采用卡箍式管接头对两个边托的扣合进而实现固定。
[0011]优选地，所述相串联的内涡翅集热管端头之间内置有频震冲击涡扇装置，所述频震冲击涡扇装置包括挡水片、涡扇、旋转轴，所述旋转轴一端固定连接于挡水片的中心，其另一端与涡扇旋转连接，所述涡扇由三个呈120
°
均布的涡扇叶片组成，所述涡扇叶片的自偏角为15
°
，且其方向与水流旋切方向相同。
[0012]优选地，所述挡水片上设有三个均布的通孔，所述通孔外形与涡扇叶片外形相同。
[0013]优选地，所述电机为调频驱动电机，所述光追踪智控器内置有光追踪器和控制器，能够实时跟踪太阳升降高度并计算，将信号传递给电机，控制电机旋转方向，进而控制并调整阵列板平面采光角度，用以使阵列板垂直于太阳光线以获得光辐射最大值。
[0014]本专利技术的有益效果为：
[0015]1.本专利技术的内涡翅集热管增加了水与管壁和翅片的导热接触面积，在不增加管径的情况下将增加一倍以上的光热传热面积，也就是增加了管壁和管内流水的传热接触面积，接触面积的增大可加快太阳辐射光热能量向管路水中传播速度。当集热管外表接收的光辐射热量和集热管中水接收的传导热量同步吸收时集热管向外发射的热能量就会减少，内涡翅集热管的内旋的涡翅迫使管内水流产生涡旋流动，这种沿管道涡旋流动的水相比直线平流运动的水而言不但可以增加水与管壁、涡翅的接触面积，还会增加水与管壁、涡翅接
触的时间，增加水在管道中的行进流程，根据涡翅旋距不同，涡流水行程可以增加1倍甚至数倍于管道长度，从而达到充分的传热效果，热损失也就减少。
[0016]2.本专利技术的内涡翅集热管的水流因涡旋涡流运动而增加了行程，和通过管路的时间，要保证涡流水不因增加管内行程而影响流量，同时还要保证水与管壁的导热同步和平衡就要加大管中水的流速，涡流运动相对较大流速下的水会产生较大的水分子间的碰撞摩擦和与管壁、涡翅的直接摩擦。这两种形式的摩擦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三涡频震式高效太阳能水集热器，其特征在于，包括太阳能集热系统、采光角度智能调节机构、供水系统，所述太阳能集热系统与供水系统相连，所述采光角度智能调节机构能够自动调节太阳能集热系统的采光角度，所述太阳能集热系统包括若干根内涡翅集热管、聚光罩、阵列架、防尘玻璃，所述内涡翅集热管的外壁镀有黑色涂层，其内壁设有沿其螺旋分布的一定数量的涡翅，若干根所述内涡翅集热管首尾依次串联与地面平行水平铺设，并排固定连接于聚光罩内，所述聚光罩固定连接于阵列架的采光面侧，且每个聚光罩上均固定连接有一块防尘玻璃，所述采光角度智能调节机构包括光追踪智控器、支架、齿轮、齿条、电机，所述支架位于阵列架的背光面侧，且其一端铰接于阵列架的底部，所述光追踪智控器固定连接于阵列架的采光面上部，所述光追踪智控器与电机相连，所述电机固定连接于支架的上部，且其输出端与齿轮固定连接，所述齿轮与齿条啮合，所述齿条的一端与阵列架铰接，所述供水系统包括热水池、供水泵、供热水泵，所述供水泵与供热水泵均位于热水池内，所述热水池的池体为保温池体，且热水池与顶排的内涡翅集热管相连通，所述供水泵与底排的内涡翅集热管相连通，所述供热水泵为用户输送热水。2.根据权利要求1所述的一种三涡频震式高效太阳能水集热器...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔文勃，崔彤，
申请(专利权)人：崔文勃，
类型：发明
国别省市：