[发明专利]一种集热器阵列流体流动均匀化的方法

说明书

技术领域：本发明涉及一种太阳集热器阵列流体流动均匀化的方法，属于太阳能利用技术领域。

技术背景：太阳集热器是太阳能热水器的最重要的部件之一，是将太阳辐射能转变为热能并将热能传递给循环流体的部件。对于较大规模的太阳能热水系统，需要将许多片太阳集热器连接在一起，即构成了太阳集热器阵列。因此，集热器阵列是太阳能热水系统的重要组成部分。

对于较大规模的太阳能热水系统，经常采用强制循环方式。此时流过每片集热器的流量是很不均匀的。对于一列集热器阵列，按流体流动的方向，两端的集热器流量较大，而中间的集热器的流量较小，其差距达数倍至数十倍之间。

国内外学者对集热器阵列的流体流动的不均匀状况及其对系统热效率的影响进行了大量研究，如Dunkle、Davey、Bajura、Jones、Lior、Chiou、Duffie、Beckman、Volker、David、王兴安、赵镇南、王峻晔、罗永浩等。如我国学者王兴安等人，以4片集热器组成的阵列作为研究对象，采用离散数学模型计算了不同支管间距下各片集热器内的流体流量，并进行了实验验证，结果发现第一片和最后一片集热器流量非常大，中间集热器流量很小，第一至第四片集热器的流量分别占总流量的40.0％、6.0％、2.6％、51.4％，最大和最小流量相差19.8倍。而且集热器阵列规模越大，其流体流量越不均匀。

由于集热器阵列流体流动不均匀引起的效率下降是显见的。对于流体流量很小(产生滞流)的一些集热器，集热器工作温度很高，导致热损加大，降低了系统的整体热效率。一些研究分析认为，由于集热器阵列流体流动不均匀导致的系统热效率下降可能超过20％。特别是对于在平屋顶上安装的与建筑一体化的太阳能热水系统，由于太阳集热器几乎呈水平状放置，流体通过热虹吸机理调整流体流动不均匀的机制基本消失，导致系统效率下降的情况尤其严重。

虽然几十年间国内外就集热器阵列的流体流动不均匀的问题进行了大量研究，然而研究的问题主要集中在流体不均匀及其对热性能的影响的定性和定量分析方面，没有能提出根本性的使流体流动均匀化的解决办法。

发明内容：本发明的目的是克服现有技术之不足，提出一种使太阳集热器阵列流体流动均匀化、系统效率高、成本低的方法。

本发明集热器阵列流体流动均匀化的方的技术方案是：在集热器阵列中，靠近流体进口处的1-15片集热器之间的各汇流集管连接处(A、B、……)设置节流元件，以增大流体流动的阻力系数，减小流体的流量；在靠近流体出口处的1-15片集热器之间的各分流集管连接处(……、Y、Z)设置节流元件，以增大流体流动的阻力系数，减小流体的流量。所述节流元件(2)为孔板结构，直接装于两相邻集热器(1)的集管(4)连接口之间，并通过连接元件(3)固定。

在集热器阵列中，靠近流体进口的几片集热器之间的各汇流集管(上集管)连接处(A、B、……)设置节流元件，增大流体流动的阻力系数，减小流体的流量；在靠近流体出口的几片集热器之间的各分流集管(下集管)连接处(……、Y、Z)设置节流元件，增大流体流动的阻力系数，减小流体的流量。

节流元件可为带节流通孔的孔板，孔板外形与集管匹配(圆形薄板)、节流孔断面小于集管断面面积，直接装于两相邻集热器的集管连接口之间，并通过连接元件固定。连接元件可以是普通的胶管、波纹连接管等。在汇流集管与分流集管上设置的节流元件的数量根据具体的集热器阵列大小确定，阵列越大、需要的越多。

本发明集热器阵列流体流动均匀化的方法-由于采用在靠近流体进口的汇流集管(上集管)和靠近出口的分流集管(下集管)连接处设置节流元件的方法，使太阳集热器阵列流体流动均匀化，阵列内各片集热器流体流动均匀，从而可显著提高系统热效率，特别适合于太阳能与建筑一体化系统应用。此外，本发明还具有简单、可靠、成本低等优点。

附图说明：下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本发明实施例中6片集热器(1)组成的阵列结构示意图。

图2为本发明实施例集管(4)与节流元件(2)连接处局部剖视示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1、2所示，在6片集热器(1)串联组成的阵列中，在靠近流体进口的3片集热器1之间的各汇流集管连接处A、B设置节流元件(2)，增大流体流动的阻力系数，减小流体的流量；在靠近流体出口的3片集热器(1)之间的各分流集管连接处Y、Z设置节流元件(2)，增大流体流动的阻力系数，减小流体的流量。