[发明专利]套管式太阳能中高温空气加热装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种太阳能加热技术领域的装置，具体是一种套管式太阳能中高温空气加热装置。

背景技术

常规能源资源的有限性和环境压力的增加，使世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持，太阳能是一种清洁、环保、高效和永不衰竭的新能源，所以各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。这其中，太阳能空气加热装置在很多领域已有广泛的应用，例如用于食品、农产品和中草药的干燥、提供生活用热水、供暖及医疗物品消毒等。

经过对现有相关技术文献检索发现，中国专利文献号CN200979302Y记载了一种“太阳能真空管空气集热器”，该技术在真空管型集热管外面用聚光板来对空气进行加热，但其空气出口温度仅为80℃；又经检索发现，中国专利文献号CN1598439A，记载了一种“太阳能循环空气加热装置”，该技术直接用太阳能双层玻璃真空集热管作为太阳能循环空气加热管。但上述太阳能空气加热器一般存在加热效率低，制热效果不好的问题，空气大概只能加热到60-70℃左右，属于低温应用。

中国专利文献号号CN101012970A记载了一种“非接触式太阳集热器”，该技术在真空管内插入金属管，在金属管上焊接铝片作为肋片进行强化换热。但该技术在集热器中高温应用时，金属管和玻璃管间主要填充物是空气，热阻大，传热效率低。因此，在中高温工业应用方面，相应的空气加热装置还很少，加热效率也不高，给工业上推广应用带来困难。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种套管式太阳能中高温空气加热装置，提高太阳能热利用率，得到温度超过100℃的中高温空气。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：若干根集热管和对应的聚热装置，其中：若干根集热管之间相互串联连通，聚热装置固定设置于每一个集热管的外围。

所述的集热管包括：真空管、保温塞、传导介质、波纹肋板、套管、内管、井形架，其中：内管、套管和真空管依次由内而外套接，套管的顶部和内管的顶部分别与井形架固定连接，波纹肋板位于套管和内管之间，传导介质位于外管与真空管之间，保温塞位于真空管出口和外管之间并密封连接。

所述的传导介质为导热油和石墨粉的混合物，其混合比例为7∶3；

所述的波纹肋板为正弦状波纹结构。

所述的真空管包括：玻璃外管和玻璃内管，其中：玻璃外管和玻璃内管熔融密封且其之间为真空，玻璃外管和玻璃内管之间设有弹簧支撑卡，玻璃内管的外表面覆盖吸收涂层。

所述的聚热装置为复合抛物面聚光板(Compound parabolic concentrator，CPC)，所述的复合抛物面聚光板是由具有复合抛物结构型面的薄铁板表面铺设一层反光铝箔形成，每个复合抛物面聚光板的聚光比为2.15，厚度为0.6～1.0mm，宽度为280～360mm。

本发明工作过程如下：对于集热管来说，空气从进气管进入进气腔，进气腔由不锈钢薄板卷绕在套管外管外部并焊接而成，套管外管顶部焊接一个井形钢架，井形钢架由4根钢条焊接而成，套管内管穿过井字钢架中央正方形孔，并和钢条焊接在一起，井形钢架与套管外管和套管内管之间的空隙形成空气流入通道，空气从进气腔中通过流入通道进入套管外管，套管外管和套管内管之间设有弹性波纹肋板，弹性波纹肋板由0.5mm不锈钢箔压制并卷绕而成，弹性波纹肋板的顶部与套管外管内壁紧密接触，起到肋片强化换热作用，同时弹性波纹肋板之间的间隔区域还作为空气流路，空气从中流过并进入套管内管而流出。太阳辐射能经真空管由吸收涂层吸收，热量再由传导介质传递给套管管内的空气，对空气进行加热，加热后的空气经弯头和连接管进入下一个集热管的进气管内，从而对空气进行进一步的加热，这样可通过增加集热管的数目来提高被加热空气的温度，从而得到中高温空气。每根集热管外都设置一个复合抛物面聚光板，热量由聚光板汇聚到真空管，能提高集热效率，提高被加热工质温度。实验已发现，使用复合抛物面聚光板后，集热管的最大热流密度至少增加3倍，平均最大热流密度可增加4倍。

与现有技术相比，本发明对空气进行加热的集热管包括真空管和金属套管，结构简单，套管外管和套管内管之间设有弹性波纹肋板形成肋片结构以强化换热，由于此种肋片结构不用焊接固定，因此加工、安装和维修都很简便。套管外管和真空管之间填充导热性质良好的固液混合物传导介质，每根集热管之间用弯头和连接管连接，对空气进行逐步加热，每根集热管外设置复合抛物面聚光板，从而有效提高太阳能热利用率，得到中高温空气，供工农业使用。

附图说明