[其他]半蜂窝双回流太阳能空气集热器

说明书

该实用新型涉及太阳能集热器。

太阳能空气集热器，由吸热板将太阳辐射电磁能转换为热能，通过吸热板与空气的对流换热，把空气加热到预定的温度以供利用，空气工质在换热过程中能得到尽可能多的太阳电磁辐射能，实现高效率的光热转换。

太阳能空气集热器现有平板空腔型，多孔拉网型，板棘型等多种类型。平板空腔型空气集热器虽然结构简单，便于加工制造，但换热不够充分；拉网型空气集热器虽然结构简单，换热充分，但吸热不充分；板棘型空气集热器，换热性能好，但制造比较复杂。

本实用新型的目的是对已有的太阳能空气集热器的吸热板体进行改进，提供一种结构简单，便于生产，且光热转换效率高的太阳能空气集热器。

本实用新型在于充分考虑了集热器工质空气的密度、比热和导热率都小的性质，根据空气的负的焦耳－－汤姆逊效应，提供一种半蜂窝双回流太阳能空气集热器。在常温条件下，空气具有节流膨胀降温的现象发生，利用空气这一物理特性，在集热器装置中给其工质空气在工作过程中提供膨胀过程与节流过程，使空气在节流膨胀整个过程中获得更多的内能，达到加热空气的目的。

本实用新型的半蜂窝双回流太阳能空气集热器的结构基本和现有的空气集热器相似，有盖板、吸热板体、保温材料及外壳。其特征在于吸热板体，将一定厚度的传热性能好的材料（如铁皮、铝皮等）压制成形为一定深度（一般为3－5mm）和宽度（一般为10－30mm）的梯形槽道，槽道间可等距均匀分布，形成板体层。吸热板体由三层板体层按其梯形槽道纵向与横向相间叠置而成，可使上层与下层为纵向安置，中间隔板体层为横向安置。这样制成的吸热板体内形成了双层空气通道，每层空气通道的截面沿纵向大小突然变化。这样当工质空气在每层的通道内流动时，当通过截面小的通道段时，由于通道截面突然缩小，空气进行节流过程，流动速度急剧增加；当通过截面大的通道段时，由于通道截面突然扩大，空气进行膨胀过程。通过空气的这种流动过程来实现其负的焦耳－－汤姆逊效应。当空气在通道内流动时，假定在节流时只有速度增加的变化，且在次段通道的时间极为短暂，来不及和外界进行换热，在膨胀时，在降温的同时，又和吸热板进行对流换热，使温度提高。被加热的空气，经过节流膨胀而降温，空气又经过吸热板再次加热，而被再次加热的空气又经节流膨胀，就这样使工质空气在吸热板体中交替多次的节流膨胀，来实现使空气的温度不断增加。

本实用新型的由双层空气通道组成的吸热板体，空气入口和出口分别在其上端的下板体层和上板体层上，在吸热板体的下端中板体层比上、下板体层稍短，留有空气回流的回流通道。这种吸热板体的温度分布和其通道内的空气压力分布形成了温度梯度场和压力梯度场，由空气的入口经回流通道到出口，温度不断上升，空气压力不断减小，所以在吸热板体内，工质是在负压下运行，这就是吸热板内气流流动的内在因素。空气在工作过程中，首先由吸热板体入口流入下层各通道，经过节流膨胀多次，与中层和下层板体层换热到吸热板体的下端通过回流通道进入上层各通道，同样经过节流膨胀多次，与上层和中层板体层换热到吸热板体的上端，达到工作温度从出口流出。从上述可以看出，吸热板体吸收太阳能经过吸热板体和空气的对流换热而使空气的温度不断上升，从而实现了光热转换。这就是半蜂窝双回流空气集热器的工作原理。

本实用新型的结构设计充分考虑了工质空气的物理性质和结构的几何形状，做到了两者的辩证统一，这就使得它和已有的空气集热器相比同时具备了下述两个优点：

1.由于这种结构的太阳能空气集热器的吸热板体能充分利用吸热板温度分布的不均匀性，使温度较低的区域完成对空气的预热过程，而温度较高的区域完成预热后的加热过程，降低了吸热板体的温度，减少了散热损失，充分发挥了高温区的加热作用，克服了空气导热率低的缺点，所以这种半蜂窝双回流空气集热器光热转换效率较高。

2.结构简单，便于加工，适宜于批量生产。

由于本实用新型同时具备上述两个优点，所以便于应用推广。它可用于通风供热、采暖空调、干燥以及太阳能温室栽培和养殖等方面。

图1为半蜂窝双回流太阳能空气集热器的横剖面示意图。

图2为吸热板体下端内回流通道的横剖面示意图。

图3为半蜂窝双回流太阳能空气集热器的纵剖面示意图。