本發(fā)明涉及換熱技術(shù)和太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一套以空氣或液體為換熱介質(zhì)并應(yīng)用搭接式平板微熱管陣列的太陽能集熱、蓄熱一體化裝置。

背景技術(shù)：

太陽能是一種清潔無污染的綠色能源，并且儲(chǔ)備量巨大，取之不盡，用之不竭。太陽能利用技術(shù)中，太陽能光熱利用是一種比較普遍的應(yīng)用形式，但太陽能同時(shí)又具有能流密度低、間歇出現(xiàn)且功率不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，因此，若要合理的應(yīng)用太陽能，加入儲(chǔ)熱手段便使得用戶在用能方面供求雙方在時(shí)間和強(qiáng)度上的不匹配問題得以改善?，F(xiàn)有的儲(chǔ)熱手段以顯熱儲(chǔ)能為主，并存在這許多問題，比如：能量密度小，輸出不穩(wěn)定，并且裝置體積大。與顯熱儲(chǔ)熱相比之下，相變儲(chǔ)熱儲(chǔ)能密度大，放熱時(shí)輸出功率穩(wěn)定，溫度近似相等，是一種十分理想的儲(chǔ)熱技術(shù)。

在太陽能熱利用系統(tǒng)中，將太陽能集熱器和蓄熱器采用高效傳熱元件—熱管，進(jìn)行一體化安裝可有效的降低換熱介質(zhì)與蓄熱器的二次換熱熱損失，節(jié)省系統(tǒng)空間。但熱管過長(zhǎng)時(shí)，在取熱時(shí)由于充液率的影響，將影響熱管的工作效率，從而無法有效地進(jìn)行熱量傳遞。采用平板微熱管陣列分段搭接的方法可充分克服這一問題，若吸收太陽能的熱管段(集熱段)與加熱相變材料或被相變材料加熱的熱管段(蓄熱段)進(jìn)行有效搭接，使太陽能集熱、蓄熱一體化裝置中不同功能的熱管段進(jìn)行分離并在不同工況下高效運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于開發(fā)設(shè)計(jì)出一種基于搭接式平板微熱管陣列的太陽能集熱、蓄熱一體化裝置。將太陽能集熱器和蓄熱器采用平板微熱管陣列進(jìn)行組裝，并且蓄熱收集太陽能和加熱相變材料的兩個(gè)不同功能段的熱管分離并搭接處理，可減少太陽能熱利用系統(tǒng)中的二次換熱熱損失，減小系統(tǒng)占地面積，并且避免了熱管蒸發(fā)段過長(zhǎng)而無法正常運(yùn)行的問題。

一種基于搭接式平板微熱管陣列的太陽能集熱、蓄熱一體化裝置，其特征在于，主要包括灌裝相變材料的蓄熱箱體(1)、玻璃蓋板(2)、吸熱涂層(3)、取熱通道(4)、相變材料(5)、平板微熱管陣列組件(6)及后殼(7)。

平板微熱管陣列組件的外部沿長(zhǎng)度方向依次分為三段，分別為集熱段、蓄熱段、取熱段；平板微熱管陣列組件(6)由多組平板微熱管單元組成的平板式結(jié)構(gòu)，每組平板微熱管單元由兩個(gè)平板微熱管沿長(zhǎng)度方向端部表面上下重疊搭接而成；重疊搭接部位屬于蓄熱段(10)；每個(gè)平板微熱管內(nèi)部裝有可流動(dòng)和蒸發(fā)的換熱工質(zhì)；每個(gè)平板微熱管內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)或兩個(gè)以上并列的微型熱管，進(jìn)一步所述各微型熱管內(nèi)壁均設(shè)置有微型翅片，相鄰微翅片間形成微型槽道結(jié)構(gòu)；所述平板微熱管為金屬鋁一次性按壓形成。所述微型熱管內(nèi)部采用抽真空灌裝工質(zhì)(如r141b)并密封封裝。

集熱段的正面設(shè)有吸熱涂層(3)，吸熱涂層(3)可附與薄壁金屬板上后與平板微熱管陣列組件的集熱段相貼附，也可采用真空濺射的方式直接與平板微熱管陣列組件的集熱段的正面相接觸；玻璃蓋板(2)放置于吸熱涂層(3)正面上，兩者間距為20～50mm；后殼(7)位于集熱段的背面，玻璃蓋板(2)與后殼(7)形成四周密封的隔熱保溫空氣層；

蓄熱段的正面和背面設(shè)有強(qiáng)化換熱的裝置，且蓄熱段的(如焊接或粘接強(qiáng)化換熱翅片、泡沫金屬等)置于灌注有相變材料(5)的蓄熱箱體(1)內(nèi)；

提取熱量時(shí)，取熱段與取熱通道(4)連接，提取熱量時(shí)，取熱段與取熱通道(4)中的流體進(jìn)行換熱；當(dāng)取熱通道(4)為空氣通道(8)時(shí)，取熱段在空氣通道(8)的內(nèi)部，并且正面和背面應(yīng)設(shè)有強(qiáng)化換熱的措施(如焊接或粘接強(qiáng)化換熱翅片、泡沫金屬等)；而取熱通道(4)為液體通道(9)時(shí)，取熱段位于液體通道(9)的外部，并且兩者的外表面應(yīng)采用機(jī)械連接(如法蘭按壓連接等)并且連接面涂覆導(dǎo)熱硅膠或?qū)峁柚詼p少接觸熱阻；所述取熱通道可采用風(fēng)道形式，與平板微熱管陣列的取熱段直接換熱，也可采用液體流道形式，與平板微熱管陣列的取熱段進(jìn)行間壁式換熱。

若取熱通道為液體通道(9)，所采用的通道形式為平板型液體管道，優(yōu)選為一種多通道扁管。

所述的蓄熱箱體(1)應(yīng)在下端面與上端面加工有定位和安裝平板微熱管陣列組件(6)的矩形通孔；通孔部位，通孔孔壁與平板微熱管陣列組件之間用橡膠圈擠壓密封并涂抹密封膠用以防止相變材料(5)泄漏。

后殼(7)為頂部加工有安裝平板微熱管陣列的矩形孔，底部加工有使平板微熱管陣列底部插入的矩形條縫。

蓄熱箱體(1)、取熱通道(4)和后殼(7)均使用保溫材料進(jìn)行隔熱保溫處理。

相變材料(5)主要通過發(fā)生相態(tài)變化吸收或者釋放相變焓和一部分顯熱的方式達(dá)到蓄熱或者放熱的目的，可采用有機(jī)物(如石蠟、脂肪酸等)或無機(jī)鹽(三水醋酸鈉等)等。

在吸收太陽能并儲(chǔ)存在相變材料(5)中時(shí)，還可同時(shí)提取熱量，做到蓄、放熱同時(shí)進(jìn)行。

在吸收太陽能時(shí)，宜根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥燃訙p10°朝南放置。

所述平板微熱管的微型通道橫截面形狀為矩形或圓形，所述微型通道的當(dāng)量直徑為1～5mm。

所述平板微熱管單元為兩個(gè)平板微熱管陣列兩端外表面相緊密接觸，在取熱時(shí)集熱段不影響蓄熱段的正常運(yùn)行。兩平板微熱管陣列兩端外表面采用機(jī)械連接(如法蘭按壓連接等)并在連接處涂抹導(dǎo)熱硅膠或?qū)峁柚詼p少接觸熱阻。

本發(fā)明的技術(shù)效果：

本發(fā)明在于利用高效熱傳輸元件平板微熱管陣列配合吸熱涂層和強(qiáng)化換熱的措施，并采用兩支平板微熱管陣列兩端外表面相搭接的形式，避免了熱管蒸發(fā)段過長(zhǎng)導(dǎo)致取熱時(shí)無法有效運(yùn)行的問題。

工業(yè)應(yīng)用中可通過合理匹配集熱面積、相變材料的質(zhì)量和種類、蓄熱箱體的容量、平板微熱管陣列各個(gè)功能段的尺寸以及強(qiáng)化換熱的措施等，從太陽能熱利用系統(tǒng)中各裝置的搭配形式和熱量傳遞過程等角度對(duì)太陽能熱利用系統(tǒng)進(jìn)行改善，實(shí)現(xiàn)了減少換熱介質(zhì)與相變材料之間的二次換熱熱損失以及系統(tǒng)的占地面積等的改善。合理有效的利用可再生能源—太陽能，并配合使用環(huán)保的相變材料為一些用熱場(chǎng)合提供所需的熱量，不受時(shí)間和供求雙方用能強(qiáng)度不匹配的限制，平穩(wěn)的將熱量供給用戶。

附圖說明

圖1是一種基于搭接式平板微熱管陣列的太陽能集熱、蓄熱一體化裝置的外觀模型圖。

圖2是一種基于搭接式平板微熱管陣列的太陽能集熱、蓄熱一體化裝置中核心傳熱單元所用的平板微熱管單元的搭接效果圖；

圖3是一種基于搭接式平板微熱管陣列的太陽能集熱、蓄熱一體化裝置中核心傳熱單元所用的平板微熱管陣列的搭接形式的結(jié)構(gòu)分解圖；

圖4是一種基于搭接式平板微熱管陣列的太陽能集熱、蓄熱一體化裝置的內(nèi)部構(gòu)造圖；a為整體內(nèi)部圖；b為平板微熱管單元圖；

圖5是當(dāng)一種基于搭接式平板微熱管陣列的太陽能集熱、蓄熱一體化裝置的取熱通道為液體通道時(shí)所采用的多通道扁管的結(jié)構(gòu)外觀及剖視圖，上面圖為外

觀，下面圖為上圖所述aa方向剖視圖。

圖6為取熱通道為空氣通道的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為取熱通道為液體通道的結(jié)構(gòu)示意圖；

1蓄熱箱體、2玻璃蓋板、3吸熱涂層、4取熱通道、5相變材料、6平板微熱管陣列組件、7后殼、8空氣通道、9液體通道、10強(qiáng)化換熱翅片、11螺栓、12金屬法蘭、13墊片、14平板兩微熱管、15螺母。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。

圖1為該裝置的外觀，從外觀上看，與一般平板太陽能集熱器很相近，但卻具備吸收太陽能和儲(chǔ)存太陽能兩種功能，性價(jià)比較高。根據(jù)用熱需求，取熱通道中可以采用空氣進(jìn)行直接的熱量提取或者采用液體(水或?qū)嵊偷?進(jìn)行間壁式換熱。白天暴露在太陽光下，可通過太陽能加熱吸熱涂層(3)并加熱平板微熱管陣列組件(6)的集熱段，同時(shí)進(jìn)行吸熱和放熱的過程，夜間工況下通過相變材料(5)加熱傳熱元件并加熱取熱流體進(jìn)而將相變材料(5)中的熱量進(jìn)行提取。

圖2和圖3為兩平板微熱管陣列的搭接形式及其結(jié)構(gòu)示意圖。平板微熱管陣列組件(6)的每個(gè)單元為兩個(gè)平板微熱管(14)的兩端外表面相緊密接觸，在取熱時(shí)集熱段不影響蓄熱段的正常運(yùn)行。兩平板微熱管兩端外表面采用機(jī)械連接(如法蘭按壓連接等)并在連接處涂抹導(dǎo)熱硅膠或?qū)峁柚詼p少接觸熱阻。在這里展示的是采用法蘭連接的形式，即由兩個(gè)金屬法蘭(12)對(duì)兩個(gè)上下表面相互貼合的平板微熱管表面通過螺栓(11)和螺母(15)靠擰緊力的作用連接在一起，并在平板兩微熱管(14)接觸的表面應(yīng)涂抹導(dǎo)熱硅膠或?qū)峁柚葴p少接觸熱阻的物質(zhì)。在兩金屬法蘭(12)間設(shè)有墊片(13)防止金屬法蘭(12)因擰緊力的作用而變形。在法蘭的外表面也應(yīng)設(shè)有強(qiáng)化換熱的措施，如貼附強(qiáng)化換熱翅片(10)等。

圖4為一種新型的基于搭接式平板微熱管陣列的太陽能集熱、蓄熱一體化裝置內(nèi)部構(gòu)造示意圖，該新型裝置主要由蓄熱箱體(1)、玻璃蓋板(2)、選擇性吸收涂層(3)、取熱通道(4)、相變材料(5)、平板微熱管陣列組件(6)及后殼(7)組成，其中，取熱通道(4)又分為空氣通道(8)或液體通道(9)。平板微熱管陣列組件(6)由上至下依次分為集熱段、蓄熱段和取熱段三個(gè)功能段：集熱段正面與選擇性吸收涂層(3)緊密貼附，或采用真空濺射等方式直接鍍?cè)谄桨逦峁荜嚵械募療岫伪砻妫恍顭岫挝挥谛顭嵯潴w(1)中，并在蓄熱段的正面和背面設(shè)有強(qiáng)化換熱措施，如粘接或粘接強(qiáng)化換熱翅片等，相變材料(5)位于蓄熱箱體(1)中，并與平板微熱管陣列組件(6)的外表面接觸；取熱段與取熱通道(3)中的流體進(jìn)行換熱，當(dāng)取熱通道(3)為空氣通道(8)時(shí)，取熱段應(yīng)在空氣通道(8)的內(nèi)部，并且正面和背面應(yīng)設(shè)有強(qiáng)化換熱的措施(如焊接或粘接強(qiáng)化換熱翅片、泡沫金屬等)；而取熱通道(3)為液體通道(9)時(shí)，取熱段應(yīng)位于液體通道(9)的外部，并且兩者的外表面應(yīng)采用機(jī)械連接，如法蘭按壓連接等，并采用導(dǎo)熱硅膠或?qū)峁柚詼p少接觸熱阻，并且所采用的通道形式宜為平板型液體管道，以一種多通道扁管最優(yōu)。后殼(7)為頂部加工有安裝平板微熱管陣列的矩形孔，底部加工有使平板微熱管陣列底部插入的矩形條縫，采用膠條密封。蓄熱箱體(1)、取熱通道(4)和后殼(7)均使用保溫材料進(jìn)行隔熱保溫處理。裝置在吸收太陽能時(shí)，宜根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥燃訙p10°朝南放置。工作原理為：太陽照射在選擇性吸收涂層(3)時(shí)，吸收涂層(3)吸收太陽能，并將熱量傳遞給平板微熱管陣列(14)中的工質(zhì)，使得平板微熱管陣列內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)在蒸發(fā)段吸熱蒸發(fā)，將熱傳到蓄熱箱體(1)內(nèi)蓄熱段，將熱量傳至相變材料(5)，同時(shí)微熱管內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)冷凝回流，如此循環(huán)反復(fù)進(jìn)行太陽能與相變材料(5)之間的熱交換；當(dāng)取熱通道(4)中有換熱流體流過時(shí)，蓄熱箱體內(nèi)的平板微熱管陣列(14)的蓄熱段轉(zhuǎn)換為熱管的蒸發(fā)段，將相變材料(5)釋放熱量給微熱管中的工質(zhì)，同樣通過管內(nèi)工質(zhì)的相變過程將熱量高效迅速的傳遞給換熱通道(4)內(nèi)的取熱流體，從而加熱取熱通道(4)中的換熱工質(zhì)。

圖5為當(dāng)一種基于搭接式平板微熱管陣列的太陽能集熱、蓄熱一體化裝置的取熱通道(4)為液體通道時(shí)所采用的多通道扁管的結(jié)構(gòu)及外觀。平板的結(jié)構(gòu)易于與傳熱構(gòu)件接觸，特別是平板微熱管陣列(14)等平板狀傳熱構(gòu)件。該多通道扁管的進(jìn)口和出口設(shè)有穩(wěn)壓穩(wěn)流段以保證內(nèi)部每個(gè)通道中的流體均勻的分配。多孔扁管的厚度為7.5mm，壁厚1mm，內(nèi)部通道數(shù)量在2～11個(gè)，除兩端含曲面的通道其余等距離分布。

本發(fā)明涉及的一種新型的基于搭接式平板微熱管陣列的太陽能集熱、蓄熱一體化裝置，為一個(gè)以空氣或液體為換熱介質(zhì)，相變材料為蓄熱介質(zhì)的集合太陽能集熱和蓄熱兩種功能的蓄熱裝置，最主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樘柲軣崂妙I(lǐng)域和熱儲(chǔ)存領(lǐng)域，與傳統(tǒng)太陽能熱利用集熱系統(tǒng)相比較有以下優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)合了太陽能集熱器和相變蓄熱裝置的功能，可同時(shí)進(jìn)行太陽能的手機(jī)和儲(chǔ)存，通過合理匹配設(shè)計(jì)參數(shù)，可有效改善分體式太陽能熱利用集熱系統(tǒng)由于太陽能集熱器和蓄熱裝置分開放置并采用管道連接所產(chǎn)生的占地面積大，系統(tǒng)漏熱量大等問題。2、將傳統(tǒng)顯熱蓄熱改為相變蓄熱，增大了蓄熱裝置的儲(chǔ)能密度，降低了空間占有率，真正實(shí)現(xiàn)了太陽能在時(shí)間上的轉(zhuǎn)移。3、將負(fù)責(zé)收集太陽能和加熱相變材料的熱管分離并獨(dú)立運(yùn)行，集熱段的充液率不影響蓄熱段在取熱工況時(shí)的正常運(yùn)行。