均流正压单排式太阳能/空气能蒸发集热器

摘要

本发明属于蒸发集热器技术领域，具体涉及一种均流正压单排式太阳能/空气能蒸发集热器。外壳上部设置有透明钢化玻璃盖板，外壳正面设置有不均匀开孔了钢化玻璃板；外壳内部设置有风机、均流板、涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器；在风机及涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器之间设置均流板。本发明解决的问题有：1.增加蒸发器表面太阳能吸收总量；2.选择合适的风机布置形式，减少风机对太阳辐射的遮挡；3.解决蒸发器气流分布不均而导致的性能低下问题。

说明书

技术领域

本发明属于蒸发集热器技术领域，具体涉及一种均流正压单排式太阳能/空气能蒸发集热器。

背景技术

太阳能作为一种取之不尽用之不竭且广泛存在的能源，太阳能的利用很好的弥补了空气源热泵在低温环境中COP较低的缺陷，是在低温时对空气能的一种补充，太阳能与空气能的结合已成为空气源热泵研究的热点问题，两者结合常在室外蒸发器部分进行改造。常见的太阳能/空气能蒸发器有太阳能辅助型太阳能空气能蒸发器、太阳能光伏发电的空气能蒸发器等。后者系统体积较大，不适用于高层的居住建筑，而前者往往太阳能利用率较低，在增加了成本的同时系统性能增加不显著。因此提出一种适用于中国家庭家用热泵的、太阳能集热效率较高的、换热效率较高的太阳能/空气能蒸发器十分必要。

目前常用的太阳能选择吸收性涂层有电镀黑镍涂层、黑铬涂层、黑钴涂层；采用铬原子选择吸收膜在工艺上易于实现，而且具有较高太阳能吸收率与较低发射率，是一种相对理想的太阳能选择吸收涂层。

现有成熟的太阳能与空气源热泵联合除霜技术有太阳能蓄热增强空气源热泵除霜系统，新型间联式太阳能空气源热泵除霜技术，太阳能耦合空气能热泵供热系统等。如吴娟，龙新峰.太阳能热化学储能研究进展[J].化工进展，2014，33(12):3238-3245。冉思源，李先庭，徐伟.新型间联式太阳能空气源热泵用于供热效果分析[J].暖通空调，2016,(12):8-14。其中采用了真空管或平板太阳能集热器；黎珍,田琦,董旭.太原地区太阳能耦合空气源热泵一体化热水系统性能分析[J].华侨大学学报(自然科学版),2017(5)。这些系统大大提高了太阳能的利用率，但是这些系统设计是大多针对于全局设计，而对核心部件蒸发器设计不足。

现有的用于住宅的蒸发集热器往往为双排布置，若直接将太阳能选择性吸收涂料用物理或化学方法附着在蒸发器及翅片表面作为太阳能/空气能蒸发集热器改造方式，由于风机处于蒸发器吸风侧，这样就导致了太阳能接受面积不大、蒸发器性能提升较低的等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种均流正压单排式太阳能/空气能蒸发集热器，解决的问题有：1.增加蒸发器表面太阳能吸收总量；2.选择合适的风机布置形式，减少风机对太阳辐射的遮挡；3.解决蒸发器气流分布不均而导致的性能低下问题。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种均流正压单排式太阳能/空气能蒸发集热器，包括透明钢化玻璃盖板、不均匀开孔了钢化玻璃板、风机、均流板、涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器；外壳上部设置有透明钢化玻璃盖板，外壳正面设置有不均匀开孔了钢化玻璃板；外壳内部设置有风机、均流板、涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器；在风机及涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器之间设置均流板。

所述的涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器的翅片采用Al合金，最大厚度为0.2mm。

所述的均流板宽度为风机直径。

所述的不均匀开孔了钢化玻璃板位于涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器气流出口处。

所述的风机置于涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器靠近强侧，向涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器吹风。

所述的涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器置于均流板及不均匀开孔了钢化玻璃板之间。

在太阳能/空气能热泵运行时，风机向涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器吹风，整个涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器处于风机正压侧，由于风机气流在整个涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器上分布不均，涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器前设置均流板增加阻力，减少气流不均，即气流从风机到均流板均流，再经过涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器换热，从不均匀开孔了钢化玻璃板排出；不均匀开孔了钢化玻璃板再次通过不均匀开孔均流，达到气流分布均匀目的；太阳能通过透明钢化玻璃盖板以及不均匀开孔了钢化玻璃板，照射在涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器上被其选择吸收膜吸收，增加蒸发器换热效率。

本发明所取得的有益效果为：

本发明实现增加太阳能/空气能蒸发集热器换热效率装置，采用蒸发器正压通风方式，减少了风机对太阳光线的阻挡，提升了太阳能的捕集量。采用均流板加不均匀开孔钢化玻璃板的装置，优化了正压通风带来的气流组织不均的影响，均匀出风的气流组织形式同时可以增加蒸发集热器换热效率。蒸发集热器采用单排形式，表面涂有铬原子选择吸收涂层，涂层具有较高的太阳能吸收率，吸收太阳能能力较强；单排的蒸发器设计气流在其中流动过程较短空气处理过程短，减少了结霜恶化传热的概率。这种形式的太阳能集热蒸发器，极大的保证了太阳能吸收面积，能减少因空气温度过低而导致的性能下降。而且在进行结构改造时，没有增加大幅增加空气源热泵体积，仍适用于高层用户使用。

附图说明

图1为均流正压单排式太阳能/空气能蒸发集热器外部构造图；

图2为均流正压单排式太阳能/空气能蒸发集热器内部构造图；

图3为不均匀开孔了钢化玻璃板构造示意图；

图4为均流板示意图；

图5为内部部件位置图；

图中：1.透明钢化玻璃盖板；2.不均匀开孔了钢化玻璃板；3.风机；4.均流板；5.涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1—5所示，本发明所述均流正压单排式太阳能/空气能蒸发集热器包括透明钢化玻璃盖板1、不均匀开孔了钢化玻璃板2、风机3、均流板4、涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器5。外壳上部设置有透明钢化玻璃盖板1，外壳正面设置有不均匀开孔了钢化玻璃板2。外壳内部设置有风机3、均流板4、涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器5。在风机3及涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器5之间设置宽度为风机直径的均流板4。

在太阳能/空气能热泵运行时，风机3向涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器5吹风，整个涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器5处于风机3正压侧，由于风机3气流在整个涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器5上分布不均，涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器5前设置均流板4增加阻力，减少气流不均，即气流从风机3到均流板4均流，再经过涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器5换热，从不均匀开孔了钢化玻璃板2排出。不均匀开孔了钢化玻璃板2再次通过不均匀开孔均流，达到气流分布均匀目的。

太阳能通过透明钢化玻璃盖板1以及不均匀开孔了钢化玻璃板2，照射在涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器5上被其选择吸收膜吸收，增加蒸发器换热效率。

本发明提出的太阳能/空气能蒸发集热器，应用于传统空气源热泵中，替换传统空气源热泵蒸发集热器，其主要装置有上部透明挡板、出风侧不均匀开孔透明挡板、涂有太阳能选择吸收涂层的单排加宽蒸发集热器、正压风机及均流板。

蒸发器外壳上部及正面盖板采用钢化玻璃，钢化玻璃在现实生活中已经有了非常广泛的应用，其具有高强度、高耐性等特点。透光率达90％，密度大约是2400～2800kg/m

太阳能选择吸收膜选择铬原子层积吸热采暖膜，在工程实际中，蒸发器翅片采用Al合金，最大厚度为0.2mm。若翅片厚度过大，直接导致的问题是翅片传热效率降低，同时过窄的流道尺寸可能使蒸发器产生结霜，恶化传热。所以，往往控制翅片厚度为0.2mm以内。原子层积吸热采暖膜，其结构更为紧凑，在机械刮、拉中都可以保持较好的形态，更利于太阳能/空气能蒸发集热器的正常运行。铬原子层沉积吸热采暖膜可以达到97％的吸收率和6％的发射率。

太阳能/空气能蒸发集热器布置于风机正压侧，风机吹风到蒸发器表面，在风机及蒸发器之间设置宽度为风机直径的均流板，设备出风透明挡板出开设不均匀开孔，以确保蒸发器表面气流均匀分布。

蒸发器为单排加宽型蒸发器，单排加宽布置，表面涂有铬原子太阳能选择吸收膜。单排加宽布置可增加蒸发器表面吸收太阳能面积，增加太阳能利用率；同时，单排的蒸发器形式，空气在蒸发器换热过程中处理过程较短，大大减小了结霜恶化传热的风险。

所述透明钢化玻璃盖板位于蒸发器外壳顶部，以增加上部接受太阳能辐射量。

所述有不均匀开孔了钢化玻璃板位于蒸发器气流出口处。

所述风机置于蒸发器靠近强侧，向蒸发器吹风。

所述均流板置于单排蒸发器及风机之间。

所述涂有铬原子太阳能选择吸收涂层的单排蒸发器置于均流板及有不均匀开孔了钢化玻璃板之间。

实施例

一种均流正压单排式太阳能/空气能蒸发集热器，蒸发器翅片采用Al合金，厚度为0.2mm，铬原子层以物理方法强磁凝聚在Al合金翅片表面，铬原子层积吸热采暖膜的结构紧凑，吸收率0.93-0.97，发射率0.07-0.11，物理化学性质稳定。微米级厚度对铝合金翅片传热系数影响较小，可以在增加太阳能辐射吸收的同时，减小翅片传热系数的损失。

机组透明外壳采用钢化玻璃外壳，其在物理、化学稳定性上具有突出表现，而且适应年限长，完全负荷机组的使用要求。在正向钢化玻璃上开不均匀通风孔，具体操作为中检侧稀疏，两边侧密集，以减少出口侧的气流组织分布不均匀。

蒸发器位于风机正压区，并在风机与蒸发器之间加入了均流板，以优化蒸发器表面的气流组织

如附图1所示，均流正压单排式太阳能/空气能蒸发集热器与870W喷气增焓涡旋压缩机连接，末端使用直接膨胀式末端，构建太阳能/空气能热泵，接入室内热负荷为3200W的房间。系统在室外气温为-5℃、相对湿度32％工况下运行，维持室内温度18摄氏度，此时冷凝温度35℃，蒸发温度-15℃。在太阳辐射照度为250W/m

一种均流正压单排式太阳能/空气能蒸发集热器，是应用太阳能辅助空气源热泵技术，将铬原子太阳能选择吸收涂层用物理方法附着在蒸发器翅片表面，以增加冬季蒸发器换热效率，使用单排、宽面、正压式的蒸发器，减少了气流在蒸发器中的处理过程从而减少结霜，正压式的气流组织，在最程度上增加蒸发器太阳辐射的接受量，同时使用均流板加不均匀表面开孔的形式也改善了气流组织。整个太阳能蒸发集热器作为整体在各个部件上分别进行优化设计，从而提升太阳能集热蒸发器效率。