專利名稱：太陽能空氣集熱裝置的制作方法
太陽能空氣集熱裝置技術領域
本發(fā)明屬于聚光集熱加熱空氣太陽能熱利用技術，特別是涉及一種聚光集熱加熱空氣裝置。
背景技術：
化石燃料儲量有限，不可再生，在燃燒時會向環(huán)境中釋放出大量的溫室氣體。清潔能源的利用越來越受關注。由于太陽能的普遍存在和巨大的能量以及可持續(xù)開發(fā)性能，太陽能光熱和光伏利用的范圍越來越廣。
地球表面的太陽輻射能的總量盡管很大，但能流密度卻很低。目前，國內外使用最多的太陽能熱力用裝置主要有平板集熱器、真空管集熱器和聚焦型集熱器等。所能達到的溫度和用途的不同，把太陽能光熱利用分為低溫利用、中溫利和高溫利用。太陽能又是一種能流密度低、輻射具有間歇性、空間分布又不斷變化的能源，白晝東出西落，夜晚沒有，隨緯度不同、且季節(jié)不同太陽仰角也不相同，與常規(guī)能源有很大區(qū)別，這就對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。
因此，想要達到一定的輻射功率，可以采取兩種可行方法一是增大采光面積，二是提高聚光倍數。鑒于前者將占用較大的面積，因此采用聚光方式的太陽能利用逐漸成為一種重要的途徑?？v觀太陽能利用的發(fā)展歷程，代表性的器件主要有球面拋物面反射鏡，拱形線聚焦透鏡，復合拋物面聚光器，菲涅爾聚焦鏡等。普遍存在的問題是聚光比較小，接收角小，需要跟蹤裝置，元件笨重，不易生產和維護，性價比低等單軸跟蹤根據轉軸的方位可以分為水平單軸跟蹤，傾斜單軸跟蹤，豎直單軸跟蹤。
太陽能利用技術主要有太陽能集熱、太陽能光伏和光熱發(fā)電。在低溫太陽能熱利用技術中，真空管集熱器、平板集熱器和熱管集熱器已開始商業(yè)化，中溫和高溫系統的開發(fā)已經開始；太陽能光伏發(fā)電技術也逐步完善。但是，由于太陽能的分散性和不穩(wěn)定性導致其利用受到限制，光熱轉換和光伏轉換效率低。由于轉換效率隨著輻照強度的提高而增加，聚光有利于提高轉換效率，并能提高受熱介質的溫度品位，即可將介質加熱到更高溫度。
于是開發(fā)聚光太陽能集熱系統非常必要。太陽能聚光集熱將來自太陽能低密度太陽輻射聚焦后，成為高輻射熱流密度的太陽輻射，加熱位于聚光器焦線吸熱管上。在小型系統中雙軸跟蹤可以應用，但大面積集成的系統中，完成太陽能跟蹤系統的準確跟蹤，支架要求能傾斜度在很大角度范圍內旋轉，整體必須達到一定高度，高度這樣受外部風力的影響是在設計時需要考慮的重要環(huán)節(jié)，決定著整套系統的穩(wěn)定性和安全性。為此，單軸跟蹤更經濟、實用。
然而，由于太陽西出東落，不同季節(jié)仰角變化很大，無論東西向安置還是南北向布置，在一定時間必有一端或兩端部分聚焦光線逃逸于吸熱管之外，造成設備性能降低。小型裝置可雙軸跟蹤，大型裝置單軸傾斜跟蹤支架成本很高，一般水平設置。
對于加熱空氣，由于空氣熱容小，可以在短時間內加熱到設定溫度，另外可省去硅油或水等加熱介質，省去二次換熱需要的換熱器。但是由于空氣粘度隨溫度的升高而增大，造成管道系統阻力降變大，需消耗更多的風機電能。這樣除選擇內徑較大的吸熱管外，但吸熱管內徑會一定限制，采用多組并聯運行可以縮短空氣在吸熱管內路程，一端或兩端光線逃逸的情況普遍存在。發(fā)明內容
為解決公知技術中存在的技術問題，本發(fā)明提供一種太陽能空氣集熱裝置，根據太陽仰角和方位角不同，結合當地的地理緯度，根據跟蹤太陽能聚光系統聚光軸的方位是南北方向還是東西方向，東西方向的系統兩端延伸一定長度的吸熱管；南北方向的系統根據維度在北緯或南緯相應在南端或/和北端延伸一定長度的吸熱管。目的是提供水平安裝的聚光集熱器能全部將反射光線反射到吸熱管上，不會產生聚光光線逃逸系統外的問題。
為實現上述目的，本發(fā)明所采取的技術方案是提供一種太陽能空氣集熱裝置，其中所述太陽能空氣集熱裝置包括聚光鏡面，吸熱管和吸熱管末端延長管，吸熱管設置于聚光鏡面的上方，吸熱管末端設有延長管。
本發(fā)明的效果是使用該裝置可以在單軸跟蹤的聚光系統中進行水平安裝，其效果與獲得最大吸光率而進行的雙軸跟蹤系統相當，由于土建和聚光支架簡單，支架和基礎土建可節(jié)省投資20%，集熱效率能達到雙軸跟蹤效果，對于20米南北聚光軸系統整體高度最大可將低15米。明顯，其減少土建工程并節(jié)約大量結構鋼材，整體高度降低同時降低風災和雷擊的可能性，更能體現與新能源系統匹配的低碳可持續(xù)發(fā)展理念。


圖1是本發(fā)明太陽能空氣集熱裝置的構示意圖。
I、聚光鏡面2、吸熱管3、吸熱管末端延長管具體實施方式
結合附圖及實施例對本發(fā)明的太陽能空氣集熱裝置結構詳細加以說明。
本發(fā)明的太陽能空氣集熱裝置設計思想的基本依據和原理為太陽從春分日到夏至日是從赤道向北回歸線移動，從夏至日到秋分日是從北回歸線向赤道移動，從秋分日到冬至日是從赤道向南回歸線移動，從冬至日到春分日是從南回歸線向赤道移動。其整齊移動軌跡范圍在北回歸線(北緯23° 26 ^，約23.5° )和南回歸線(南緯23° 26 ^ )之間。 如果聚光系統的聚光光軸為東西方向，則東西方向的系統兩端延伸L長度的吸熱管，延伸長度L由下式確定
西端延長吸收管長度=L=Ftan β
其中，F為焦距，β是太陽在上午八時的方位角，即太陽光線在水平面上的投影和當地子午線的夾角。
東端延長吸收管長度
L=Ftan Y其中，F為焦距，Y是太陽在下午五時的方位角，即太陽光線在水平面上的投影和當地子午線的夾角。
如果聚光系統的聚光光軸為南北方向，貝1J南北方向的系統南端或北端延伸L長度的吸熱管，延伸長度L由下式確定
I = F/^)其中F為焦距，φ是當地的地理緯度。
如果地點在北緯23. 5°以上，則在北端延長L，L=Fcoi((p-23.5)..
如果地點在北緯23. 5° 南緯23. 5°，則南北端都延長L，l = Fcot識。
如果在南緯23. 5°以下，則在南端延長L，L=Fcot(cp-23.5)。
地球在自轉、公轉時，任何一個地點太陽的方位角和仰角都隨時間變化，上述延長長度L取某地的最大值即可。另外，實際應用中吸熱管有規(guī)格，除非特別情況，一般推薦取相近規(guī)格的，實際值比理論值大。
本發(fā)明太陽能空氣集熱裝置可為海水淡化、干燥、采暖等領域提供高溫熱空氣，但是，空氣加熱時，溫度升高粘度增大，吸熱管并聯運行非常必要，一端或兩端聚光光線逃逸現象直接影響系統效率，結合當地地理緯度和聚光集熱器聚光軸朝向，可以解決光線逃逸問題。
如圖1所示，本發(fā)明的太陽能空氣集熱裝置，所述太陽能空氣集熱裝置包括聚光鏡面1，吸熱管2和吸熱管末端延長管3，吸熱管2設置于聚光鏡面I的上方，吸熱管2末端設有延長管3。
所述聚光鏡面I面可以為復合拋物面聚光面或是軸向拉伸拋物聚光面。
所述聚光鏡面I和吸熱管2的組合為整體單元，或整體單元并聯或串聯連接。
實施例I
北京大興太陽能聚光空氣及熱裝置，地點北緯39° 45'，東經116° 13'，槽式軸向拉伸 拋物聚光面系統，由8塊開口 IOOOmm寬IOOOmm的聚光鏡面I和70/100的真空雙通管作為吸熱管分兩組先串聯再并聯而成，光軸平行東西方向，單軸跟蹤，在兩端各延伸 500mm作為吸熱管末端延長管3。在輻照度500W/m2情況下，測試日對比試驗表明，系統獲得熱量比未加末端延長管3提高10%。
實施例2
天津西青太陽能聚光空氣及熱裝置，地點北緯39° 08 ^，東經117° 01 ;，槽式軸向拉伸拋物聚光面系統，由16塊開口 1500mm寬IOOOmm的聚光鏡面I和40/70的真空雙通管作為吸熱管2分成四組串聯再并聯而成，光軸平行南北方向，東西方向跟蹤，北端延伸 800mm作為吸熱管末端延長管3。在輻照度800W/m2情況下，測試日對比試驗表明，系統獲得熱量比未加末端延長管3提高6%。
本實施例通過簡單技術完成達到復雜結構可完成的聚光效果，施工簡單、經濟實用。
權利要求
1.一種太陽能空氣集熱裝置，其特征是所述太陽能空氣集熱裝置包括聚光鏡面(1)，吸熱管(2 )和吸熱管末端延長管(3 )，吸熱管(2 )設置于聚光鏡面(I)的上方，吸熱管(2 )末端設有延長管(3)。
2.按照權利要求I所述的太陽能空氣集熱裝置，其特征是所述聚光鏡面(I)面可以為復合拋物面聚光面或是軸向拉伸拋物聚光面。
3.按照權利要求I所述的太陽能空氣集熱裝置，其特征是所述聚光鏡面(I)和吸熱管(2)的組合為整體單元，或整體單元并聯或串聯連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種太陽能空氣集熱裝置，所述太陽能空氣集熱裝置包括聚光鏡面，吸熱管和吸熱管末端延長管，吸熱管設置于聚光鏡面的上方，吸熱管末端設有延長管。本發(fā)明的效果是使用該裝置可以在單軸跟蹤的聚光系統中進行水平安裝，其效果與獲得最大吸光率而進行的雙軸跟蹤系統相當，由于土建和聚光支架簡單，更經濟實用，減少土建工程并節(jié)約大量結構鋼材，整體高度降低同時降低風災和雷擊的可能性，更能體現與新能源系統匹配的低碳可持續(xù)發(fā)展理念。
文檔編號F24J2/24GK102980311SQ20121051479
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權日2012年12月4日
發(fā)明者費學寧, 蘇潤西, 苑宏英, 姜遠光, 楊和義 申請人:天津城市建設學院