CN100460778C - 承压式多介质平板太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

承压式多介质平板太阳能集热器是一种将传统平板太阳能集热器进行改进，使既能以工作介质为水的传统太阳能热水器方式使用，又能够以制冷剂作为工作介质的直膨式太阳能热泵蒸发器使用，该太阳能集热器的上部为玻璃盖板(1)，在玻璃盖板(1)的下部为聚碳酸酯透明盖板(2)，在聚碳酸酯透明盖板(2)的下表面连接有小肋片(3)，在聚碳酸酯透明盖板(2)的下部为吸热芯板(4)，在吸热芯板(4)的上表面设有蜂窝结构材料(7)，在吸热芯板(4)的下部为底部保温层(5)，在底部保温层(5)中设有承压管道(6)。该太阳能集热器平板结构在没有设置储水箱的情况下能够与建筑很好的结合，实现建筑一体化。

Description

承压式多介质平板太阳能集热器

技术领域

本发明是一种将传统平板太阳能集热器进行改进，使既能以工作介质为水的传统太阳能热水器方式使用，又能够以制冷剂作为工作介质的直膨式太阳能热泵蒸发器使用，属于太阳能热水器，太阳能热泵的技术领域。

背景技术

太阳能集热技术发展到今天无论在技术上的集热效率方面，还是商业上的性价比方面都已具备了大规模推广使用的条件，但在安装形式、安全性寿命及与建筑物的协调美观方面还需进一步改进。集热器必须作为建筑物的一部分，两者在美学效果上有机结合，集热器必须与建筑物同寿命。平板集热器在这方面具有其它集热器无法比拟的优势：

1)平板集热器无真空度要求，寿命较长，尤其是优质的自熔焊全铜集热器，其寿命甚至比建筑物本体还长。

2)在平板集热器中，工作介质在金属管道中流动，不接触玻璃不会因冷炸、热炸引起水或工质大量泄漏导致系统瘫痪。

3)平板集热器中，集热元件与走水部件之间为焊接或全金属密封，不使用必然随时间老化的胶圈，长期运行可靠性更好。

4)平板集热器在实现无间隙安装生产热水的同时，兼具保温、隔热、遮光、挡风雨等传统屋面的全部功能从而部分或全部取代屋顶材料减少建筑造价。

5)平板集热器形状结构灵活，很容易使集热器与建筑本体达到有机结合。

正是由于平板集热器具有以上诸多优点，在欧洲、美国、澳大利亚等经济发达地区平板集热器的产销量占太阳能集热器总产销量的80％以上。

但是，由于传统平板太阳能集热器的工作介质一般是水，通过太阳能直接加热水以满足生活热水供应。这种方式虽然简单，但是在寒冷的冬季可能会产生冻结现象，甚至会冻裂集热器本身。而目前的防冻技术还处于研究发展阶段，不能令人满意，使传统平板集热器在高纬度寒冷地区的使用受到限制。而且在太阳辐射不足时，仅仅采用太阳能加热水无法满足生活热水温度要求。平板集热器在热损失方面的缺陷也很明显，需要通过一定的措施提高集热效率。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种可以使用不同工作介质的承压式多介质平板太阳能集热器，可以根据不同需要采用不同的制冷剂，在不同的蒸发压力下均能正常工作。

技术方案：本发明的承压式多介质平板太阳能集热器，玻璃盖板、聚碳酸酯透明盖板、小肋片、吸热芯板、底部保温层、承压管道、蜂窝结构材料；该太阳能集热器的上部为玻璃盖板，在玻璃盖板的下部为聚碳酸酯透明盖板，在聚碳酸酯透明盖板的下表面连接有小肋片，在聚碳酸酯透明盖板的下部为吸热芯板，在吸热芯板的上表面设有蜂窝结构材料，在吸热芯板的下部为底部保温层，在底部保温层中设有承压管道。在承压管道上设有电子膨胀阀

将焊接在吸热芯板下的介质管道加以改进，为了适应在太阳能热泵方式的运行，适当增加管壁厚度，以提高其承压性能。同时由于某些制冷剂的溶水性较差，在集热器适当位置装设干燥器，以避免“冰塞”现象。为了充分利用太阳能和减少热损失，采用带有肋片的聚碳酸脂透明盖板，并在吸热芯板上放置蜂窝结构材料，以减少对流和辐射损失，使集热效率大大增加。在介质管道上设置电子膨胀阀，调节制冷剂流量使负荷匹配。

有益效果：本发明的有益效果是：采用承压管流道，在可以改工作介质为制冷剂，使集热器作为太阳能热泵蒸发器，使得在无法直接获得生活热水的情况下，以太阳能热泵形式工作。同时，由于采用承压结构管道，可以根据不同需要采用不同的制冷剂，在不同的蒸发压力下均能正常工作。

1.该平板集热器可以使用不同的工作介质，使用灵活；

2.双重防热损失措施大大提高了集热器的集热效率。

附图说明

图1是该平板集热器的示意图。

其中有：玻璃盖板1、聚碳酸酯透明盖板2、小肋片3、吸热芯板4、底部保温层5、承压管道6、蜂窝结构材料7。

图2是图1的横向剖视结构示意图。

图3蜂窝材料结构示意图。

具体实施方式

图1是该平板集热器的示意图。玻璃盖板1起到减少散热和产生温室效应的作用；聚碳酸酯透明盖板2、小肋片3为一体构成具有小肋片的聚碳酸酯透明盖板，这些小肋片在吸热芯板上方形成了许多小空间，用以抑制空气自然对流；吸热芯板4是涂有涂层的吸热铝板，涂层采用选择性阳极化涂层；承压管道6采用导热性能良好的铜管材料，适当增加管壁厚度，提高其承压能力，使工作介质可以是各种制冷剂，集热器可以作为太阳能热泵蒸发器使用；蜂窝结构材料7是，该种材料直接安置在吸热板板面上，既能减少表面空气自然对流，而且大大降低了辐射散热。蜂窝结构和带肋片的聚碳酸酯盖板起到了双重抑制集热器热损失的作用。底部采用玻璃棉保温，进一步减少了热损失，提高集热效率。在加工时，承压管与吸热板采用焊接连接，应保证焊接强度足够，并不会产生气缝，尽量减少接触热阻。

该太阳能集热器的上部为玻璃盖板1，在玻璃盖板1的下部为聚碳酸酯透明盖板2，在聚碳酸酯透明盖板2的下表面连接有小肋片3，在聚碳酸酯透明盖板2的下部为吸热芯板4，在吸热芯板4的上表面设有蜂窝结构材料7，在吸热芯板4的下部为底部保温层5，在底部保温层5中设有承压管道6。在承压管道6上设有电子膨胀阀。由于在热泵运行状态下，制冷剂的蒸发压力远大于正常生活热水的压力，传统介质流道的承压性能无法满足蒸发压力要求，因此必须改用具有较高承压能力的管道。介质流道经过特别加工处理，能够承受一定压力，从而能满足制冷剂在管道中蒸发要求。

平板集热器的热损失主要集中在集热板与周围空气的对流散热上。对于有盖板的集热器，对流损失又分为由吸热板到盖板的内对流损失，以及由盖板到周围空气的外对流损失。在无风情况下，外对流损失是由自然对流引起的。在低风速时，空气对流也占支配地位。虽然也应该设法降低外对流损失，但最有效的还是减少内对流损失，以降低盖板的温度。降低内对流损失，常用的方法是缩小空气间隙和在吸热板和盖板之间填入隔热材料。本设计在吸热板上方安置聚碳酸酯透明盖板，盖板下的小肋片把空气流道分隔成许多小的通道，相当于减小了空气间隙；同时在吸热板上安放的蜂窝材料，本身也减小了空气流动空间。因此，能够有效的降低内对流损失。

在集热器工作过程中，在板温高于环境温度时，集热器不可避免会向周围环境辐射传热，这部分辐射热损失也是平板集热器热损失的重要部分。在本设计中，通过在吸热板上布置一种蜂窝结构材料，有效的减少了辐射部分热损失。蜂窝结构如附图3所示，其减少辐射损失的原理是：蜂窝的每个蜂格都是正六边形的空心柱体，蜂格的透光率对于平行光可达到97％以上，对于不平行的光线，蜂格壁可以将不垂直蜂窝的单面贴以面板，则蜂窝便具有了良好的吸光性能。由于蜂格壁可以遮挡住大部分阳光，使光线的多次反射都在蜂格壁上进行，因此光线几乎全部被蜂窝结构所吸收，如果蜂窝是黑色的，蜂窝的吸光性能将接近绝对黑体。通过这种措施，大大降低了辐射损失。同时，在吸热板上安放蜂窝结构材料，本身也减小了空气流动空间，也有效的降低了内对流损失。

附着在集热器吸热板芯上的吸热涂层的优劣直接影响了太阳能热水器的性能。吸热涂层总体上可分为非选择性涂层与选择性涂层两大类，区分它们吸热性能的重要指标是其吸收比α与发射比ε的比值α/ε。非选择性吸热涂层的α/ε＝1；选择性吸热涂层的α/ε>1，而且同为选择性吸热涂层，一般比值越大者，性能越好。吸热涂层的另一个重要指标是其耐候性，它的好坏关系到涂层以至热水器使用寿命的长短。选择性阳极化涂层是目前广泛应用于平板式太阳能集热器上较理想的涂层，其α/ε>3，使用寿命在十年左右。综合其吸热性能和使用寿命，本设计采用选择性阳极化涂层。

带肋片的聚碳酸酯透明盖板以及蜂窝结构材料，大大减少了吸热芯板表面的空气对流，并显著降低了辐射损失，使得集热效率明显增加。选择性阳极化涂层提高了集热器的整体性能。

介质管道上的电子膨胀阀，能够根据不同的负荷要求，调节制冷剂流量，同时节流降压，使得蒸发量满足负荷匹配。

由于介质管道能够流动不同制冷剂，可以通过利用不同的制冷剂进行实验，找出效率相对较高而且满足环保要求的制冷剂，作为集热器的工作介质。聚碳酸酯和蜂窝结构的双重防热损措施，提高了集热器的集热效率，使得系统在太阳辐射情况不佳的场合仍能够较为高效的使用。

Claims (2)

1.一种承压式多介质平板太阳能集热器，其特征在于该太阳能集热器的上部为玻璃盖板(1)，在玻璃盖板(1)的下部为聚碳酸酯透明盖板(2)，在聚碳酸酯透明盖板(2)的下表面连接有小肋片(3)，在聚碳酸酯透明盖板(2)的下部为吸热芯板(4)，在吸热芯板(4)的上表面设有蜂窝结构材料(7)，在吸热芯板(4)的下部为底部保温层(5)，在底部保温层(5)中设有承压管道(6)。

2.根据权利要求1所述的承压式多介质平板太阳能集热器，其特征在于在承压管道(6)上设有电子膨胀阀。

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