CN101441002B - 一种真空集热板及其集热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种真空集热板和集热装置，该真空集热板和集热装置具有高温集热层，减少散热，保温性能好。实现本发明目的的技术方案是：一种真空集热板，从上至下依次设有透光层和集热层，所述透光层采用硼硅玻璃，所述集热层采用石英玻璃，上面涂有光辐射吸收涂层；透光层和集热层之间设有网状支撑衬垫，透光层和集热层的边缘用玻璃密封连接，所述集热层的下面设有抽气封嘴，透光层和集热层之间抽为真空。所述真空集热板通过和导热水箱、导热管板或超导热管板等换热装置的组合，可以组成多种类型的集热装置。

Description

一种真空集热板及其集热装置
技术领域
本发明涉及能量转换领域，尤其涉及一种真空集热板和集热装置。
背景技术
当前光辐射型换能装置一般有两种形式：一种是“真空管式太阳能热水器”以及“平板式太阳能热水器”两种。真空管式太阳能热水器空烧温度高达230℃～270℃，真空管式太阳能热水器从其诞生至今，已有20多年的历史了，在这20多年中，其结构形式几乎没有什么重大改变，一直延续其传统结构，轮廓有效集热面积增加不大，因此，其得热量一直没有重大提高。现有的平板式太阳能热水器空烧温度达160℃～180℃，轮廓有效集热面积可以任意组合增加。现有的平板式太阳能热水器主要由透明玻璃盖板、集热器(吸热板)、隔热保温层三大主要部分组成。现有的平板式太阳能热水器要提高空烧温度是无法实现的，其主要原因是现有的平板式太阳能热水器中，集热器是采用金属板表面覆盖有深色的涂层，可以最大限度地吸收太阳辐射能，而透明玻璃盖板主要起到透光、隔离雨雪等，但是散热面较大，保温性很差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种真空集热板和集热装置，该真空集热板和集热装置具有高温集热层，减少散热，保温性能好。
实现本发明目的的技术方案是：
一种真空集热板，从上至下依次设有透光层和集热层，所述透光层采用硼硅玻璃，所述集热层采用石英玻璃，上面涂有光辐射吸收涂层；透光层和集热层之间设有网状支撑衬垫，透光层和集热层的边缘用玻璃密封连接，所述集热层的下面设有抽气封嘴，透光层和集热层之间抽为真空。
本发明透光层与集热层采用玻璃材料，透光层与集采用热层之间焊接，组成含有气体吸收剂抽真空的集热板。其中如透光层硼硅玻璃，集热层采用石英玻璃，石英玻璃的膨胀系数小于硼硅玻璃近一个数量级。硼硅玻璃为强度较高防冰雹的3.5mm-5mm厚，光透过率大于90％的透光玻璃，石英玻璃为低膨胀系数的1.5mm-3mm厚，单面涂有光辐射吸收涂层的集热玻璃(玻璃厚度选择是根据真空集热板面积大小来确定)。
所述的光辐射吸收涂层采用磁控溅射工艺，溅射黑铬或铝-氮-铝涂层，形成中温石英玻璃集热层，溅射氮氧化钛涂层，形成高温石英玻璃集热层。中温石英玻璃集热层受热温度小于300℃，高温石英玻璃集热层受热温度小于500℃。
作为本发明的进一步改进，所述的集热层四周靠近边缘的部位分别设有膨胀量吸收器，该膨胀量吸收器为延集热层平面分别向四周延伸的波状皱褶。所述膨胀量吸收器能自适应调节石英玻璃由于温度的变化，吸收石英玻璃尺寸的膨胀或缩小。膨胀量吸收器的设计，重点是解决硼硅玻璃与石英玻璃之间焊接区域，两种材料在不同工作温度环境下，使石英玻璃热胀冷缩引起的应力，不影响焊接区域长期结构稳定及真空密封。
所述的真空集热板可以采用4边形或多边形结构。
本发明中所述透光层和集热层均采用玻璃材料，透光和集热性能高，集热层的上面设有光辐射吸收层，热量吸收更好，透光层和集热层之间抽为真空，减少散热，保温效果好。
所述真空集热板通过和导热水箱、导热管板或超导热管板等换热装置的组合，可以组成多种类型的集热装置。
本发明的集热装置技术方案是：
一种真空集热装置，包括真空集热板、换热装置和保温材料层，所述换热装置设在真空集热板的下方，并与真空集热板粘接，所述保温材料层从周边和下面将换热装置和真空集热板的集热层包在里面；所述真空集热板从上至下依次设有透光层和集热层，所述透光层采用硼硅玻璃，所述集热层采用石英玻璃，上面涂有光辐射吸收涂层；透光层和集热层之间设有网状支撑衬垫，透光层和集热层的边缘用玻璃密封连接，所述集热层的下面设有抽气封嘴，透光层和集热层之间抽为真空。
上述换热装置可以是：由导热管板、铜管和导热硅胶层组成，所述导热板管为带有进、出口的密封壳体，所述铜管设在导热管板中，所述导热硅胶层设在导热管板的上表面。
上述换热装置还可以是：由金属导热体、若干超导热管和紫铜绒垫组成，金属导热体围成一个空腔，空腔一侧的底部向下延伸形成液腔，所述若干超导热管并列设在金属导热体中，所述紫铜绒垫设在金属导热体的上表面。
上述换热装置还可以是：由导热硅胶层、导热散热片、水箱壁、弹性底盖、和水管接口所组成，所述水箱壁沿弹性底盖的周边向上延伸，所述导热散热片从水箱壁的上方覆盖水箱壁围成的空间，并与水箱壁密封连接，所述两个水管接口分别连接在水箱壁的对侧面，所述弹性底盖的两端分别设有一个以上的波状皱褶。
附图说明
图1为本发明实施例1的真空集热板结构图。
图2为图1的A-A剖视图
图3为图2的M部放大图
图4为本发明实施例2的真空集热板结构图。
图5为图4的D-D剖视图
图6为图4的N部放大图。
图7为本发明本实施例3的真空集热板结构图。
图8为图7的E-E剖视图。
图9为本发明实施例4真空集热装置结构图。
图10为图9的B-B剖视图。
图11为本发明实施例5真空集热装置结构图。
图12为图12的C-C剖视图。
图13为本发明实施例6真空集热装置结构图.
具体实施方式
实施例1
参照图1、图2和图3所示，真空集热板10从上至下依次由硼硅玻璃1.1、支撑衬垫1.2、辐射吸收涂层1.3、膨胀量吸收器1.4、石英玻璃1.5、气封嘴1.6抽和玻璃1.7焊接所组成。真空集热板中，石英玻璃单面溅射黑铬或铝-氮-铝涂层，形成辐射吸收涂层1.3。石英玻璃1.5周边通过热加工形成呈一个波状皱褶的膨胀量吸收器1.4。透光硼硅玻璃1.1与石英玻璃1.5之间添有玻璃纤维材料的网状支撑衬垫1.2，同时透光硼硅玻璃1.1与石英玻璃1.5之间焊接及抽真空，形成自调节膨胀应力真空集热板10，并在自调节膨胀应力真空集热板内加添钡-钛吸气剂。中温自调节膨胀应力真空集热板主要应用在太阳能集热器装置。
实施例2
参照图3、图4和图5所示，本实施例为高温自调节膨胀应力真空集热板，真空集热板20主要由硼硅玻璃2.1、支撑衬垫2.2、辐射吸收涂层2.3、膨胀量吸收器2.4、石英玻璃2.5、抽气封嘴2.6、玻璃2.7焊接所组成。高温自调节膨胀应力真空集热板与中温自调节膨胀应力真空集热板主要区别是增加了膨胀量吸收器2.4的膨胀量，即膨胀量吸收器具有两个波状皱褶，以及石英玻璃2.5单面溅射耐高温的氮氧化钛涂层。其它部分与中温自调节膨胀应力真空集热板相同。
实施例3
参照图7和图8所示，本实施例为多边形结构的自调节膨胀应力真空集热板，外形是六边形。六边形自调节膨胀应力真空集热板中包括膨胀量吸收器3.4、辐射吸收涂层3.3是圆形结构。六边形自调节膨胀应力真空集热板可以方便的，组合成大面积、蜂窝状结构的太阳能集热器集群装置。
实施例4
参照图7和图8所示，本实施例的真空集热装置40由真空集热板4.1、导热硅胶层4.2、热管板4.3导、保温材料4.4、铜管4.5组成。其中导热管板4.4是采用两层薄铝板夹装铜管而成。真空集热板4.1与导热管板4.4是通过导热硅胶层4.2进行粘接。
实施例5
参照图9和图10所示，本实施例的真空集热装置50是由真空集热板5.1、金属导热体5.2、超导热管5.3、保温材料5.4所组成。其中金属导热体5.2是采用合金铝压铸而成，每根超导热管5.3安装在金属导热体5.2中，金属导热体5.2中液腔段5.5是超导热管5.3的冷凝段，5.1真空集热板与5.2金属导热体是通过紫铜绒垫5.6靠接导热。
实施例6
参照图11所示，本实施例的真空集热装置60是由真空集热板6.1、导热硅胶层6.2、导热散热片6.3、水箱壁6.4、PE弹性底盖6.5、保温材料6.6、PE水管接口6.7所组成。其中水箱壁6.4采用PE聚乙烯材料，是国家首推的绿色环保材料，有很强的抗紫外线辐射能力，能够在室外露天存放或使用，使用寿命长达50年。为了防止冬天长期阴天，水箱中的水在露天存放结冰时膨胀，水箱设计有PE弹性底盖6.5。PE聚乙烯水箱中导热散热片6.3是铸塑而成，导热散热片6.3可以选择合金铝或铜材料。

Claims (10)

1.一种真空集热板，从上至下依次设有透光层和集热层，其特征是，所述透光层采用硼硅玻璃，所述集热层采用石英玻璃，上面涂有光辐射吸收涂层；透光层和集热层之间设有网状支撑衬垫，透光层和集热层的边缘用玻璃密封连接，所述集热层下面设有抽气封嘴，透光层和集热层之间抽为真空。
2.根据权利要求1所述的真空集热板，其特征是，所述硼硅玻璃为强度较高防冰雹的3.5mm-5mm厚、光透过率大于90％的透光玻璃，所述石英玻璃为1.5mm-3mm厚。
3.根据权利要求1或2所述的真空集热板，其特征是，所述的集热层四周靠近边缘的部位分别设有膨胀量吸收器，该膨胀量吸收器为延集热层平面分别向四周延伸的波状皱褶。
4.根据权利要求1所述的真空集热板，其特征是，所述的光辐射吸收涂层采用磁控溅射工艺，溅射黑铬或铝-氮-铝涂层，形成中温石英玻璃集热层。
5.根据权利要求1所述的真空集热板，其特征是，所述的光辐射吸收涂层采用磁控溅射工艺，溅射氮氧化钛涂层，形成高温石英玻璃集热层。
6.根据权利要求1所述的真空集热板，其特征是，所述的真空集热板采用多边形结构。
7.一种真空集热装置，其特征是，该装置包括真空集热板、换热装置和保温材料层，所述换热装置设在真空集热板的下方，并与所述真空集热板粘接，所述保温材料层从周边和下面将换热装置和真空集热板的集热层包在里面；所述真空集热板从上至下依次设有透光层和集热层，所述透光层采用硼硅玻璃，所述集热层采用石英玻璃，上面涂有光辐射吸收涂层，透光层和集热层之间设有网状支撑衬垫，透光层和集热层的边缘用玻璃密封连接，所述集热层的下面设有抽气封嘴，透光层和集热层之间抽为真空。
8.根据权利要求7所述的集热装置，其特征是，上述换热装置由导热管板、铜管和导热硅胶层组成，所述导热板管为带有进、出口的密封壳体，所述铜管设在导热管板中，所述导热硅胶层设在导热管板的上表面。
9.根据权利要求7所述的集热装置，其特征是，上述换热装置由金属导热体、若干超导热管和紫铜绒垫组成，金属导热体围成一个空腔，空腔一侧的底部向下延伸形成液腔，所述若干超导热管并列设在金属导热体中，所述紫铜绒垫设在金属导热体的上表面。
10.根据权利要求7所述的集热装置，其特征是，上述换热装置由导热硅胶层、导热散热片、水箱壁、弹性底盖、和水管接口所组成，所述水箱壁沿弹性底盖的周边向上延伸，所述导热散热片从水箱壁的上方覆盖水箱壁围成的空间，并与水箱壁密封连接，两个所述水管接口分别连接在水箱壁的对侧面，所述弹性底盖的两端分别设有一个以上的波状皱褶。
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