CN103216953B - 一种平板太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平板太阳能集热器，用于热水器领域，包括设有集热腔的外框架和纵向设在集热腔内的吸热片，吸热片的外侧表面上并排设有若干纵向的波纹凸起，各波纹凸起内均设有密闭且灌装有工质的微管道，集热腔的顶部在吸热片的内侧设有换热槽，换热槽内通有换热管。本发明中在波纹凸起内密封的微管道中灌装工质，使各微管道形成与吸热片一体的热管结构，波纹凸起吸收太阳能并不断将热量通过热管结构传递给换热管，完成集热功能，其中热管结构和吸热片一体化生产，提高了结构整体性、方便制造和安装、便于维护，同时吸热片外表面波纹凸起的设计增加了吸热片对太阳辐射能的吸收面积，提升了吸热能力。

Description

一种平板太阳能集热器

技术领域

本发明用于太阳能领域，特别是涉及一种平板太阳能集热器。

背景技术

随着能源危机与环境污染等问题的日益突出，世界各国对节能减排与环保认识的不断加深，以及太阳能具有无可比拟的优势，依靠转换太阳辐射能的集热设备成为了太阳能利用的趋势。尤其是平板太阳能集热器，具有结构简单、易于和建筑结合、直射辐射和漫射辐射均匀采集和成本相对较低等优点，已引起了建筑行业和消费者的青睐。然而，普通平板太阳能集热器的排管中容易结垢且无法清洗，零度以下时排管易被冻裂且夜晚会产生回流，这些缺点都限制了普通平板太阳能集热器的大面积推广使用。把热管技术引入平板太阳能集热器能够很好地克服上述缺点。热管具有传热能力强、抗冻性好，单向传热不会产生热回流，不存在结垢问题。目前效果较好的有板状热管的太阳能吸热板，其考虑了加工、成本以及传热性能，但其把微热管束限定在板状热管框架内，导致制造和安装工序繁琐不便，材料重量也大大增加；此外，平板框架的平面表面形设计不利于增加对太阳光的吸收面积；而且微热管和板状吸热片采用分体式结构，使得整个结构整体性和强度降低、传热效果变差更难于维护。

平板太阳能集热器由于温度的变化引起系统内气体压力的波动，导致集热器产生机械疲劳，降低了其使用寿命。目前市场上的平板太阳能集热器为了这个问题，生产商都采用集热器非密闭设计。这会加强了太阳能集热器系统内和环境间的对流换热，同时也会把微小颗粒或有害气体引进集热器内，降低了集热器的集热效果和使用寿命。在平板太阳能集热器的透明盖板和吸热板之间的空气由于温度不均匀会引起热对流，影响保温效果从而降低集热效果。目前通用的技术是在它们之间设置蜂窝结构的装置，这会引起加工难度和成本上升同时减少了投射到吸热板表面上的太阳光。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种提高结构整体性、方便制造和安装、便于维护、而且增加太阳光吸收面积的平板太阳能集热器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种平板太阳能集热器，包括设有集热腔的外框架和纵向设在集热腔内的吸热片，吸热片的外侧表面上并排设有若干纵向的波纹凸起，各波纹凸起内均设有密闭且灌装有工质的微管道，集热腔的顶部在吸热片的内侧设有换热槽，换热槽内通有换热管。

进一步作为本发明技术方案的改进，外框架在吸热片的外侧设有密封集热腔的透明盖板，透明盖板的内侧并排设有若干横向的阻流片。

进一步作为本发明技术方案的改进，集热腔内设有干燥剂且填充有氮气或惰性气体。

进一步作为本发明技术方案的改进，外框架上设有与集热腔接通的呼吸袋。

进一步作为本发明技术方案的改进，外框架包括边框和底板，底板与吸热片间设有保温层。

进一步作为本发明技术方案的改进，保温层和底板为两块平行设置的内层透明板和外层透明板，内层透明板上设有小孔，呼吸袋穿过外层透明板与集热腔接通。

进一步作为本发明技术方案的改进，吸热片包括与换热槽接触的放热段以及位于该放热段下方的吸热段，吸热段在波纹凸起表面上设有太阳能光谱选择性吸收涂层，放热段在微管道的端口内设有金属钛或者钛合金或者锆合金。

进一步作为本发明技术方案的改进，波纹凸起的横截面为圆弧形或三角形。

本发明的有益效果：本发明中在波纹凸起内密封的微管道中灌装工质，使各微管道形成与吸热片一体的热管结构，波纹凸起吸收太阳能并不断将热量通过热管结构传递给换热管，完成集热功能，其中热管结构和吸热片一体化生产，提高了结构整体性、方便制造和安装、便于维护，同时吸热片外表面波纹凸起的设计增加了吸热片对太阳辐射能的吸收面积，提升了吸热能力。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明整体结构主视图；

图2是本发明第一实施例的右视剖面结构示意图；

图3是本发明吸热片的第一实施例断面图；

图4是本发明吸热片的第二实施例断面图；

图5是本发明吸热片的第三实施例断面图；

图6是本发明第二实施例的右视剖面结构示意图。

具体实施方式

参照图1～图6，本发明提供了一种平板太阳能集热器，包括设有集热腔10的外框架1和纵向设在集热腔10内的吸热片2，吸热片2的外侧表面上并排设有若干纵向的波纹凸起21，各波纹凸起21内均设有密闭且灌装有工质的微管道22，集热腔10的顶部在吸热片2的内侧设有换热槽3，换热槽3内通有换热管4。

使用时，太阳光照射到吸热片2上的波纹凸起21，其中绝大部分太阳辐射能为吸热片2吸收，转变为热能，并传向微管道22内的工质，微管道22内的工质吸热蒸发，高温工质蒸汽通过各微管道22进入集热腔10的顶部并与吸热片2内侧的换热槽3进行换热冷凝，换热槽3内的换热管4中通有介质，介质在换热过程中被加热，换热后，冷凝液化的工质在重力和毛细驱动力作用下通过各微管道22的壁面回流到集热腔10的底部再吸收热量蒸发，如此不断循环，吸热片2便将吸收的太阳辐射能源源不断地输送到换热槽3的介质中，从而达到利用太阳辐射能的目的。

本发明中在波纹凸起21内密封的微管道22中灌装工质，使各微管道22形成与吸热片2一体的热管结构，使集热器具有热管传热效率高的优点，工质作为传热介质解决了普通平板太阳能集热器存在的抗冻问题；热管结构和吸热片2由金属或高导热塑料通过挤压技术一体化制造，具有节能降耗、结构强度高、超薄和免维护的优点；同时，波纹凸起21的设计增加了吸热片2对太阳辐射能的吸收面积，提升了吸热能力，而且，具有波纹凸起21的吸热片2壁薄且均匀，减少了吸热片2的材料消耗和成本；此外，换热槽3设置在吸热片2的表面内侧，使吸热片2不存在结垢问题，保证了吸热片2的长期高效运行。

作为本发明优选的实施方式，外框架1在吸热片2的外侧设有密封集热腔10的透明盖板5，透明盖板5的内侧并排设有若干横向的阻流片51。

透明盖板5的设置避免了集热腔10和环境间的对流换热和微小颗粒或有害气体的进入，提高了集热器的集热效果和使用寿命。通过在透明盖板5内侧横向设置阻流片51，消除了透明盖板5和吸热片2之间的气体热对流，提高了保温效果从而提高了集热器的集热效率。阻流片51的材料采用高透光率的PC塑料片，一方面不影响太阳光投射到吸热片2的波纹凸起21，另一方面可以通过光固化粘接剂把阻流片51和透明盖板5粘接，降低了加工难度和成本。

作为本发明优选的实施方式，集热腔10内设有干燥剂且填充有氮气或惰性气体。

在密闭的集热腔10内设置干燥剂以除去集热腔10内气体的水分，消除水分对集热器系统材料的不良影响。填充的氮气或者惰性气体，提高保温性能，极大限度地降低太阳能光谱选择性吸收涂层的老化速度。

作为本发明优选的实施方式，外框架1上设有与集热腔10接通的呼吸袋6。

平板太阳能集热器采用密闭设计，通过呼吸袋6的自动伸缩调节使集热腔10内气压不受温差的影响，并与环境大气压保持平衡，消除由气压变化引起的机械疲劳，其中，呼吸袋6的容量通过理想气体状态方程计算确定。

作为本发明优选的实施方式，外框架1包括边框11和底板12，底板12与吸热片2间设有保温层7。

吸热片2的外侧表面为波纹凸起21，该波纹凸起21向阳设置以吸收太阳能；吸热片2的内侧表面为平面，并与保温层7接触，减少热量的散失。

作为本发明优选的实施方式，保温层7和底板12为两块平行设置的内层透明板70和外层透明板120，内层透明板70上设有小孔71，呼吸袋6穿过外层透明板120与集热腔10接通。

保温层7和底板12分别采用内层透明板70和外层透明板120，内层透明板70与吸热片2间形成气体隔层，集热器通过该气体隔层和内层透明板70对吸热片2进行隔热保温，减少热量的散失；呼吸袋6和集热腔10相通并且在内层透明板70上设置小孔71，使集热腔10内气压不受温差的影响。该实施例能和建筑物更美观结合，调节吸热片2之间的间距可以调节太阳光进入室内的面积，进行室内取光。

作为本发明优选的实施方式，吸热片2包括与换热槽3接触的放热段以及位于该放热段下方的吸热段，吸热段在波纹凸起21表面上设有太阳能光谱选择性吸收涂层，放热段在微管道22的封闭端口内设有金属钛或者钛合金或者锆合金。

吸热片2通过铆钉23固定在换热槽3的外表面，并在接触面上涂有导热胶。在其波纹凸起21表面上镀设太阳能光谱选择性吸收涂层时，先通过挤压工艺制作出波纹凸起21和微管道22，密封吸热片2吸热段的端口，通过磁控溅射方法或真空蒸发方法或电化学方法或化学方法或喷涂方法在吸热段的波纹凸起21表面镀上太阳能光谱选择性吸收涂层，再真空处理和灌注液体工质，最后密封放热段的端口。为了吸附微管道22内产生的不凝性气体氢，并排出热管外，在放热段的端口内设置金属钛或钛合金或锆合金，保证了热管结构的热输送性能。

作为本发明优选的实施方式，波纹凸起21的横截面为圆弧形或三角形。

为了使吸热片2具有更好的传热性能，通过在波纹凸起21的表面设置粉末烧结层或金属丝网或泡沫金属层或高分子聚合物泡沫层或金属纤维烧结毡层或微沟槽，或在放热段设置疏水性涂料而吸热段设置亲水性涂料。

圆弧形或三角形均为本发明优选的实施方式，在加工允许条件下，其截面可以加工为任意波纹形状。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种平板太阳能集热器，其特征在于：包括设有集热腔(10)的外框架(1)和纵向设在所述集热腔(10)内的吸热片(2)，所述吸热片(2)的外侧表面上并排设有若干纵向的波纹凸起(21)，所述波纹凸起(21)和吸热片（2）由金属或高导热塑料通过挤压技术一体成型，各所述波纹凸起(21)内均设有密闭且灌装有工质的微管道(22)，所述集热腔(10)的顶部在吸热片(2)的内侧设有换热槽(3)，所述换热槽(3)内通有换热管(4)，所述外框架(1)上设有与集热腔(10)接通的呼吸袋(6)，所述外框架(1)包括边框(11)和底板(12)，所述底板(12)与吸热片(2)间设有保温层(7)，所述保温层(7)和底板(12)为两块平行设置的内层透明板(70)和外层透明板(120)，所述内层透明板(70)上设有小孔(71)，所述呼吸袋(6)穿过外层透明板(120)与集热腔(10)接通，所述吸热片(2)包括与换热槽(3)接触的放热段以及位于该放热段下方的吸热段，所述吸热段在波纹凸起(21)表面上设有太阳能光谱选择性吸收涂层，所述放热段在微管道(22)的端口内设有金属钛或者钛合金或者锆合金。

2.根据权利要求1所述的平板太阳能集热器，其特征在于：所述外框架(1)在吸热片(2)的外侧设有密封集热腔(10)的透明盖板(5)，所述透明盖板(5)的内侧并排设有若干横向的阻流片(51)。

3.根据权利要求2所述的平板太阳能集热器，其特征在于：所述集热腔(10)内设有干燥剂且填充有氮气或惰性气体。

4.根据权利要求1、2或3所述的平板太阳能集热器，其特征在于：所述波纹凸起(21)的横截面为圆弧形或三角形。