CN103398478A - 一种集热模块及其太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能设备及结构技术领域，涉及一种集热模块及其太阳能集热器，该集热模块包括相互连接的吸热板和保温板，吸热板和保温板之间形成集热腔，集热腔设有腔体入水口和腔体出水口，吸热板包括采光面、吸热板管路型腔面，保温板包括背光面、保温板管路型腔面，采光面和背光面设于集热腔外，吸热板管路型腔面和保温板管路型腔面设于集热腔内，采光面上设有若干条凸肋，若干条凸肋之间形成若干沟槽。本发明集热模块在采光面上设置若干条凸肋，若干条凸肋之间形成若干沟槽，致使能够充分的吸收太阳光热量，又有效的提高了导热效率；该太阳能集热器可根据用户的需求用量进行对集热模块数量配备调整，通过数个集热模块连接组装而成。

Description

一种集热模块及其太阳能集热器

技术领域

本发明涉及太阳能设备及结构技术领域，更具体地，涉及一种集热模块及其太阳能集热器。

背景技术

在经济高速发展的今天，能源领域的发掘和应用犹如战场，新能源领域的发展越来越受到人们的关注，如何将新能源充分的利用，让人们真正感受到新能源带来的福利，是我们关注的焦点。走在能源开发应用前沿的前辈们早就开始把目光转向新能源的开发与应用，而太阳能则凭借取之不尽、用之不绝、储量丰富等特点备受青睐。人类所需能量的绝大部分都直接或间接的来自于太阳。植物通过光合作用把太阳能转变成化学能储藏在植物体内。石油、煤炭、天然气等化石燃料均是动植物经过漫长的地质年代形成的，它们实质上是由远古年代生物固定下来的太阳能。目前，除了太阳能发电以外，太阳能在建筑供暖中应用最为普遍，其中尤其以太阳能热水器最为人们熟知。

在太阳能热水器应用领域，目前国内外太阳能集热器一般均采用真空管形结构或平板形结构，普遍存在着抗冻性能差、管路防锈蚀难度大、组装工序繁琐、造价成本高等特点。前者真空管式太阳能集热器热效率高、保温效果好、散热小，但一根真空管破裂，则会影响到整个系统的运行，且造价成本高，不适合太阳能建筑一体化，维护难度大，可靠性低，整个集热器部分质量较重，运输困难，玻璃真空管中长期易引起的细菌繁殖，材料的循环回收难度大，二次利用程度低；后者平板式太阳能集热器产热水量大，性价比高，易安装，可以实现建筑一体化，但冬季使用时易使集热板、管线涨裂被冻坏，热效率低，节能效果不明显，经常会出现漏水现象，使用寿命短，散热快，保温效果差，抗台风能力差，生产制造的加工工艺复杂、繁琐，造价成本偏高。

上述问题，激发了新能源开发者的不断探索，寻找新的方法，研制新的太阳能集热器扬长避短，在允许的条件下，最大限度的解决集热器组装工序繁琐，运输困难，造价成本偏高等问题，以达到最大的科学、经济效益。

因此，为了使生产加工制造更简单，运输更容易，集热效率更高，造价成本更低，材料可以回收重复利用，利于资源节约、节能，保护环境，急需提供一种新型结构的太阳能集热器。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的首要目的是提供一种集热模块，在采光面上设置若干条凸肋，若干条凸肋之间形成若干沟槽，致使能够充分的吸收太阳光热量，又有效的提高了导热效率。

本发明的进一步目的是提供一种采用上述集热模块的太阳能集热器，可根据用户的需求用量进行对集热模块数量配备调整，通过数个集热模块连接组装而成，比传统的太阳能集热器质轻、更便于拆装、运输，且使用寿命长；可以实现建筑一体化，造价成本低、可大面积推广价值，材料可以循环回收利用，既降低资源消耗又节能环保。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种集热模块，包括相互连接的吸热板和保温板，所述吸热板和保温板之间形成集热腔，所述集热腔设有腔体入水口和腔体出水口，所述吸热板包括采光面、吸热板管路型腔面，保温板包括背光面、保温板管路型腔面，所述采光面和背光面设于集热腔外，吸热板管路型腔面和保温板管路型腔面设于集热腔内，所述采光面上设有若干条凸肋，若干条凸肋之间形成若干沟槽。

本发明集热模块主要由吸热板和保温板连接而成，二者之间形成集热腔，实际吸热板和保温板都可以为注塑成型的两块具有集热管路的半圆形腔结构的塑料板，经过改性后的吸热板和保温板具有高导热率、高吸热率、低发射率、耐腐蚀和耐老化的性能，采用不易翘曲变形且加工制作简单的注塑成型，实现吸热板和保温板完全融为一体且内部形成高效集热的输送管道，水可顺畅地从集热腔的腔体入水口和腔体出水口进行输入输出，真正实现了操作快捷简便、完美的高效密封连接与聚热的功能；吸热板的采光面带有若干条凸肋，若干条凸肋之间形成若干沟槽，其凸肋与沟槽的特性主要使吸热板能够充分的吸收太阳光辐射的热量，传热面积大，即冷水通过集热模块时能够快速的吸收到集热板的热量，冷水变成热水。该集热模块在采光面上设置若干条凸肋，若干条凸肋之间形成若干沟槽，致使能够充分的吸收太阳光热量，又有效的提高了导热效率，避免了因光反射而造成的热量吸收率不高的问题。

其中，吸热板和保温板采用一次性专用超声波焊接工艺进行二者的密封固定，该种固定方式既形成了集热水路输送管又密封、聚热，达到真正的无缝连接。

改进之一，所述采光面上设有吸热涂层，所述吸热涂层覆盖凸肋和沟槽表面。该吸热涂层为高效的专用吸热涂层，既避免出现因光反射而造成的热量吸收率不高的问题，又能够很好的吸收太阳光所辐射的热量。该结构能够提高集热模块的吸热效率，进一步提高导热效率。

进一步地，所述若干凸肋相互平行并均布于采光面上，凸肋之间的间隔相等。该结构设计能最大限度地提高采光面上凸肋的吸收热效率，且能够提高导热效率。更进一步地，所述凸肋呈阶梯状。

改进之二，所述背光面上设有若干凹槽，节省了材料，且保证了保温板的强度。

优选地，所述凹槽为向集热腔内凸起的半圆形状凹槽。半圆形状凹槽结构既保证了保温板吸热特性且不易变形、热膨胀系数低、耐热冲击性能及耐温差强等特点，又能够节省材料，降低成本，制造及成型方便。

可选地，所述吸热板上设有吸热板水路入口、吸热板水路出口，所述保温板上设有保温板水路入口、保温板水路出口，所述吸热板水路入口和保温板水路入口形成腔体入水口，吸热板水路出口和保温板水路出口形成腔体出水口。

改进之三，所述腔体入水口和腔体出水口上分别连接有直管，便于水的输入与输出。

优选地，所述腔体入水口和腔体出水口上分别设有O型圈槽，所述直管与腔体入水口、直管与腔体出水口之间均设有O型密封圈，所述O型密封圈恰好设于O型圈槽内。O型密封圈起到了很好的密封作用，使直管能够输送管路型集热腔中的冷水和热水，也便于与多个集热模块的连接及水流量的提高与输送。另外，可在吸热板与保温板焊接之前，将O型密封圈直接套设于直管合适的位置上，然后将O型密封圈对应放入O型圈槽内，同时保证直管与腔体入水口和腔体出水口相配合。

优选地，O型密封圈可选用橡胶材料，如丁腈橡胶或三元乙丙橡胶、硅橡胶等；直管选用给水塑料管即可，即普通的PP-R或PE-RT、PEX塑料管材。

本发明还提供了一种采用上述任一项集热模块的太阳能集热器，包括若干个集热模块，所述若干个集热模块组合连接。

该太阳能集热器由多个集热模块组合而成，以水为传热介质，组装成一个能够满足用户使用要求的太阳能热水器集热装置。可根据用户及用量的需求，装配的集热模块数量规格分多种化，可供自行选择，因此组装连接成的数个集热模块在不间断的吸收太阳光热量的过程中，同时冷水也在集热模块中不间断的吸收集热模块的热量，以此往复循环，在相同的日照条件下，同样能达到现有的平板太阳能集热器和真空管集热器同等利用太阳能加热冷水的目的。

其中，每一个集热模块之间可以使用普通管件如直通、内丝直接头等进行连接，密封的方式可选用涂胶水，或电熔焊接等的方式进行密封，具体可根据实际情况进行选择，其拼装且组装方便快捷。同传统的真空管式、平板式集热器相比，本发明太阳能集热器解决了传统太阳能集热器零部件生产工艺复杂、组装工序繁琐、运输困难等问题，切实使太阳能集热器零部件生产工艺更加简单，组装工序更加快捷，运输更加方便；而集热模块所选用材料可以回收重复利用，利于节约资源，保护环境，与真空管式、平板式集热器相比，在节能降耗，节约成本方面优势更加明显，更符合一体化建筑发展、大面积推广的趋势。

本发明太阳能集热器的加热冷水的过程如下：热水器储水箱中的冷水由冷水补偿管通过入水口进入集热模块之中，并充满整个太阳能集热器的每一个集热模块，阳光辐射到集热模块后，集热模块吸收热量，集热模块的热量沿凸肋慢慢传递到集热模块中的水，集热模块中的水吸热后温度升高、比重减小，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统，从腔体出水口输出，并储存在储水箱上部，同时通过冷水补偿管不断补充温度较低的水，如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明集热模块主要由吸热板和保温板连接而成，二者之间形成集热腔，实际吸热板和保温板都可以为注塑成型的两块具有集热管路的半圆形腔结构的塑料板，经过改性后的吸热板和保温板具有高导热率、高吸热率、低发射率、耐腐蚀和耐老化的性能，采用不易翘曲变形且加工制作简单的注塑成型，实现吸热板和保温板完全融为一体且内部形成高效集热的输送管道，水可顺畅地从集热腔的腔体入水口和腔体出水口进行输入输出，真正实现了操作快捷简便、完美的高效密封连接与聚热的功能；吸热板的采光面带有若干条凸肋，若干条凸肋之间形成若干沟槽，其凸肋与沟槽的特性主要使吸热板能够充分的吸收太阳光辐射的热量，传热面积大，即冷水通过集热模块时能够快速的吸收到采光面的热量，冷水变成热水。该集热模块在采光面上设置若干条凸肋，若干条凸肋之间形成若干沟槽，致使能够充分的吸收太阳光热量，又有效的提高了导热效率，避免了因光反射而造成的热量吸收率不高的问题。

本发明太阳能集热器由多个集热模块组合而成，以水为传热介质，组装成一个能够满足用户使用要求的太阳能热水器集热装置。可根据用户及用量的需求，装配的集热模块数量规格分多种化，可供自行选择，因此组装连接成的数个集热模块在不间断的吸收太阳光热量的过程中，同时冷水也在集热模块中不间断的吸收集热模块的热量，以此往复循环，在相同的日照条件下，同样能达到现有的平板太阳能集热器和真空管集热器同等利用太阳能加热冷水的目的。

附图说明

图1为本发明实施例太阳能集热器的整体结构示意图。

图2为本发明实施例单个集热模块的结构示意图。

图3为本发明实施例集热模块的爆炸结构示意图。

图4为图3中A部分放大结构示意图。

图5为本发明实施例集热模块的另一爆炸结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1至图2所示为本发明太阳能集热器的实施例，如图1所示，包括若干个集热模块10，若干个集热模块10组合连接。 

其中，如图2至图5所示，集热模块10包括相互连接的吸热板20和保温板30，吸热板和保温板之间形成集热腔（图未示），集热腔设有腔体入水口41和腔体出水口42，吸热板20包括采光面21、吸热板管路型腔面22，保温板30包括背光面31、保温板管路型腔面32，采光面21和背光面31设于集热腔外，吸热板管路型腔面22和保温板管路型腔面32设于集热腔内，采光面21上设有若干条凸肋23，若干条凸肋之间形成若干沟槽24。其中，腔体入水口41和腔体出水口42的数量可根据实际使用情况进行设计，本实施例中，分别设计两路腔体入水口41和腔体出水口42；吸热板20和保温板30采用一次性专用超声波焊接工艺进行二者的密封固定，该种固定方式既形成了集热水路输送管又密封、聚热，达到真正的无缝连接。

为了提高集热模块的吸热效率，进一步提高导热效率，在采光面21上设有吸热涂层（图未示），吸热涂层覆盖凸肋23和沟槽24表面。该吸热涂层为高效的专用吸热涂层，既避免出现因光反射而造成的热量吸收率不高的问题，又能够很好的吸收太阳光所辐射的热量。

如图3、图4所示，若干凸肋23相互平行并均布于采光面21上，凸肋23之间的间隔相等；凸肋23呈阶梯状。该结构设计能最大限度地提高采光面21上凸肋23的吸收热效率，且能够提高导热效率。

如图5所示，背光面31上设有若干凹槽33，具体为向集热腔内凸起的半圆形状凹槽，这种结构设计既保证了保温板吸热特性且不易变形、热膨胀系数低、耐热冲击性能及耐温差强等特点，又能够节省材料，降低成本，制造及成型方便。

如图3、图5所示，吸热板20上设有吸热板水路入口25、吸热板水路出口26，保温板30上设有保温板水路入口34、保温板水路出口35，吸热板水路入口25和保温板水路入口34形成腔体入水口41，吸热板水路出口26和保温板水路出口35形成腔体出水口42；在腔体入水口41和腔体出水口42上分别连接有直管43，便于水的输入与输出；腔体入水口41和腔体出水口42上分别设有O型圈槽44，直管43与腔体入水口41、直管43与腔体出水口42之间均设有O型密封圈45，O型密封圈45恰好设于O型圈槽44内。O型密封圈45起到了很好的密封作用，使直管43能够输送管路型集热腔中的冷水和热水，也便于与多个集热模块10的连接及水流量的提高与输送。另外，可在吸热板20与保温板30焊接之前，将O型密封圈45直接套设于直管43合适的位置上，然后将O型密封圈45对应放入O型圈槽44内，同时保证直管43与腔体入水口41和腔体出水口42相配合。

本实施例的O型密封圈45可选用橡胶材料，如丁腈橡胶或三元乙丙橡胶、硅橡胶等；直管43选用给水塑料管即可，即普通的PP-R或PE-RT、PEX塑料管材。

本实施例集热模块主要由吸热板20和保温板30连接而成，二者之间形成集热腔，实际吸热板20和保温板30都可以为注塑成型的两块具有集热管路的半圆形腔结构的塑料板，经过改性后的吸热板20和保温板30具有高导热率、高吸热率、低发射率、耐腐蚀和耐老化的性能，采用不易翘曲变形且加工制作简单的注塑成型，实现吸热板和保温板完全融为一体且内部形成高效集热的输送管道，水可顺畅地从集热腔的腔体入水口41和腔体出水口42进行输入输出，真正实现了操作快捷简便、完美的高效密封连接与聚热的功能；吸热板20的采光面21带有若干条凸肋23，若干条凸肋23之间形成若干沟槽24，其凸肋23与沟槽24的特性主要使吸热板20能够充分的吸收太阳光辐射的热量，传热面积大，即冷水通过集热模块10时能够快速的吸收到采光面21的热量，冷水变成热水。该集热模块10在采光面21上设置若干条凸肋23，若干条凸肋23之间形成若干沟槽24，致使能够充分的吸收太阳光热量，又有效的提高了导热效率，避免了因光反射而造成的热量吸收率不高的问题。

本实施例太阳能集热器的加热冷水的过程如下：热水器储水箱中的冷水由冷水补偿管通过入水口进入集热模块10之中，并充满整个太阳能集热器的每一个集热模块，阳光辐射到集热模块10后，集热模块10吸收热量，集热模块10的热量沿凸肋慢慢传递到集热模块10中的水，集热模块10中的水吸热后温度升高、比重减小，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统，从腔体出水口42输出，并储存在储水箱上部，同时通过冷水补偿管不断补充温度较低的水，如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。

本实施例太阳能集热器由多个集热模块组合而成，以水为传热介质，组装成一个能够满足用户使用要求的太阳能热水器集热装置。可根据用户及用量的需求，装配的集热模块数量规格分多种化，可供自行选择，因此组装连接成的数个集热模块在不间断的吸收太阳光热量的过程中，同时冷水也在集热模块中不间断的吸收集热模块的热量，以此往复循环，在相同的日照条件下，同样能达到现有的平板太阳能集热器和真空管集热器同等利用太阳能加热冷水的目的。

其中，每一个集热模块之间可以使用普通管件如直通、内丝直接头等进行连接，密封的方式可选用涂胶水，或电熔焊接等的方式进行密封，具体可根据实际情况进行选择，其拼装且组装方便快捷。同传统的真空管式、平板式集热器相比，本发明太阳能集热器解决了传统太阳能集热器零部件生产工艺复杂、组装工序繁琐、运输困难等问题，切实使太阳能集热器零部件生产工艺更加简单，组装工序更加快捷，运输更加方便；而集热模块所选用材料可以回收重复利用，利于节约资源，保护环境，与真空管式、平板式集热器相比，在节能降耗，节约成本方面优势更加明显，更符合一体化建筑发展、大面积推广的趋势。

本实施例太阳能集热器的整体组合包装，可选用铝合金型材或其他材料，根据实际使用要求选择，这里不作详细说明。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集热模块，包括相互连接的吸热板和保温板，其特征在于，所述吸热板和保温板之间形成集热腔，所述集热腔设有腔体入水口和腔体出水口，所述吸热板包括采光面、吸热板管路型腔面，保温板包括背光面、保温板管路型腔面，所述采光面和背光面设于集热腔外，吸热板管路型腔面和保温板管路型腔面设于集热腔内，所述采光面上设有若干条凸肋，若干条凸肋之间形成若干沟槽。

2.根据权利要求1所述的集热模块，其特征在于，所述采光面上设有吸热涂层，所述吸热涂层覆盖凸肋和沟槽表面。

3.根据权利要求2所述的集热模块，其特征在于，所述若干凸肋相互平行并均布于采光面上。

4.根据权利要求3所述的集热模块，其特征在于，所述凸肋呈阶梯状。

5.根据权利要求1所述的集热模块，其特征在于，所述背光面上设有若干凹槽。

6.根据权利要求5所述的集热模块，其特征在于，所述凹槽为向集热腔内凸起的半圆形状凹槽。

7.根据权利要求1至6任一项所述的集热模块，其特征在于，所述吸热板上设有吸热板水路入口、吸热板水路出口，所述保温板上设有保温板水路入口、保温板水路出口，所述吸热板水路入口和保温板水路入口形成腔体入水口，吸热板水路出口和保温板水路出口形成腔体出水口。

8.根据权利要求7所述的集热模块，其特征在于，所述腔体入水口和腔体出水口上分别连接有直管。

9.根据权利要求8所述的集热模块，其特征在于，所述腔体入水口和腔体出水口上分别设有O型圈槽，所述直管与腔体入水口、直管与腔体出水口之间均设有O型密封圈，所述O型密封圈恰好设于O型圈槽内。

10.一种采用上述权利要求1至9任一项集热模块的太阳能集热器，其特征在于，包括若干个集热模块，所述若干个集热模块组合连接。

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