CN104006549A - 一种具有叶脉状流道的平板集热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有叶脉状流道的平板集热器，包括吸热体，而吸热体包括第一集管、第二集管及支管，第二集管与第一集管呈间隔设置；支管连接于第一集管及第二集管之间，该支管设置有供吸热介质分流的分流区及供吸热介质汇集的汇集区，在分流区与汇集区之间设有呈叶脉状设置的至少两个分流道，该至少两个分流道的始端设于分流区并且共同相交设置，形成有分流点，而该至少两个分流道的末端设于汇集区并且共同相交设置，形成有交汇点。通过在支管上设有呈叶脉状设置的至少两个分流道，使到吸热介质能够均匀吸热，并以此提高其吸热效率，从而较好地保证平板集热器的瞬时效率达到0.8及以上。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能平板集热器领域，特别是涉及一种具有叶脉状流道的平板集热器。
背景技术
平板集热器是太阳能低温热利用的基本部件，也一直是世界太阳能市场的主导产品。平板集热器已广泛应用于生活用水加热、游泳池加热、工业用水加热、建筑物采暖与空调等诸多领域。平板集热器主要由吸热体、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成。具体为，平板集热器是一种吸收太阳辐射能量并向工质传递热量的装置，它是一种特殊的热交换器，其集热器中的工质与远距离的太阳进行热交换。
但是，对于目前市场的平板集热器，其吸热性能参差不齐，瞬时效率普遍低于0.8，甚至一些低端产品的瞬时效率不能满足国家标准要求的0.72，因此，一些平板集热器的厂家开始对吸热体的结构进行改进，以期使置于吸热体内部的吸热介质能够均匀地获取热量，从而使到平板集热器的瞬时效率达到0.8或以上。
其中，部分厂家将吸热体的流体管道设计为叶脉状，以期通过此种结构减少流体阻力，以及促使流体的分布更为均匀。如公开号为CN201615624U的中国专利，公开了一种叶脉状太阳能平板集热器,其包括密闭的箱体,箱体的盖板为透明玻璃盖板,在箱体内设置有集热板,集热板的背面设置有叶脉状导热管,该叶脉状导热管伸出箱体外。虽然该案中的叶脉状导热管可以将热量快速传递至吸热介质，但是其不能保证吸热介质汇集时能以等同的温度接触，这样，难免影响吸热介质的整体受热，继而难以确保平板集热器的瞬时效率达到国家标准要求。
因此，有必要提供一种技术手段以解决上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有叶脉状流道的平板集热器，以解决现有技术的吸热介质受热不均匀及平板集热器的瞬时效率难以达到国家标准要求的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有叶脉状流道的平板集热器，包括吸热体，其特征在于，所述吸热体包括第一集管、第二集管及支管，所述第二集管与所述第一集管呈间隔设置；所述支管连接于所述第一集管及所述第二集管之间，该支管设置有供吸热介质分流的分流区及供吸热介质汇集的汇集区，在所述分流区与所述汇集区之间设有呈叶脉状设置的至少两个分流道，该至少两个分流道的始端设于所述分流区并且共同相交设置，形成有分流点，而该至少两个分流道的末端设于所述汇集区并且共同相交设置，形成有交汇点。
作为进一步的优选方案，所述分流区与所述汇集区之间设有呈间隔设置的若干对所述分流道，该若干对分流道的始端均连接于所述分流点，该若干对分流道的末端均连接于所述交汇点，并且该每对分流道的始端相交处形成有子分流点，而其末端相交处形成有子交汇点。其中，在分流区与汇集区之间设有呈间隔设置的若干对分流道，进一步地保证吸热介质在叶脉状结构的流道里均匀受热，其相当于先将吸热介质分流若干等分，之后，再将该若干等分量的吸热介质以每一等分量对分分流成子等分量，之后，再将每一对分分流的子等分量交汇，再次形成若干等分量，接着，再将该若干等分量汇集于同一流道，简而言之，先将吸热介质分流再汇集，这样不但较好地减少吸热介质在流道流动时的阻力，而且使到分流的吸热介质均匀受热，并且在汇集时保证每一分流的流动介质能以近似等同的温度交汇，避免出现低高温传递，致影响吸热介质的整体受热情况。
作为进一步的优选方案，所述吸热体为扁盒式吸热板，所述吸热板的基材为铝板、铜板、铁板、不锈钢板、塑料或碳钢板。采用扁盒式的制法，主要基于便于制作叶脉状的分流道，另外，扁盒式吸热板具有热效率高、管子和平板是一体化设计、便于安装人员安装的特点。同时，其吸热板的基材为铝板、铜板、铁板、不锈钢板、塑料或碳钢板，不但取材方便，而且价格适中。
作为进一步的优选方案，所述第一集管、所述第二集管的材质均为铜管或铝管；所述支管的材质为铜管或铝管。采用铜管或铝管作为第一集管、第二集管及支管的材质，不但氧的含量极低、导电导热性极好、延展性极好、透气率低，而且加工性能、焊接、耐蚀性、耐寒性均较为良好。
作为进一步的优选方案，所述吸热板为方形板、三角形板、圆形板或异形板。
作为进一步的优选方案，在所述吸热板上涂覆有吸收涂层，该吸收涂层的材料为硫化铅、氧化钴、氧化铁、氧化铜、黑铬、黑镍、黑钴、蓝钛。硫化铅、氧化钴、氧化铁材料采用喷涂方法制备，其发射比通常为0.3～0.5，氧化铜采用化学方法制备，其发射比通常为0.18～0.32，黑铬、黑镍、黑钴采用电化学方法制备，其发射比通常为0.08～0.2。其中，黑铬、黑镍及黑钴均具有较好的吸收性能，可进一步地提高吸热体吸收太阳能。
作为进一步的优选方案，所述平板集热器还包括隔热层，该隔热层的材料为岩棉、玻璃棉、聚氨酯或聚苯乙烯。其中，岩棉、玻璃棉、聚氨酯及聚苯乙烯均具有较好的隔热性，而且采取方便，便于企业生产制作。
作为进一步的优选方案，所述平板集热器还包括盖板，该盖板的材料为平板玻璃或玻璃钢板。具体地，平板玻璃具有红外透射比低、导热系数小、耐候性能好等特点，在这些方面无疑是可以很好地满足太阳能集热器透明盖板的要求；而玻璃钢板，即玻璃纤维增强塑料板，其具有太阳透射比高、导热系数小、冲击强度高等特点，在这些方面无疑也是可以很好地满足太阳能集热器透明盖板的要求。
优选地，所述盖板与所述吸热体之间的距离大于20mm。根据平板夹层内空气自然对流换热机理，盖板与吸热体之间的距离大于20mm为最佳间距。
作为进一步的优选方案，所述平板集热器还包括框架，该框架的材料为铝合金、不锈钢板、碳钢板、塑料或玻璃钢。框架，即为集热器中保护及固定吸热体、盖板及隔热层的部件，而铝合金、不锈钢板、碳钢板、塑料及玻璃钢这些材质，不但具有一定的强度和刚度，而且具有较好的密封性及耐腐蚀性，还有其可设计出美观的外形。
本发明的有益效果为：通过在支管上设有呈叶脉状设置的至少两个分流道，使到吸热介质能够均匀吸热，并以此提高其吸热效率，从而较好地保证平板集热器的瞬时效率达到0.8及以上，远远符合国家标准要求的0.72。
附图说明
图1是本发明的具有叶脉状流道的平板集热器的吸热体的示意图；
图2是图1的另一种实施方式。
图中：
10、平板集热器；20、吸热体；20a、吸热板；21、第一集热管；22、第二集热管；23、支管；24、分流区；25、汇集区；26、分流道；261、分流道的始端；262、分流道的末端；27、分流点；271、子分流点；28、交汇点；281、子交汇点。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
请参阅图1所示，本发明提供一种具有叶脉状流道的平板集热器10，包括吸热体20、吸收涂层、隔热层、盖板及框架，其中，框架用以固定安装吸热体20、隔热层、盖板；隔热层设于吸热体20的下方，用以抑制吸热体20通过传导向周围环境散热；盖板设于吸热体20的上方；另外，吸收涂层涂覆于吸热体20上，用以最大限度地吸收太阳辐射能并将其转换成热能。吸热体20包括第一集管21、第二集管22及支管23，第二集管22与第一集管21呈间隔设置；支管23连接于第一集管21及第二集管22之间，该支管23设置有供吸热介质分流的分流区24及供吸热介质汇集的汇集区25，在分流区24与汇集区25之间设有呈叶脉状设置的至少两个分流道26，该至少两个分流道26的始端261设于分流区24并且共同相交设置，形成有分流点27，而该至少两个分流道26的末端262设于汇集区25并且共同相交设置，形成有交汇点28。通过在支管23上设有呈叶脉状设置的至少两个分流道26，使到吸热介质能够均匀吸热，并以此提高其吸热效率，从而较好地保证平板集热器10的瞬时效率达到0.8及以上，远远符合国家标准要求的0.72。
作为进一步的优选方案，分流区24与汇集区25之间设有呈间隔设置的若干对分流道26，该若干对分流道26的始端261均连接于分流点27，该若干对分流道26的末端262均连接于交汇点28，并且该每对分流道26的始端261相交处形成有子分流点271，而其末端262相交处形成有子交汇点281。其中，在分流区24与汇集区25之间设有呈间隔设置的若干对分流道26，进一步地保证吸热介质在叶脉状结构的流道里均匀受热，其相当于先将吸热介质分流若干等分，之后，再将该若干等分量的吸热介质以每一等分量对分分流成子等分量，之后，再将每一对分分流的子等分量交汇，再次形成若干等分量，接着，再将该若干等分量汇集于同一流道，简而言之，先将吸热介质分流再汇集，这样不但较好地减少吸热介质在流道流动时的阻力，而且使到分流的吸热介质均匀受热，并且在汇集时保证每一分流的流动介质能以近似等同的温度交汇，避免出现低高温传递，致影响吸热介质的整体受热情况。
具体地，吸热体20为扁盒式吸热板20a，吸热板20a的基材为铝板、铜板、铁板、不锈钢板、塑料或碳钢板。采用扁盒式的制法，主要基于便于制作叶脉状的分流道26，另外，扁盒式吸热板20a具有热效率高、管子和平板是一体化设计、便于安装人员安装的特点，而且其无结合热阻。同时，其吸热板20a的基材为铝板、铜板、铁板、不锈钢板、塑料或碳钢板，不但取材方便，而且价格适中。
进一步地，第一集管21、第二集管22的材质均为铜管或铝管；支管23的材质为铜管或铝管。采用铜管或铝管作为第一集管21、第二集管22及支管23的材质，不但氧的含量极低、导电导热性极好、延展性极好、透气率低，而且加工性能、焊接、耐蚀性、耐寒性均较为良好。
较佳地，吸收涂层的材料为蓝钛、黑铬、黑镍或黑钴。其中，黑铬、黑镍及黑钴均具有较好的吸收性能，可进一步地提高吸热体吸收太阳能。
具体地，蓝钛涂层：蓝钛涂层的吸收比α为0.93～0.97，发射比ε小于0.05，具有良好的耐腐蚀性。
黑铬涂层：黑铬涂层的吸收比α和发射比ε分别为0.93～0.97和0．07～0.15，α/ε为6～13，具有优良的光谱选择性。黑铬涂层的热稳定性和抗高温性能也很好，适用于高温条件，在300℃能长期稳定工作。此外，黑铬涂层还具有较好的耐候性和耐蚀性。
黑镍涂层：黑镍涂层的吸收比α可达0.93～0.96，发射比ε为0.08～0.15，α/ε接近6～12，其吸收性能较好。黑镍涂层很薄，为了提高涂层与基体的结合力和耐蚀性，常采用中间涂层（如Ni，Cu，Cd）或双层镍涂层。
黑钴涂层：黑钴涂层的主要成分是CoS，具有蜂窝型网状结构，其吸收比α可达0.94～0.96，发射比ε为0.12～0.14，α/ε为6.7～8。
较佳地，隔热层的材料为岩棉、玻璃棉、聚氨酯或聚苯乙烯。其中，岩棉、玻璃棉、聚氨酯及聚苯乙烯均具有较好的隔热性，而且采取方便，便于企业生产制作。
具体地，盖板的材料为平板玻璃或玻璃钢板。具体地，平板玻璃具有红外透射比低、导热系数小、耐候性能好等特点，在这些方面无疑是可以很好地满足太阳能集热器透明盖板的要求；而玻璃钢板，即玻璃纤维增强塑料板，其具有太阳透射比高、导热系数小、冲击强度高等特点，在这些方面无疑也是可以很好地满足太阳能集热器透明盖板的要求。优选地，盖板与吸热体20之间的距离大于20mm。根据平板夹层内空气自然对流换热机理，盖板与吸热体20之间的距离大于20mm为最佳间距。
具体地，框架的材料为铝合金、不锈钢板、碳钢板、塑料或玻璃钢。框架，即为集热器中保护及固定吸热体、盖板及隔热层的部件，而铝合金、不锈钢板、碳钢板、塑料及玻璃钢这些材质，不但具有一定的强度和刚度，而且具有较好的密封性及耐腐蚀性，还有其可设计出美观的外形。
实施例二
请参阅图2所示，第二实施例与第一实施例的区别点在于：第一实施例的吸热板20a为矩形结构，而第二实施例的吸热板20a为三角形结构。其中，矩形结构不但便于制作，节省材料，而且在相同材料的情况下，制成矩形结构较一般的几何面积大，例如，其比圆形结构的面积大，那么，其对应的吸收面积也会较大。但是，本实施例的三角形结构，其具有稳定性较佳的特点，适于安装在安装地方窄小的地方。总的来说，不管将吸热板20a制成矩形结构还是三角形结构，主要还是基于用户的实际需要及安装环境而决定，但本案中对于吸热板20a的结构不限于此。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有叶脉状流道的平板集热器，包括吸热体，其特征在于，所述吸热体包括：
第一集管；
第二集管，所述第二集管与所述第一集管呈间隔设置；及
支管，所述支管连接于所述第一集管及所述第二集管之间，该支管设置有供吸热介质分流的分流区及供吸热介质汇集的汇集区，在所述分流区与所述汇集区之间设有呈叶脉状设置的至少两个分流道，该至少两个分流道的始端设于所述分流区并且共同相交设置，形成有分流点，而该至少两个分流道的末端设于所述汇集区并且共同相交设置，形成有交汇点。
2.根据权利要求1所述的具有叶脉状流道的平板集热器，其特征在于，所述分流区与所述汇集区之间设有呈间隔设置的若干对所述分流道，该若干对分流道的始端均连接于所述分流点，该若干对分流道的末端均连接于所述交汇点，并且该每对分流道的始端相交处形成有子分流点，而其末端相交处形成有子交汇点。
3.根据权利要求2所述的具有叶脉状流道的平板集热器，其特征在于，所述吸热体为扁盒式吸热板，所述吸热板的基材为铝板、铜板、铁板、不锈钢板、塑料或碳钢板。
4.根据权利要求3所述的具有叶脉状流道的平板集热器，其特征在于，所述第一集管、所述第二集管的材质均为铜管或铝管；所述支管的材质为铜管或铝管。
5.根据权利要求3所述的具有叶脉状流道的平板集热器，其特征在于，所述吸热板为方形板、三角形板、圆形板或异形板。
6.根据权利要求3所述的具有叶脉状流道的平板集热器，其特征在于，在所述吸热板上涂覆有吸收涂层，该吸收涂层的材料为硫化铅、氧化钴、氧化铁、氧化铜、黑铬、黑镍、黑钴、蓝钛。
7.根据权利要求1所述的具有叶脉状流道的平板集热器，其特征在于，所述平板集热器还包括隔热层，该隔热层的材料为岩棉、玻璃棉、聚氨酯或聚苯乙烯。
8.根据权利要求1所述的具有叶脉状流道的平板集热器，其特征在于，所述平板集热器还包括盖板，该盖板的材料为平板玻璃或玻璃钢板。
9.根据权利要求8所述的具有叶脉状流道的平板集热器，其特征在于，所述盖板与所述吸热体之间的距离大于20mm。
10.根据权利要求1所述的具有叶脉状流道的平板集热器，其特征在于，所述平板集热器还包括框架，该框架的材料为铝合金、不锈钢板、碳钢板、塑料或玻璃钢。
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