CN104236121B - 一种带有集热室的太阳能平板集热器 - Google Patents

Abstract

一种带有集热室的太阳能平板集热器，包括玻璃盖板、吸热板、集热管束以及隔热底板，所述的吸热板、集热管束及热反射隔热膜和绷膜框构成集热室，集热管束四周组装绷膜框，在绷膜框正面焊接固定吸热板，在绷膜框背面通过绷膜框包裹热反射隔热膜，形成一个夹心中间层。在集热室四周组装隔热中空框，通过丁基胶和结构密封胶封装玻璃盖板和隔热底板，使集热室分别与玻璃盖板及隔热底板之间形成中间空气隔热层。本发明提高了平板集热器的太阳能吸收效果，具有中空隔热、密封性好、适用恶劣环境以及轻薄等特点。

Description

一种带有集热室的太阳能平板集热器

技术领域

本发明属于利用太阳能的集热设备及绿色节能产品领域，具体涉及一种带有集热室的太阳能平板集热器。

背景技术

太阳能是可以利用、可再生、可持续的绿色清洁能源。太阳能集热器是组成各种太阳能热利用系统的关键部件，因此，集热器性能对太阳能系统收益影响特别显著。平板型太阳能集热器是太阳能集热器中一种最基本的类型，其结构简单、运行可靠、承压能力强、吸热面积大，是太阳能与建筑结合最佳选择的集热器类型之一。

平板型太阳能集热器主要有吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成。工作时，太阳辐射穿过透明盖板后，投射在吸热板上，被吸热板吸收并转化成热能，然后传递给吸热板内的传热工质，使传热工质的温度升高，作为集热器的有用能量输出；与此同时，温度升高后的吸热板不可避免的要通过传导、对流和辐射等方式向四周散热，成为集热器的热量损失。

目前，平板型太阳能集热器主要为外框采用铝型材，背板采用铝或镀锌板，保温材料一般采用岩棉或聚氨脂泡沫，盖板采用布纹低铁特种钢花玻璃，板芯采用铝板集热、铜管作为工质流道，涂层以采用真空溅射的黑格、蓝钛为主。板芯铜铝焊接，采用激光和超声波焊机。外框四角连接采用螺丝或铆压固定，底板与外框连接采用铆压。其缺点为：外框盒子的保温性差，而且气密性也差，造成了内腔容易结露，影响了阳光的透过。因此，空气的对流和外框的传导是主要的热损耗途径。

为了提高太阳集热器的效率，在采用优质选择性吸收涂层材料和高透过率盖板材料的基础上，在保持最大限度地采集太阳能的同时尽可能减小其对流和辐射热损，因此努力提高平板太阳能集热器产品性能，研发高效平板太阳能集热器成为关键。

当前研发出的新一代平板太阳能集热器选择采用高强度铝合金冲压成形的中空框体，即整体为一个盒子，在盒子的四边框上采用铝型材，再在上面盖上玻璃板，底板。玻璃盖板使用无螺丝、无铆钉、无橡胶皮条的连接封装技术，完全达到内腔充氮的气密性要求。但在流道出口处和正面与铝型材的密封要做到气密还是存在一定的难度。同时，由于内部空腔随着温度升高而膨胀，也会随温度降低而收缩，对整个系统的密封造成应力破坏而导致不能持续耐用。

发明内容

本发明的目的是解决现有平板太阳能集热器存在的上述不足，提供一种密封及保温性能好、热交换效率高以及最大程度地减少对流和热辐射造成的热损失的一种带有集热室平板太阳能集热器。

本发明提供的带有集热室以及具有中空隔热结构的平板太阳能集热器，包括玻璃盖板、吸热板、集热管束以及隔热底板，所述的吸热板、集热管束及热反射隔热薄膜和绷膜框组成集热室，集热管束四周组装绷膜框作为固定吸热板的架构，在绷膜框正面焊接固定吸热板，在绷膜框背面通过绷膜框包裹热反射隔热膜，形成一个夹心中间层；在集热室四周组装隔热中空框，隔热中空框两侧通过丁基胶和结构密封胶封装玻璃盖板和隔热底板，使集热室分别与玻璃盖板及隔热底板之间形成中间空气隔热层；隔热中空框的集热管束进出口开孔处，加装密封管嘴，适应结构形变的装配间隙处施打丁基胶密封。集热器的外部可加装保护外框，也可灵活的与门窗、幕墙的外框进行装配。

所述集热室的绷膜框为凹型铝型材，凹型槽朝外，对应集热管束进出口位置开孔，热反射隔热膜卷边进绷膜框的凹型槽内用螺钉固定，并使热反射隔热膜绷紧保持表面的平整。吸热板通过激光焊接在绷膜框的正面，正面为工作时朝向太阳。所述的集热室是通过集热管束作为架构，正面安装吸热板以保证太阳能的高效吸收，四周组装绷膜框以使集热室形成表面平整的腔室，背面包裹热反射隔热膜以减少由于热辐射造成的热损失。

所述的集热管束由一组翅管与两个集管构成，翅管的两端分别与两个集管钎焊连接内部相通，翅管组中心区域向上拱起成一个平面并与吸热板紧密贴合以支撑吸热板，两个集管低于该支撑面，集管的中心线与绷膜框的中心线在同一水平面。

所述的吸热板通过激光焊接沿绷膜框将四周边部固定，并使吸热板张紧，保证表面平整，由集热管束的集热翅管组提供对吸热板的内部支撑。

所述的热反射隔热膜具有耐高温、隔热、耐老化及机械性能好的特性，同时，表面进行喷涂纳米热反射层，对红外及远红外具有较高的选择性反射，以减少集热管束通过热辐射造成的热损失。

所述的隔热中空框为具有耐高温、隔热、耐候及机械性能高的挤出型材，中间有一较长的竖腔，竖腔的两侧为对称的小空腔，两个小空腔及中间的竖腔形成一个将集热室边部含住的凹槽。所述的隔热中空框的较长的竖腔，对应集管的进出口位置开孔，加装密封管嘴，隔热中空框两侧的小空腔内装填干燥剂。

所述的隔热中空框上加装的密封管嘴由外螺纹管嘴、方形锁紧螺帽与保护螺帽构成，外螺纹管嘴内通道可穿过集管，在外螺纹管嘴与集管装配形成的空隙处施打丁基胶进行密封，方形锁紧螺帽为4毫米铝板制成，呈扁平状，中间开孔并有与外螺纹管嘴配合的内螺纹，方形锁紧螺帽预先放置于中空框竖腔中，在开孔周围，方形锁紧螺帽与外螺纹管嘴形成的装配空隙处施打丁基胶进行密封，丁基胶的密封面宽度3毫米以上。

所述的玻璃盖板采用低铁超白钢化玻璃，通过丁基胶和密封结构胶固定在隔热中空框正面，玻璃盖板与集热室正面的吸热板之间形成20毫米的空气隔热层，正面为工作时朝向太阳。

所述的保温隔热底板，通过丁基胶和密封结构胶固定在隔热中空框背面，隔热底板与集热室背面的热反射隔热膜之间形成20毫米的空气隔热层，背面为工作时背向太阳光的一面。

所述的保护外框，为铝型材或铝板制成，与隔热中空框型材的间隙处，加装保温隔热材料，也可灵活地与门窗幕墙系统的结构外框进行装配。

本发明的优点和积极效果：

1、通过吸热板、集热管束、绷膜框和反射隔热膜形成的集热室，显著地提高了太阳能吸收效率，极大地减少了吸热板背面由于热反射造成的热损失。

2、通过集热室与中空框的配合，形成了集热室与透光玻璃、集热室与底板之间的两个中空隔热层，减少了对流、气密性差导致的热损失以及结露引起的太阳能吸收率低的问题。

3、提高采用耐高温、隔热好的型材制备中空框，减少了由于外框热传导和密封不好造成的热损失。

4、通过密封管嘴，使集管进出口处的密封得到了改善，保证工作运行周期长。

附图说明

图1是带有集热室的平板集热器的纵向刨面示意图。

图2是带有集热室的平板集热器的横向刨面示意图。

图3、4是集热室的绷膜框组装示意图。

图5是热反射膜未固定前局部示意图

图6是热反射膜固定后局部示意图。

图7是中空框的集管进出口密封管嘴的示意图。

图中，1、玻璃盖板；2、隔热底板；3、吸热板；4、热反射隔热膜；5.1、翅管；5.2、集管；6、绷膜框；7、中空框；8、集热室；9、保护外框；10、隔热保温材料；11、方形锁紧螺帽；12、外螺纹管嘴；13、保护螺帽；14、丁基胶；15、密封结构胶；16、螺钉；17、干燥剂。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2所示，本发明提供的带有集热室的太阳能平板集热器，包括玻璃盖板1、隔热底板2、隔热中空框7、集热室8以及保护外框9。集热室由吸热板3、热反射隔热膜4、集热管束和绷膜框6组装而成。集热室8通过四周的隔热中空框7固定在平板集热器中间，隔热中空框7通过丁基胶14和结构密封胶封15封装在玻璃盖板1和隔热底板2之间，使集热室分别与玻璃盖板及隔热底板之间形成中间空气隔热层，减少对流造成的热损失。隔热中空框7的集管5.2进出口开孔处，加装方形锁紧螺帽11和外螺纹管嘴12，集管5.2由外螺纹管嘴12内穿出，并在适应结构形变的装配间隙处施打丁基胶14密封；集热器的隔热中空框7的外部可加装保护外框9，也可灵活的与门窗幕墙的外框进行装配。

集热室8的组装如图3、4所示，将集热管束作为主体架构，四周组装绷膜框6以形成集热室8的主体框架，在其正面焊接固定吸热板3以保证太阳能的高效吸收，在其背面通过绷膜框6包裹热反射隔热薄膜4以减少由于辐射造成的热损失，形成一个夹心中间层而且表面平整的腔室。吸热板3采用蓝膜溅射的0.5毫米厚的铝板，通过激光焊接沿绷膜框6将四周边部固定，并使吸热板3张紧，保证表面平整，由集热管束的中心翅管组提供对吸热膜集热板的内部支撑。

如图3、4所示，集热管束由一组翅管5.1与两个集管5.2构成，翅管5.1的两端分别与两个集管5.2钎焊连接且内部连通，翅管5.1组中心区域向上拱起成一个平面并与吸热板紧密贴合以支撑吸热板3，两个集管5.2低于该支撑面，集管5.2的中心线与绷膜框6的中心线在同一水平面。

如图5、6所示，绷膜框6为凹形铝型材，采用连角器组装成矩形框，尺寸与吸热板相同，对应集管5.2的进出口位置开孔，以便集管5.2的穿过。吸热板3平铺于绷膜框的正面，中间由集热管束中的翅管组进行支撑，沿吸热板3的四周边部通过激光焊接固定，使吸热板3张紧并保持表面平整。绷膜框的背面包裹热反射隔热膜4，将热反射隔热膜4平铺于绷膜框的背面并张紧，四周边部卷边进入绷膜框6型材外周的凹槽内，通过螺钉16固定，使热反射隔热膜4保持表面的平整。热反射隔热膜4为交联尼龙流延制成的0.1毫米厚的薄膜，具有耐高温、隔热、耐老化及机械性能好的特性，同时，表面进行喷涂纳米热反射层，对红外及远红外具有较高的选择性反射，以减少集热管束通过热辐射造成的热损失。

如图7所示，隔热中空框7为以改性聚氨酯为原料拉挤出的型材，具有耐高温、隔热、耐候及机械性能高等特点，中间有一较长的竖腔，竖腔的两侧为对称的小空腔，两个小空腔与中间的竖腔形成一个将集热室8边部含住的凹槽。隔热中空框7的较长的竖腔，对应集管5.2的进出口位置开孔，加装密封管嘴（如前所述），隔热中空框7两侧为对称的小空腔，小空腔内装填干燥剂17（参见图1）。隔热中空框的密封管嘴由外螺纹管嘴12、方形锁紧螺帽11与保护螺帽13构成，集管5.2由外螺纹管嘴12内通道穿过，在外螺纹管嘴与集管装配形成的空隙处施打丁基胶14进行密封，方形锁紧螺帽11为4毫米铝板制成，呈扁平状，中间开孔并有内螺纹，预先放置于中空框竖腔中，在开孔周围，方形锁紧螺帽11与外螺纹管嘴12形成的装配空隙处施打丁基胶进行密封，丁基胶的密封面宽度3毫米以上。

如图1、2所示，玻璃盖板1采用低铁超白钢化玻璃，通过丁基胶14和密封结构胶15固定在隔热中空框7正面（参见图7），与集热室8正面的吸热板3形成20毫米的空气隔热层，正面工作时朝向太阳。隔热底板2可采用铝塑板，通过丁基胶14和密封结构胶15固定在隔热中空框7背面，与集热室8背面的热反射隔热膜形成20毫米的空气隔热层，背面工作时为背向太阳光的一面。丁基胶14的施工应首先涂布于隔热中空框7的两个小空腔的型材顶端的表面，将玻璃盖板1和隔热底板2平铺其上，隔热中空框7的外沿尺寸与玻璃盖板1及隔热底板2相等，经丁基胶14粘住的玻璃盖板1和隔热底板2与隔热中空框7分别形成了一圈的槽道，向该槽道内施打密封结构胶15，使得玻璃盖板1和隔热中空框7之间、隔热底板2与隔热中空框7之间均形成了双道密封。

如图2所示，集热器的外部可加装保护外框9，为铝型材或铝板制成，与隔热中空框7型材的间隙处，加装隔热保温材料10，也可灵活地与门窗幕墙系统的结构外框进行装配。

Claims (10)

1.一种带有集热室的太阳能平板集热器，包括玻璃盖板、吸热板、集热管束以及隔热底板，其特征在于：所述的吸热板、集热管束及热反射隔热膜和绷膜框组成集热室，集热管束四周组装绷膜框作为固定吸热板的架构，在绷膜框正面焊接固定吸热板，在绷膜框背面通过绷膜框包裹热反射隔热膜，形成一个夹心中间层；在集热室四周组装隔热中空框，隔热中空框两侧通过丁基胶和结构密封胶封装玻璃盖板和隔热底板，使集热室分别与玻璃盖板及隔热底板之间形成中间空气隔热层；隔热中空框的集热管束进出口开孔处加装密封管嘴，适应结构形变的装配间隙处施打丁基胶密封。

2.如权利要求1所述的带有集热室的太阳能平板集热器，其特征在于：所述集热室的绷膜框为凹型铝型材，凹型槽朝外，对应集热管束进出口位置开孔，热反射隔热膜卷边进绷膜框的凹型槽内用螺钉固定，吸热板通过激光焊接在绷膜框的正面，正面为工作时朝向太阳。

3.如权利要求1所述的带有集热室的太阳能平板集热器，其特征在于：所述的隔热中空框正面的玻璃盖板与集热室正面的吸热板之间形成20毫米的空气隔热层，正面为工作时朝向太阳。

4.如权利要求1所述的带有集热室的太阳能平板集热器，其特征在于：所述的隔热中空框背面的隔热底板与集热室背面的热反射隔热膜之间形成20毫米的空气隔热层，背面为工作时背向太阳光的一面。

5.如权利要求1所述的带有集热室的太阳能平板集热器，其特征在于：所述的隔热中空框为耐高温、隔热、耐候及机械性能满足要求的挤出型材，中间有一较长的竖腔，竖腔的两侧为对称的小空腔，两个小空腔及中间的竖腔形成一个将集热室边部含住的凹槽。

6.如权利要求5所述的带有集热室的太阳能平板集热器，其特征在于：所述隔热中空框两侧的小空腔内装填干燥剂。

7.如权利要求1所述的带有集热室的太阳能平板集热器，其特征在于：所述的集热管束由一组翅管与两个集管构成，翅管的两端分别与两个集管钎焊连接且内部连通，翅管组中心区域向上拱起成一个平面并与吸热板紧密贴合以支撑吸热板，两个集管低于该支撑面，集管的中心线与绷膜框的中心线在同一水平面。

8.如权利要求7所述的带有集热室的太阳能平板集热器，其特征在于：所述的隔热中空框上加装的密封管嘴由外螺纹管嘴、方形锁紧螺帽与保护螺帽构成，集管由外螺纹管嘴内通道穿过，在外螺纹管嘴与集管装配形成的空隙处施打丁基胶进行密封，方形锁紧螺帽为铝板制成，呈扁平状，中间开孔并有与外螺纹管嘴配合的内螺纹，方形锁紧螺帽预先放置于中空框竖腔中且在开孔周围，方形锁紧螺帽与外螺纹管嘴形成的装配空隙处施打丁基胶进行密封，丁基胶的密封面宽度3毫米以上。

9.如权利要求1至8任一项所述的带有集热室的太阳能平板集热器，其特征在于：所述的隔热中空框的密封管嘴与隔热中空框开孔形成的装配空隙处施打丁基胶进行密封，密封管嘴与集管装配形成的空隙处施打丁基胶进行密封，丁基胶的密封面宽度3毫米以上。

10.如权利要求1至8任一项所述的带有集热室的太阳能平板集热器，其特征在于：根据安装方式及施工要求，灵活配置装饰及保护作用的外框，或者与门窗、幕墙的外框进行组装。