CN104344573B - 一种集热器、集热器的制造方法及太阳能空调 - Google Patents

Abstract

本发明适用于太阳能空调技术领域，提供了一种集热器，用于太阳能空调中，包括自太阳光的入射方向依次设置的透光前窗、集热膜层、传热层、受热管道、保温层及后盖；集热膜层包括减反射层、第一介质层、半透金属层、第二介质层及反射层；第一介质层、半透金属层和第二介质层构成光干涉系统；第一、第二介质层的材质为NiCrO_xN_y，半透金属层的材质为NiCr合金。本发明通过透光前窗将光线打散照射到集热膜层，通过集热膜层的减反射层提高透光性，将光干涉系统及反射层相结合，并利用NiCrO_xN_y和NiCr的强吸光性及吸收波段的叠加原理实现了可见光全波段的强吸收，提高了集热器的吸光率及热转换效率，达到节能环保之目的。

Description

一种集热器、集热器的制造方法及太阳能空调

技术领域

本发明属于太阳能空调技术领域，特别涉及一种集热器、集热器的制造方法及太阳能空调。

背景技术

目前，空调多是利用照明电工作，在炎热的夏季，空调的大量使用给城市用电带来了较大的负担，太阳能空调作为节能环保的新型空调解决了耗电过量的问题，太阳能空调是在空调的室外机上连接一太阳能集热器，将光能转换为热能，将冷媒加温，分担了压缩机的工作，使压缩机的功率得以降低，进而达到省电的目的。而现有太阳能集热器的吸光率较低，导致光热转换效率低，提高集热器的吸光能力成为本领域丞待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集热器，旨在提高吸光能力，进而提高光热转换效率，以将其用于太阳能空调中达到省电的目的。

本发明是这样实现的，一种集热器，用于太阳能空调中，包括自太阳光的入射方向依次设置的透光前窗、集热膜层、传热层、受热管道、保温层及后盖；

所述集热膜层包括自所述透光前窗侧依次设置的：减反射层、第一介质层、半透金属层、第二介质层及反射层；

所述第一介质层、半透金属层和第二介质层构成光干涉系统；

所述第一介质层和第二介质层的材质为NiCrO_xN_y，所述半透金属层的材质为NiCr合金。

本发明的另一目的在于提供一种太阳能空调，包括太阳能集热器，所述太阳能集热器为所述的集热器。

本发明的另一目的在于提供一种集热器的制造方法，包括下述步骤：

在传热层一表面上依次沉积反射层、第一介质层、半透金属层、第二介质层及减反射层，形成集热膜层；所述第一介质层、半透金属层及第二介质层构成光干涉系统，所述第一介质层和第二介质层的材料为NiCrO_xN_y，所述半透金属层的材料为NiCr合金；

在所述传热层的另一面固定受热管道，完成集热板的制作；

在所述集热板的周围设置边框，将集热板固定于所述边框之内；

在所述受热管道的背面依次设置保温层及后壳，并将所述后壳与所述边框密封连接；

在所述集热膜层之上设置透光前窗，并将所述透光前窗与所述边框密封连接。

本发明提供的集热器，通过透光前窗将光线打散照射到集热膜层，通过集热膜层的减反射层提高透光性，将光干涉系统及反射层相结合，并利用NiCrO_xN_y和NiCr的强吸光性及吸收波段的叠加原理实现了可见光全波段的强吸收，有效提高了集热器的吸光率，进而提高热转换效率，为冷媒加温提供可靠热源，解决了太阳能空调利用太阳能将冷媒加热的关键问题，达到节能环保之目的，适合广泛应用于太阳能空调中。

附图说明

图1是本发明实施例提供的集热器的侧视结构示意图；

图2是本发明实施例提供的集热器的正视结构示意图；

图3是本发明实施例提供的集热器中集热膜层的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的集热器的制造方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

图1、2示出了本发明实施例提供的集热器的侧视、正视结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

该集热器主要用于太阳能空调，用于吸收太阳光并将其转换为热能，对冷媒进行加温。该集热器包括沿着阳光的入射方向依次设置的：透光前窗1、集热膜层2、传热层3、受热管道4、保温层5及后盖6。其中，集热膜层2、传热层3和受热管道4构成集热板，集热板与透光前窗1之间相隔一段距离，集热膜层2和受热管道4分别固定于传热层3的两侧，集热板的周围可用一边框7（如铝边框）固定，后盖6与透光前窗1分别安装于铝边框7的两敞口处，与边框7一起构成集热器的外部结构。透光前窗1通常采用高透光的玻璃窗，后盖6通常采用金属壳，如防锈铁皮等，外表面喷锌，以防生锈。在该集热器中，集热膜层2是集热器吸光及热转换的核心部分，如图3，其包括自透光前窗1依次设置的减反射层21、第一介质层22、半透金属层23、第二介质层24及反射层25。第一介质层22、半透金属层23及第二介质层24构成了光干涉系统。第一介质层22和第二介质层24的材料为NiCrO_xN_y，半透金属层23的材料为NiCr合金，具有较强的吸光性，且NiCrO_xN_y和NiCr的结合力较强，利于形成一体膜层。

该集热膜层2中，减反射层21在全波段范围内减少光的反射，增加光的透过，光干涉系统则实现光干涉增强吸光及发热，反射层25则将部分透过干涉系统的太阳光重新反射回该系统，形成多次光吸收，同时，利用了NiCrO_xN_y和NiCr极强的吸光性，本实施例综合上述手段有效提高了集热膜层的吸光率。并且，NiCrO_xN_y和NiCr的吸收峰错位分布，且吸收峰的半峰全宽叠加后将总吸收波段扩展，接近可见光全波段，进而，这种集热膜层可实现可见光全波段的强吸收，提高了集热膜层的吸光率，进而提高了集热器的产热能力。

以下提供一组本实施例提供的集热器与传统集热器的性能参数对照数据：

根据上述数据可知，本实施例提供的集热器与传统集热器相比，其集热板的吸光率和集热器的瞬态效率均显著提高，且热损降低至2%以下，这对于实现太阳能空调的节能环保具有重大意义。

进一步的，集热膜层2产生的热量通过传热层3传递到受热管道4，为受热管道4中流通的冷媒加热。同时，受热管道4背部的保温层5（优选为岩棉保温层）可以防止热量流失。

在本实施例中，受热管道4优选蛇形铜管，管壁厚度大于0.8mm，其具有一入口41和一出口42，供冷媒流通。铜管传热效率高、易焊接且刚性强，不易变形。蛇形弯曲结构增大了与传热层的接触面积，提高了热传递效率，进而可以将热量有效利用到冷媒加热上，减少热量损失，节能效果好。

另外，蛇形铜管可以采用激光焊接的方式焊接在传热层上，其固定效果好，不易松动。传热层可选择0.1～0.3mm的铝箔纸，传热快，热损少。

在本实施例中，第一介质层22和第二介质层24的厚度均为30～40nm，半透金属层23的厚度为5～20nm，以满足干涉条件。

本实施例优选的，透光前窗1采用表面紧密排布六棱锥结构的布纹玻璃，利用六棱锥的陷光原理，提高透光率并将太阳光转变为发散的光线，便于集热膜层吸收，使太阳光得到有效利用。

进一步优选的，减反射层21的材料可为NiCrO_x，其与第一介质层22的材料NiCrO_xN_y分别为NiCr的氧化物和氮氧化物，与第一介质层22也具有较好的结合性，其厚度为10～20nm，以达到增强透光且节省材料的目的。

本实施例提供的集热器，通过透光前窗1将光线打散照射到集热膜层，通过集热膜层2的减反射层21提高透光性，将光干涉系统及反射层25相结合，并利用NiCrO_xN_y和NiCr的强吸光性及吸收波段的叠加原理实现了可见光全波段的强吸收，有效提高了集热器的吸光率，进而提高热转换效率，为冷媒加温提供可靠热源，解决了太阳能空调利用太阳能将冷媒加热的关键问题，达到节能环保之目的，适合广泛应用于太阳能空调中。当然，采用该集热器的太阳能空调也在本发明的保护范围内。

本发明进一步提供一种集热器的制造方法，如图4，该方法包括下述步骤：

在步骤S101中，在传热层一表面上依次沉积反射层、第一介质层、半透金属层、第二介质层及减反射层，形成集热膜层；第一介质层、半透金属层及第二介质层构成光干涉系统，第一介质层和第二介质层的材料为NiCrO_xN_y，半透金属层的材料为NiCr合金；

其中，传热层可选择厚度为0.1～0.3mm的铝箔纸，传热效率高、成本低且便于后续焊接受热管道。

在该步骤中，反射层可以这样制作，采用纯度为99.99%的圆柱银靶，首先将镀膜腔的本底真空度抽至2.0×10^-3Pa～5.0×10^-3Pa，然后在镀膜腔内通入氩气100～800SCCM，将工作压力调节至0.1～0.5Pa，用直流溅射的方法得到厚度为60～90nm的银层。当然，该反射层还可以是其他具有较强反光性的材料，本实施例不限于银层。

进一步可选的，第一、第二介质层是这样制备的，采用纯度为99.99%、镍铬质量比为80:20的合金靶制作，将镀膜腔的本底真空度抽至2.0×10^-3Pa～5.0×10^-3Pa，然后在镀膜腔内通入氩气100～800SCCM、氧气20-190SCCM、氮气120-420SCCM，将工作压力调节至0.2～0.7Pa，用直流反应溅射的方法得到厚度为30～40nm的NiCrO_xN_y介质层。

进一步可选的，半透金属层是这样制备的，采用纯度为99.99%、镍铬质量比为80:20的合金靶制作，将镀膜腔的本底真空度抽至2.0×10^-3Pa～5.0×10^-3Pa，然后在镀膜腔内通入氩气100～800SCCM，将工作压力调节至0.1～0.5Pa，用直流反应溅射的方法得到厚度为5～20nm的NiCr合金层。

进一步可选的，减反射层是这样制备的，用纯度为99.99%、镍锘质量比为80:20的合金靶，将镀膜腔的本底真空度抽至2.0×10^-3Pa～5.0×10^-3Pa，然后在镀膜腔内通入氩气100～800SCCM、氧气30-300SCCM，将工作压力调节至0.2～0.7Pa，用直流反应溅射的方法得到厚度为10～20nm的NiCrO_x减反射层。

减反射层、第一、第二介质层的材料分别为半透金属层材料NiCr的氧化物和氮氧化物，相互之间具有较好的结合性，利于形成一体膜层。

在步骤S102中，在传热层的另一面固定受热管道，完成集热板的制作。

具体的，可以通过激光焊接的方法在铝箔纸的另一面焊接蛇形铜管，壁厚大于0.8mm，激光焊接的工艺参数为：激光机的电流为180-250A，频率为20HZ，脉宽为0.8M/S。采用激光焊接的方法焊接铜管，可以有效固定铜管，防止铜管移位。

在步骤S103中，在集热板的周围设置边框，将集热板固定于边框之内。

在本实施例中，边框可选铝边框，且其宽度大于集热板的宽度，集热板处于边框的中间位置，上下预留一定空间用于封装其他部件。

在步骤S104中，在受热管道的背面依次设置保温层及后壳，并将后壳与边框密封连接。

其中，后壳可选择防锈铁皮制作，外表面喷锌，防止生锈。

保温层可选择岩棉及聚氨酯保温层，岩棉保温层厚度为30～60mm，在岩棉保温层与背板之间聚氨酯发泡，形成厚度为20-40mm的聚氨酯发泡层。此种复合保温方式可耐集热膜高温，保温效果更好，且厚度适宜，避免集热器整体厚度过大。

在步骤S105中，在集热膜层之上设置透光前窗，并将透光前窗与边框密封连接。

其中，透光前窗与反射层之间相隔一段距离，防止集热膜层产生的热量使透光前窗升温过高而发生危险，同时也为穿过透光前窗的光线提供一定的扩散空间。透光前窗优选表面紧密排布六棱锥结构的布纹玻璃，以将平行太阳光扩散，均匀照射在集热膜层上。

通过上述方法制作的集热器，通过透光前窗将光线打散照射到集热膜层，便于集热膜层吸收，通过集热膜层的减反射层提高透光性，将光干涉系统及反射层相结合，实现光干涉增强吸光以及多次吸收，并利用NiCrO_xN_y和NiCr的强吸光性及吸收波段的叠加原理实现了可见光全波段的强吸收，有效提高了集热器的吸光率，进而提高热转换效率，为冷媒加温提供可靠热源，进而可降低压缩机的功率，达到节能环保之目的，适合广泛应用于太阳能空调中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种集热器，用于太阳能空调中，其特征在于，包括自太阳光的入射方向依次设置的透光前窗、集热膜层、传热层、受热管道、保温层及后盖；

所述集热膜层包括自所述透光前窗侧依次设置的：减反射层、第一介质层、半透金属层、第二介质层及反射层；

所述第一介质层、半透金属层和第二介质层构成光干涉系统；

所述第一介质层和第二介质层的材质为NiCrO_xN_y，所述半透金属层的材质为NiCr合金；

所述第一介质层和第二介质层的厚度为30～40nm，所述半透金属层的厚度为5～20nm。

2.如权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述减反射层的材质为NiCrO_x，厚度为10～20nm。

3.如权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述透光前窗为表面具有紧密排列的六棱锥结构的布纹玻璃。

4.如权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述受热管道为蛇形铜管。

5.如权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述保温层包括厚度为30～60mm的岩棉保温层及形成于所述岩棉保温层与背板之间的厚度为20～40mm的聚氨酯发泡层。

6.如权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述透光前窗和集热膜层之间存有空气层。

7.一种太阳能空调，包括太阳能集热器，其特征在于，所述太阳能集热器为权利要求1至6任一项所述的集热器。

8.一种集热器的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：

在传热层一表面上依次沉积反射层、第一介质层、半透金属层、第二介质层及减反射层，形成集热膜层；所述第一介质层、半透金属层及第二介质层构成光干涉系统，所述第一介质层和第二介质层的材料为NiCrO_xN_y，所述半透金属层的材料为NiCr合金；所述第一介质层和第二介质层的厚度为30～40nm，所述半透金属层的厚度为5～20nm；

在所述传热层的另一面固定受热管道，完成集热板的制作；

在所述集热板的周围设置边框，将集热板固定于所述边框之内；

在所述受热管道的背面依次设置保温层及后壳，并将所述后壳与所述边框密封连接；

在所述集热膜层之上设置透光前窗，并将所述透光前窗与所述边框密封连接。

9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述受热管道采用蛇形铜管。