CN104697185A - 一种片式集热器及太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种片式集热器，由扁带状或椭圆状的真空玻璃保温管、扁带状热管等组合封装而成的集热单元，该片式集热器集热效率高，重量轻，易于组装使用。一种由上述片式集热器、热交换箱等组合而成的新型太阳能热水器，其中片式集热器与热交换箱通过内插接口直接进行热交换，集热器不直接与被加热介质接触，本热水器具有加热效率高、质量轻、美观、易于安装、便于与建筑集成等优点。

Description

一种片式集热器及太阳能热水器

技术领域

本发明涉及太阳能集热器领域，以及太阳能热水器领域。

背景技术

太阳能集热器主要有真空管集热器和板式集热器。热管式真空管集热器利用真空管内部的工质的流动和相变来实现热量传递，或直接加热流经其中的被加热介质；而板式集热器则是利用常规金属管中的水流直接吸收热量，所以热效率较低，同时热量损失也较大，由于其结构复杂也容易出故障。真空管集热器的单个器件热效率相对较高，但是占用面积大，安装不方便，重量大；板式偏执器安装较方便，但仍然重量大、体积大，限制了它们的进一步推广应用，尤其是限制它们在壁挂式场合条件下的应用。所以一种更轻便、更高效、更宜安装、且与环境兼容性更强的集热器仍具有广泛的需求。

发明内容

为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种片式集热器，包括真空管、太阳能选择性吸收涂层、板状导热管、密封塞，真空管包括内管和外管，内管和外管是高透光、强度好的有机透明材料，在内管和外管之间的区域形成真空隔离层；太阳能选择性吸收涂层设置在内管的外表面，外管和内管均为椭圆形扁状管，板状导热管设置在内管中，板状导热管至少一端外漏于内管和外管，真空管由密封塞密封，所述板状导热管是一种高导热系数热管，所述板状导热管包括底板和两个以上的微型热管，微型热管排列固定在底板上。

作为本发明的进一步改进，所述微型热管是一种直径在1mm-10mm的微型热管。

作为本发明的进一步改进，所述真空管为真空玻璃管，所述内管和外管为玻璃内管和玻璃外管。

作为本发明的进一步改进，所述微型热管等间距排列固定在底板上。

作为本发明的进一步改进，还包括支撑架，支撑架支撑真空管。

作为本发明的进一步改进，所述内管和外管的管壁厚度为3mm-7mm，所述外管宽度为30mm-200mm，外管高度为20mm-50mm，长度为500mm-2000mm。

作为本发明的进一步改进，所述太阳能选择性吸收层主要从内到外由减反层、吸收层、反射层、结合层构成。

一种太阳能热水器，其包括上述任意一项所述的片式集热器，还包括热交换箱和安装框架，板状导热管的端部设有热管冷凝器，热交换箱的两端分别设置有进水口和出水口，板状导热管在热交换箱内部通过插口与热管冷凝器连接，使热管冷凝器与水不直接接触，插口内部与热管冷凝端通过高效导热胶粘接，片式集热器与热交换箱经过插口部位组装之后，再由安装框架对整体进行加固封装，使之成为牢固的一体。

作为本发明的进一步改进，所述热交换箱是一种具有密闭承插口的热交换箱，所述片式集热器的冷凝端直接插接入插口内，并通过导热胶粘接，以完成不同热交换界面的封装。

作为本发明的进一步改进，所述热交换箱表面涂覆有厚度为0.5mm-10mm的隔热保温材料，该材料主要是一种由空心玻璃或空心陶瓷微球制成的保温材料，该空心微球直径在50nm-100000nm。

本发明的有益效果是：（1）采用扁带状真空管提高了集热效率20%以上，（2）采用传导式加热方式，避免了水直接和玻璃管的接触，杜绝了冰冻或蒸气导致爆管的机率，冬天也可以使用，（3）采用了新型超导热管，更加高效地传导真空管的热能，间接提高了热效率，（4）整体扁平化、轻量化设计，大幅减小了器件重量可达30%-50%以上，大大地扩大了本器件的应用范围，突破了更多地限制使用条件。

一种片式集热器，由椭圆状的真空玻璃保温管、扁带状热管等组合封装而成，椭圆管本身对集热面的利用率高、集热效率也可高于圆形管，可达10%-15%以上；该片式集热器集热效率高、重量轻、易于组装使用。一种由上述片式集热器、热交换箱等组合而成的新型太阳能热水器，其中片式集热器与热交换箱通过内插接口直接进行热交换，集热器不直接与被加热介质接触，本热水器具有加热效率高、质量轻、美观、易于安装、便于与建筑集成等优点。

本片式集热器采用的板式导热管热导效率可以达普通导热材料的500-1000倍以上，可以快速将管内收集热量导出，所以管内部可以不直接与水接触，而是通过板状热管的另一端非接触式地承插入热交换箱与其中水换热、加热水，杜绝了由于管内蒸气压过高或严寒冰冻情况下引起的爆管现象，从而更加安全可靠；

由于轻质材料的板状导热管，同时水不直接在管内加热，使得热管重量可以减少达30%-50%，利于本产品在高层住宅的使用，同时也方便生产、安装。

附图说明

图1是本发明片式集热器结构示意图；

图2是本发明片式集热器截面示意图；

图3和图4是图2的两端的放大图；

图5是应用片式集热器制作的额热水器结构示意图；

图6是热水器横截面结构示意图；

图7是热水器纵截面上部细节图；

图8是热水器纵截面下部细节图；

图9是板状导热管结构示意图；

图10是板状导热管的端部放大图。

图中各部件名称如下：

板状导热管1、外塞2、玻璃外管3、玻璃内管4、内塞5、真空腔6、选择性吸收层7、热管支架8、边框9、片式集热器10、热交换箱11、出水口12、进水口13、热管冷凝端14、插口15、底板16、微型热管17、微型热管工作腔18。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例子1：片式集热器：

如附图1和2所示，本发明的片式集热器单元，主要由板状导热管1、外塞2、玻璃外管3、玻璃内管4、内塞5、真空腔体6、选择性吸收层7、热管支架8组成。

玻璃外管3和玻璃内管4均为椭圆形扁状玻璃管，两端经环封工艺密封，并通过吸气剂制备成具有真空腔体6的双层扁状玻璃真空管隔热结构。

上述真空玻璃管主要由高硼硅玻璃制成，玻璃内管和玻璃外管经嵌套、熔封而成，使在两层玻璃管间区域形成真空隔离层；玻璃管壁厚度为3mm-7mm，外管宽度为30mm-200mm，外管高度为20mm-50mm，长度为500mm-2000mm。

在密封前，在玻璃内管的外表面制备选择性吸收层7，用来增强对阳光能量的吸收，并降低内部热量的散失。

在内管的外表面沉积的太阳能选择性吸收层，主要由减反层、吸收层、反射层、结合层构成，共中减反层作用是减少太阳光的反射损失，吸收层的作用是吸收太阳能光的能量使管内温度快速上升，反射层的作用是减少管内热量向外的辐射损失，结合层的作用是提高整个选择性吸收层与玻璃管表面的结合强度。选择性吸收层通过专用的镀膜设备沉积在内管表面。

板状导热管1是由若干微型热管17组装而成的超热板，其中微型热管17的直径为1mm-10mm，长度为500mm-2000mm，等间距排列固定在金属或非金属板上，板状导热管1宽度为20mm-190mm，厚度为3mm-10mm，长度为500mm-2000mm。例如：用长度在1.2米的微型热管17五根，将其用导热硅胶固定在铜质底板上而成，也可以采用焊接的方式，另外，微型热管等间距排列是优选方式，也可以不是等间距排列，具体选用微型热管的数量根据实际需要进行设定。通过每个微型热管17的作用将整体的热量快速传导至外部的热交换箱11，避免了水与真空管的直接接触，同时也比常规单根大的铜热管更加轻便。

上述板状导热管1也可以是一种由铝、铜或其他合金材料特殊制成的具有高导热系数的一种新型热管，与传统太阳能真空管集热器的热管不同的是，超导热管内部含有更多微小的导热工质工作腔，导热工质工作效率更高，而传统集热器中所用热管只有一个工质工作腔，导热效率相对较低、重量大、成本高。

本发明的最显著之处是有机结合了板状导热管的高导热性、轻薄性和玻璃真空管的高效受光性，制成了一种更薄、更高效、更轻、更便于安装使用的新型集热器件。

上述板状导热管是一种由铝、铜或其他合金材料特殊制成的具有高导热系数的一种新型热管，与传统太阳能真空管集热器的热管不同的是，超导热管内部含有更多微小的导热工质工作腔，导热工质工作效率更高，而传统集热器中所用热管只有一个工质工作腔，导热效率相对较低、重量大、成本高。

实施例子2：热水器：

将上述片式集热器与热交换箱经过插口部位组装之后，再安装框架9对整体进行加固封装，使之成为牢固的一体。使用时将蓄水箱的进水端和出水端分别与热交换箱11两端的进水口13和和出水口12密封相接即可使用。

热交换箱11是将热管吸收的太阳热量传递到所需加热的介质的部件，对于太阳能热水器来说，所需加热的介质为水，当然也可以是其他加热介质，比如加热油。如图5和图6所示，热交换箱11的两端分别设置有进水口和出水口，内部通过特别设置的插口15与热管的冷凝器14连接，使热管的冷凝端与水不直接接触，为了提高导热效率，插口内部与热管冷凝端通过高效导热胶粘接，既起到导热作用，又起到密封防潮防锈作用。为了减少热量的散失，在热交换箱表面涂覆有1mm-10mm的保温材料。

本发明所制备的热水器，创新点是以一种高效导热管和扁状真空玻璃保温管有效集成的集热单元为基础，经过组装而成的集热器，可以用来进行热水、加热等工作，与传统的真空管集热器和平板集热器相比，本发明集热器最大的优点是（1）集热效率更高；（2）重量更轻；（3）更易于与建筑集成使用；（4）更加美观；（5）保温持久。对于节能减排的需要能更好地满足。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种片式集热器，其特征在于：包括真空管、太阳能选择性吸收涂层、板状导热管、密封塞，真空管包括内管和外管，内管和外管是高透光、强度好的有机透明材料，在内管和外管之间的区域形成真空隔离层；太阳能选择性吸收涂层设置在内管的外表面，外管和内管均为椭圆形扁状管，板状导热管设置在内管中，板状导热管至少一端外漏于内管和外管，真空管由密封塞密封，所述板状导热管是一种高导热系数热管，所述板状导热管包括底板和两个以上的微型热管，微型热管排列固定在底板上。

2.根据权利要求1所述的片式集热器，其特征在于：所述微型热管是一种直径在1mm-10mm的微型热管。

3.根据权利要求1所述的片式集热器，其特征在于：所述真空管为真空玻璃管，所述内管和外管为玻璃内管和玻璃外管。

4.根据权利要求1所述的片式集热器，其特征在于：所述微型热管等间距排列固定在底板上。

5.根据权利要求1所述的片式集热器，其特征在于：还包括支撑架，支撑架支撑真空管。

6.根据权利要求1所述的片式集热器，其特征在于：所述内管和外管的管壁厚度为3mm-7mm，所述外管宽度为30mm-200mm，外管高度为20mm-50mm，长度为500mm-2000mm。

7.根据权利要求1所述的片式集热器，其特征在于：所述太阳能选择性吸收层主要从内到外由减反层、吸收层、反射层、结合层构成。

8.一种太阳能热水器，其特征在于：其包括权利要求1至7任意一项所述的片式集热器，还包括热交换箱和安装框架，板状导热管的端部设有热管冷凝器，热交换箱的两端分别设置有进水口和出水口，板状导热管在热交换箱内部通过插口与热管冷凝器连接，使热管冷凝器与水不直接接触，插口内部与热管冷凝端通过高效导热胶粘接，片式集热器与热交换箱经过插口部位组装之后，再由安装框架对整体进行加固封装，使之成为牢固的一体。

9.根据权利要求8所述的太阳能热水器，其特征在于：所述热交换箱是一种具有密闭承插口的热交换箱，所述片式集热器的冷凝端直接插接入插口内，并通过导热胶粘接，以完成不同热交换界面的封装。

10.根据权利要求8所述的太阳能热水器，其特征在于：所述热交换箱表面涂覆有厚度为0.5mm-10mm的隔热保温材料，该材料主要是一种由空心玻璃或空心陶瓷微球制成的保温材料，该空心微球直径在50nm-100000nm。