CN105318586B - 一种太阳能平板集热器的吸热板芯及太阳能平板集热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能热水器领域，具体涉及一种太阳能平板集热器的吸热板芯及太阳能平板集热器。吸热板芯包括两个集管和排管，排管设置于两个集管之间并分别与两个集管连通，集管与排管均由具有吸收太阳能功能的耐高温导热塑料材料制成，耐高温导热塑料材料的基材为聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚碳酸酯、聚酰胺纤维、聚四氟乙烯、改性聚丙烯、改性聚乙烯、改性聚丁烯、改性聚碳酸酯、改性聚酰胺纤维、改性聚四氟乙烯中的一种。吸热板芯由耐高温导热塑料材料制成，不会被腐蚀，耐水垢能力强；全塑平板集热器质量会轻一半以上，方便运输，价格低。通过塑料板芯对工作介质进行吸热，加热后的工作介质汇集到另一集管传递出去，塑料管路快速吸收太阳辐射能。

Description

一种太阳能平板集热器的吸热板芯及太阳能平板集热器

技术领域

本发明涉及太阳能热水器领域，具体涉及一种太阳能平板集热器的吸热板芯及太阳能平板集热器。

背景技术

传统的平板集热器通常由金属吸热板芯，型材边框，玻璃盖板，保温棉和背板组成。其中吸热板芯是平板集热器的核心，平板集热器的吸热板芯主要由金属管路和金属吸热涂层两部分组成，金属吸热涂层通过焊接与金属管路连接。金属管路主要由集管、排管和外接件组成。吸热板芯通过金属吸热涂层来吸收太阳辐射转化成热能，热能被流经集管的传热工质吸收，然后传热工质经过集管汇集到排管，通过将热能传递出去。

由于传统的平板集热器为金属管路，所以容易结水垢，耐腐蚀能力差，长时间的腐蚀会导致管路变薄，甚至产生管路漏水的情况。如果集热器进水或者产生比较严重的水雾，金属涂层很快被腐蚀，严重影响集热器的吸热性能。

由于金属和玻璃密度大，平板集热器重量通常都很大，导致运输安装不方便。并且价格很高。

而且平板集热器的保温棉在集热器内部的高温下会产生挥发性物质，影响集热器的吸热性能。

基于以上描述，亟需要一种太阳能平板集热器的吸热板芯，以解决现有技术中存在的金属平板集热器容易结水垢、耐腐蚀能力差、重量大、价格高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种太阳能平板集热器的吸热板芯，该吸热板芯使用具有吸收太阳能功能的耐高温导热塑料材料制成，具有耐腐蚀、不结水垢、质量轻、价格低的特点。

本发明的目的还在于提供一种太阳能平板集热器，其具有上述的吸热板芯，具有耐腐蚀、不结水垢、质量轻、价格低的特点。

本发明实施例采用以下技术方案：

一种太阳能平板集热器的吸热板芯，包括两个集管和排管，所述排管设置于两个所述集管之间并分别与两个所述集管连通，所述集管与排管均由具有吸收太阳能功能的耐高温导热塑料材料制成，所述耐高温导热塑料材料的基材为聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚碳酸酯、聚酰胺纤维、聚四氟乙烯、改性聚丙烯、改性聚乙烯、改性聚丁烯、改性聚碳酸酯、改性聚酰胺纤维、改性聚四氟乙烯中的一种。

作为优选，所述耐高温导热塑料材料还包括添加材料，所述添加材料包括石墨、石墨烯、炭黑、碳纤维、高导热陶瓷、AlN、BN、SiC、SiN、Al₂O₃、MgO、B₄C₃、BeO、CaO、NiO、导热碳粉、锡粉、铜粉、铝粉、纳米石墨、纳米氧化铝、碳纳米管中的至少一种。

作为优选，所述吸热板芯上部覆有选择性吸热涂层。

作为优选，所述排管为若干个相互独立的中空管或设置有若干个孔道的塑料板材。

作为优选，所述集管由若干个中空的子集管通过注塑或者热合焊接而成。

作为优选，所述排管的两端分别通过连接中套与所述集管连通，所述连接中套的一端面内部设置有若干个中套孔道，所述排管插入到所述中套孔道中并与所述连接中套注塑到一起；所述连接中套的另一端面设置有带有空腔的中套凸台，所述中套凸台内的空腔与所述中套孔道连通；

所述集管的一端面中部外伸出凸台，所述凸台内设置有若干个与所述集管内部空腔连通的孔道，所述凸台外伸出带有空腔的凸起结构，所述凸起结构内的空腔通过所述凸台内的孔道与所述集管内的空腔连通，所述集管、凸台、凸起结构为一体结构；所述凸起结构与所述中套凸台热合焊接到一起，所述凸起结构内的空腔与所述中套凸台内的空腔连通。

作为优选，所述集管内连接排管的至少一个孔道的横截面积小于至少一个排管孔道的横截面积。

一种太阳能平板集热器，包括边框以及设置于所述边框内的以上任一项所述的吸热板芯，所述边框内吸热板芯的上侧密封设置有透明盖板，所述吸热板芯的下侧设置有保温层，所述边框内侧连接有背板，所述保温层与背板、边框通过发泡而成一体。

作为优选，所述边框的材料为塑料或铝合金；所述保温层的材料为聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉、聚酯纤维棉、聚苯乙烯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料或气凝胶中的一种或多种。

作为优选，所述保温层表面覆有用于隔热保护的反射膜。

本发明实施例提出的技术方案的有益技术效果是：

(1)由于平板集热器的吸热板芯的集管与排管均由具有吸收太阳能功能的耐高温导热塑料材料制成，所以不会被腐蚀，耐水垢能力强。全塑平板集热器质量会轻一半以上，方便运输，并且价格低。工作介质通过下端的集管流入集热器，通过塑料板芯进行吸热，然后加热后的工作介质汇集到集热器上端的集管传递出去，利用特制的塑料管路快速吸收太阳辐射能。

(2)本发明所述全塑平板集热器的保温层与背板、塑料边框通过发泡而成一体，所以强度高，不会产生挥发性物质，并且使得板芯吸收的太阳辐射热量传递到传热介质的效率大大提高，提高了集热器的强度，增强了保温性能，从而使得整个平板集热器有良好的吸热性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施例提供的平板集热器的截面图；

图2是本发明具体实施例提供的吸热板芯的结构示意图；

图3是本发明具体实施例提供的排管的一种优选方式的截面示意图；

图4是本发明具体实施例提供的排管的另一种优选方式的截面示意图；

图5是本发明具体实施例提供的集管的结构示意图；

图6是本发明具体实施例提供的连接中套的结构示意图。

图中：

1、透明盖板；2、吸热板芯；3、边框；4、保温层；5、弹性管；

21、集管；22、排管；23、连接中套；

211、凸台；212、凸起结构；

231、中套凸台。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明具体实施例提供的平板集热器的截面图。如图1所示，平板集热器主要由透明盖板1、吸热板芯2、边框3和保温层4四部分组成。所述吸热板芯2位于所述边框3内，所述吸热板芯2的上侧密封设置有所述透明盖板1，优选的，所述透明盖板1位于所述边框3的上端口处。所述保温层4位于所述吸热板芯2的下侧。

图2是本发明具体实施例提供的吸热板芯的结构示意图。如图2所示，本申请提供的太阳能平板集热器的吸热板芯2，包括两个集管21以及设置于两个集管21之间并分别与两个集管21连通的排管22，其中，所述集管21与排管22均由具有吸收太阳能功能的耐高温导热塑料材料制成，所述耐高温导热塑料材料至少包括改性聚丙烯塑料材料。

于本实施例中，作为优选方案，所述改性聚丙烯塑料材料作为基材。所述基材材质可变，所述基材还可以为聚乙烯、聚丁烯、聚碳酸酯、聚酰胺纤维、聚四氟乙烯、改性聚丙烯、改性聚乙烯、改性聚丁烯、改性聚碳酸酯、改性聚酰胺纤维、改性聚四氟乙烯中的一种。同时，所述耐高温导热塑料材料中还可添加其他特殊添加材料，所述特殊添加材料可以是石墨、石墨烯、炭黑、碳纤维、高导热陶瓷、AlN、BN、SiC、SiN、Al₂O₃、MgO、B₄C₃、BeO、CaO、NiO、导热碳粉、锡粉、铜粉、铝粉、纳米石墨、纳米氧化铝、碳纳米管中的至少一种或者几种的混合，所述特殊材料材质可变，特殊材料添加比例可变。

于本实施例中，作为优选方案，所述吸热板芯上部设置有选择吸收太阳能的吸热涂层，所述吸热涂层为蓝膜涂层、阳极氧化涂层、黒铬涂层中的一种。

所述集管21为中空的管道，所述排管22也包括若干个流水管道，所述排管22的管道与所述集管21的管道相通。所述工作介质通过集管21流入集热器，从集管21分流进入若干个排管22的通道内，此时通过塑料吸热板芯进行吸热，吸收的热量用来给管道中的工作介质进行加热，加热后的工作介质汇集到集热器另一端的集管21传递出去，本方案可以利用特制的塑料管路快速吸收太阳辐射能。

由于平板集热器板芯由耐高温导热塑料材料制成，所以不会被腐蚀，耐水垢能力强。全塑平板集热器质量会轻一半以上，方便运输，并且价格低。

于本实施例中，所述排管22可以有不同的结构，可以为整体排管也可以为单个排管。以下介绍排管22的几种结构：

图3是本发明具体实施例提供的排管的一种优选方式的截面示意图。如图3所示，所述排管22包括若干个相互独立的中空塑料管。当然中空塑料管也可以换为中空塑料板。作为优选，多个独立的排管22形成一个模块，模块内的排管22相互平行排列，多个模块连接到一起之后再与集管21连接，形成吸热板芯。当然，多个独立的排管22也可以不形成模块，分别与集管21连接，形成吸热板芯。

图4是本发明具体实施例提供的排管的另一种优选方式的截面示意图。如图4所示，所述排管22为设置有若干个孔道的塑料板材。该方案可以增大吸热板芯的吸热面积，使得塑料管路可以更快速的吸收太阳辐射能。

于本实施例中，所述排管22的结构尺寸可变，截面形状可变，可以为圆形、方形及其他形状；多个排管22组成的模块数目可变，每个模块所包含的排管22数目可变。

于本实施例中，所述集管21可以包括一个长的中空子集管，也可以由几个短的中空的子集管通过注塑或者热合焊接而成。集管21从一个端面延伸出凸台211，所述凸台211内设置有若干个与所述集管21内部空腔连通的孔道，所述凸台211外伸出带有空腔的凸起结构212，所述凸起结构212内的空腔通过所述凸台211内的孔道与所述集管21内的空腔连通，如图5所示。

于本实施例中，作为优选方案，所述集管21内连接排管的至少一个孔道的横截面积小于至少一个排管22的孔道的横截面积。

于本实施例中，作为优选方案，所述凸台211、凸起结构212与集管21为一体结构。

于本实施例中，所述集管21结构可变，尺寸可变，集管21截面可为圆形、正方形或其他形状。

于本实施例中，所述凸台211可以从所述集管21的一个端面的中部或者角部延伸出，也可由一个端面的其他位置延伸出。当然，也可以不设置凸台211，直接在所述集管21的一个端面上设置凸起结构212。

于本实施例中，作为优选方案，所述排管22的两端分别通过连接中套23与两个所述集管21连通。如图6所示，所述连接中套23优选为长方形结构，所述连接中套23的一端面内部设置有若干个中套孔道，所述排管22插入到所述中套孔道中并与所述连接中套23注塑到一起。所述连接中套23的另一端面设置有带有空腔的中套凸台231，所述中套凸台231内的空腔与所述中套孔道连通。

组装时，先将排管22与连接中套23连接到一起，然后将连接中套23的中套凸台231与集管21的凸起结构212热合焊接到一起。所述集管21的凸起结构212内的空腔与所述连接中套23的中套凸台231内的空腔连通，中套凸台231与凸起结构212内部构成封闭腔，集管21内部的孔道通过该密封腔与连接中套23的孔道连接，进而与排管22连通。

于本实施例中，所述连接中套23的结构可变，尺寸可变，内部孔道直径可变。

于本实施例中，所述集管21也可与排管22直接注塑到一起。于本实施例中，所述吸热板芯的结构尺寸可变，吸热板芯可以为整体结构，也可以为多个模块组合结构。

所述平板集热器自下而上进行装配，先进行边框3的装配，边框可通过四个塑料拐角插接到一起，也可通过注塑形成整体边框。边框3装配完成后进行整体发泡，在边框3内部底端形成保温层4，之后将吸热板芯2垂直安装到平板集热器内部的保温层4上方，然后进行盖板1的安装，最后涂胶密封压条紧固。

于本实施例中，所述边框3为塑料边框，其内侧连接有背板，所述保温层4与背板、塑料边框通过发泡而成一体，发泡前背板与边框3连接到一起。

于本实施例中，所述边框3可以为铝合金材质，也可以为塑料材质，所述边框可以是背板一体拉伸边框，也可以是铝合金型材通过机械铆钉连接形成边框。

于本实施例中，所述背板可以为塑料结构，也可以是镀锌板、铝箔纸等其他结构。发泡而成的保温层4强度高，不会产生挥发性物质，并且使得吸热板芯吸收的太阳辐射热量传递到传热介质的效率大大提高，提高了平板集热器的强度，增强了保温性能，从而使得整个平板集热器有良好的吸热性能。

于本实施例中，所述保温层4厚度可变，结构可变，材质可变；可为整体发泡，也可是其他保温形式，制成所述保温层4的保温材料可以是聚氨酯泡沫塑料，也可以是其他材料如岩棉、矿棉、玻璃棉、聚酯纤维棉、聚苯乙烯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料、气凝胶等材料中的一种或多种。

于本实施例中，作为优选方案，所述保温层4表面可覆有反射膜。所述发射膜具有隔热保护保温层的作用。反射膜分为基材和吸热膜，基材的材质可变，可以是铝、铜、镍、银等金属；吸热膜包含的材料为选择性吸热材料。

于本实施例中，作为优选方案，所述边框3可以为整体通过塑料材注塑成一体的结构，也可以是通过塑料拐角将边框连接成一体的结构，所述整体边框或者塑料拐角设置有孔槽，孔槽便于吸热板芯的垂直安装，也便于管路的密封。

于本实施例中，所述边框3的材质可变，结构可变，可以为单层边框，也可以为多层中空结构，截面尺寸可变，截面形状可变。所述塑料拐角的材质可变，结构尺寸可变，孔槽的形状可变。

于本实施例中，作为优选方案，所述吸热板芯2采用垂直安装方式，吸热板芯2的四个接头均通过弹性管5与边框3柔性连接。弹性管5沿着集管21的轴向延伸，一端与集管21相连，一端与边框3相连。优选的，所述塑料拐角或者边框上设置有孔槽，四个弹性管接头通过孔槽安装到位。由于所述四个进出水口与集管21间的连接，都采用弹性管5过渡，可以充分缓冲吸热板芯2与边框3的膨胀差。

于本实施例中，作为优选方案，所述孔槽为U型口。其中孔槽的形状可变。所述吸热板芯2的上端集管21外伸出凸台，凸台搭接到边框上，防止板芯在重力作用下的下滑。所述外伸凸台形状可变，可通过其他结构进行板芯固定。

于本实施例中，作为进一步的优选方案，所述弹性管5一端与集管21伸出的凸台插接，并用喉箍卡紧，另一端与外管接头插接，也用喉箍卡紧。所述外管接头紧固后卡入所述孔槽中，并用滑块紧固。所述弹性软管的材质可变，软管紧固方式可变。

于本实施例中，作为优选方案，所述外管接头可与外管路螺纹连接，也可与外管路通过快速插接连接方式进行连接。其中外管接头的材质可变，紧固方式可变，结构尺寸可变，螺纹连接方式可变，快速插接方式可变。

于本实施例中，所述盖板1与边框3通过粘接和压条压紧方式进行密封和固定。所述盖板1可以为塑料透明盖板，也可以是玻璃盖板。盖板1的密封方式可变，可以为胶粘接，可以为压条压紧，也可以为粘接和压条共同密封。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种太阳能平板集热器的吸热板芯，包括两个集管（21）和排管（22），所述排管（22）设置于两个所述集管（21）之间并分别与两个所述集管（21）连通，其特征在于，所述集管（21）与排管（22）均由具有吸收太阳能功能的耐高温导热塑料材料制成，所述耐高温导热塑料材料的基材为聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚碳酸酯、聚酰胺纤维、聚四氟乙烯、改性聚丙烯、改性聚乙烯、改性聚丁烯、改性聚碳酸酯、改性聚酰胺纤维、改性聚四氟乙烯中的一种；

所述排管（22）的两端分别通过连接中套（23）与所述集管（21）连通，所述连接中套（23）的一端面内部设置有若干个中套孔道，所述排管（22）插入到所述中套孔道中并与所述连接中套（23）注塑到一起；所述连接中套（23）的另一端面设置有带有空腔的中套凸台（231），所述中套凸台（231）内的空腔与所述中套孔道连通；

所述集管的一端面中部外伸出凸台（211），所述凸台（211）内设置有若干个与所述集管（21）内部空腔连通的孔道，所述凸台（211）外伸出带有空腔的凸起结构（212），所述凸起结构（212）内的空腔通过所述凸台内的孔道与所述集管内的空腔连通，所述集管（21）、凸台（211）、凸起结构（212）为一体结构；所述凸起结构（212）与所述中套凸台（231）热合焊接到一起，所述凸起结构内（212）的空腔与所述中套凸台（231）内的空腔连通。

2.如权利要求1所述的太阳能平板集热器的吸热板芯，其特征在于，所述耐高温导热塑料材料还包括添加材料，所述添加材料包括石墨、石墨烯、炭黑、碳纤维、高导热陶瓷、AlN、BN、SiC、SiN、 Al₂O₃、MgO、B₄C₃、BeO、CaO、NiO、导热碳粉、锡粉、铜粉、铝粉、纳米石墨、纳米氧化铝、碳纳米管中的至少一种。

3.如权利要求1所述的太阳能平板集热器的吸热板芯，其特征在于，所述吸热板芯上部覆有选择性吸热涂层。

4.如权利要求1所述的太阳能平板集热器的吸热板芯，其特征在于，所述排管（22）为若干个相互独立的中空管或设置有若干个孔道的塑料板材。

5.如权利要求4所述的太阳能平板集热器的吸热板芯，其特征在于，所述集管（21）由若干个中空的子集管通过注塑或者热合焊接而成。

6.如权利要求1所述的太阳能平板集热器的吸热板芯，其特征在于，所述集管（21）内连接排管的至少一个孔道的横截面积小于至少一个排管（22）孔道的横截面积。

7.一种太阳能平板集热器，包括边框（3）以及设置于所述边框（3）内的如权利要求1至6任一项所述的吸热板芯（2），所述边框（3）内吸热板芯（2）的上侧密封设置有透明盖板（1），所述吸热板芯（2）的下侧设置有保温层（4），其特征在于，所述边框（3）内侧连接有背板，所述保温层（4）与背板、边框通过发泡而成一体。

8.如权利要求7所述的太阳能平板集热器，其特征在于，所述边框（3）的材料为塑料或铝合金；所述保温层（4）的材料为聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉、聚酯纤维棉、聚苯乙烯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料或气凝胶中的一种或多种。

9.如权利要求7所述的太阳能平板集热器，其特征在于，所述保温层（4）表面覆有用于隔热保护的反射膜。