CN105627592A - 太阳能集热器与其制作方法 - Google Patents

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彭岫麟
陈瑜尧
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彭岫麟
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Abstract

本发明提供一种太阳能集热器与其制作方法，该制作方法包括下列步骤：提供相叠合的第一板件与第二板件，并且沿多个轨迹熔接第一板件与第二板件，以使第一板件与第二板件在轨迹上相互接合，而形成多个条状接合部；填入高压介质于第一板件与第二板件之间，以使条状接合部之外的第一板件与第二板件受压力作用而相对远离，并形成被条状接合部分隔的多个管道；形成太阳能选择性涂层于第一板件的外表面上。

Description

太阳能集热器与其制作方法
技术领域
本发明是有关于一种集热器，且特别是有关于一种太阳能集热器与其制作方法。
背景技术
近年来，应用太阳能作为能源的相关产业，例如是将太阳能的光能转换成电能或热能的应用，正快速蓬勃发展。以将太阳能的光能转换成热能的应用为例，太阳能集热器(solarthermalcollector)吸收来自太阳光的辐射能，并将辐射能转换成热能后加以应用或收集，例如是通过热能加热水温，或将热能传递至吸热介质并加以储存，以通过吸热介质将收集热能，而在后续的应用中提供加热用途。
现有的太阳能集热器种类繁多，其中有部分太阳能集热器是以吸收板(absorbingplate)吸收太阳光的辐射能。吸收板是在板件的表面上涂布太阳能选择性涂层(solarselectivecoating)所形成，其中太阳能选择性涂层吸收太阳光的辐射能，并将辐射能转换成热能后传递至熔接于吸收板的另一表面上的集热管(heatcollectingtube)，进而加热流入集热管中的吸热介质(例如是水或其他适用的液体)。然而，从上述说明可知，太阳能选择性涂层将太阳光的辐射能转换成热能后，热能须经由吸收板与集热管的管壁后才能传递至集热管内的吸热介质。换言之，热能从太阳能选择性涂层传递至吸热介质的传递路径较长，容易造成热能散失。
为解决上述问题，现已有部分技术是在两板件上制作沟槽后熔接两板件，以通过板件上的沟槽对应形成集热管，而太阳能选择性涂层涂布在其中一板件的外表面上。如此，板件即可视为是集热管。太阳能选择性涂层将太阳光的辐射能转换成热能后，热能仅须经由集热管的管壁即可传递至集热管内的吸热介质。如此，热能从太阳能选择性涂层传递至吸热介质的传递路径得以缩短，使得太阳能集热器的集热效率因而提升。然而，上述在两板件上制作沟槽后熔接两板件的作法，需面临到板件之间的对位问题。板件之间的对位失误会影响太阳能集热器的品质，且在制作过程中精准对位两板件的位置需花费更多的制作成本。
发明内容
本发明提供一种太阳能集热器与其制作方法，其具有较高的制作良率与较为简易的制作流程。
本发明的太阳能集热器的制作方法包括下列步骤：提供相叠合的第一板件与第二板件，并且沿多个轨迹熔接第一板件与第二板件，以使第一板件与第二板件在轨迹上相互接合，而形成多个条状接合部；填入高压介质于第一板件与第二板件之间，以使条状接合部之外的第一板件与第二板件受压力作用而相对远离，并形成被条状接合部分隔的多个管道；形成太阳能选择性涂层于第一板件的外表面上。
本发明的太阳能集热器包括第一板件、第二板件、多个管道以及太阳能选择性涂层。第二板件与第一板件相叠合，且第一板件与第二板件在多个轨迹上相互接合，而形成多个条状接合部。管道是通过在第一板件与第二板件之间填入高压介质，而使条状接合部之外的第一板件与第二板件受压力作用而相对远离所形成，且管道被条状接合部分隔。太阳能选择性涂层配置于第一板件的外表面上。
在本发明的一实施例中，上述的熔接第一板件与第二板件的方法包括激光熔接(laserwelding)或超声波熔接(ultrasonicwelding)。
在本发明的一实施例中，上述的高压介质包括液体或气体。
在本发明的一实施例中，上述的太阳能集热器的制作方法还包括下列步骤：在填入高压介质之前，将熔接后的第一板件与第二板件置入模具，以在填入高压介质之后，使第一板件与第二板件通过模具成型。
在本发明的一实施例中，上述的形成太阳能选择性涂层于第一板件的外表面上的步骤是在填入高压介质的步骤之前或之后。
在本发明的一实施例中，上述的第一板件与第二板件的材质包括金属或塑胶。
在本发明的一实施例中，上述所提供的相叠合的第一板件与第二板件分别为平板。
在本发明的一实施例中，上述所提供的相叠合的第一板件与第二板件中的一个为半成型或已成型的造型板件。
在本发明的一实施例中，上述所提供的第一板件为半成型或已成型的金属板件，第二板件为塑胶板件。
在本发明的一实施例中，上述的沿轨迹熔接第一板件与第二板件的步骤是施加于第二板件的一外表面上。
在本发明的一实施例中，上述的熔接后的第二板件的外表面的表面平整度小于第一板件的外表面的表面平整度。
基于上述，本发明的太阳能集热器与其制作方法先将相叠合的第一板件与第二板件沿轨迹熔接后，才通过高压介质在第一板件与第二板件之间形成管道。因此，第一板件与第二板件在熔接时不需精准地对位，且可降低在熔接板件之后产生管道对位失误的状况。据此，本发明的太阳能集热器与其制作方法具有较高的制作良率与较为简易的制作流程。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例的太阳能集热器的俯视示意图；
图2A至图2E是图1的太阳能集热器在制作过程中沿I-I’剖线的剖面示意图；
图3是图2B的太阳能集热器于另一制作流程的剖面示意图。
附图标记说明：
100：太阳能集热器；
102：模具；
102a：沟槽；
110、110a：第一板件；
112：凹槽；
120：第二板件；
130：管道；
140：太阳能选择性涂层；
150：轨迹；
152：条状接合部；
160a、160b：连通管；
d：间距；
w：宽度。
具体实施方式
图1是本发明一实施例的太阳能集热器的俯视示意图。请参考图1，在本实施例中，太阳能集热器100包括第一板件110、第二板件120、多个管道130以及太阳能选择性涂层140。第一板件110与第二板件120(重叠于图1中的第一板件110的下方)相接合。管道130形成于第一板件110与第二板件120之间。太阳能选择性涂层140配置于第一板件110的外表面上。如此，当太阳光照射太阳能集热器100时，太阳能选择性涂层140可以吸收太阳光的辐射能，并将辐射能转换成热能后传递至管道130。此时，未绘示的吸热介质流入太阳能集热器100的管道130内，并在吸收太阳能选择性涂层140传递至管道130的热能之后流出太阳能集热器100。据此，太阳光的辐射能可通过太阳能集热器100的太阳能选择性涂层140吸收并转换成热能，而热能可通过流入管道130内的吸热介质吸收并加以收集。
图2A至图2E是图1的太阳能集热器在制作过程中沿I-I’剖线的剖面示意图。请参考图1与图2A至图2E，在本实施例中，太阳能集热器100的制作方法包括下述步骤。以下将以文字搭配图2A至图2E依序说明本实施例的太阳能集热器100的制作流程。
首先，请参考图1与图2A，在步骤S110中，提供相叠合的第一板件110与第二板件120。在本实施例中，在步骤S110中所提供的相叠合的第一板件110与第二板件120分别为平板。第一板件110与第二板件120依据需求制作成适当尺寸之后，不需过于精准的对位即可互相叠合。
请参考图1与图2B，在步骤S120中，沿多个轨迹150熔接第一板件110与第二板件120，以使第一板件110与第二板件120在轨迹150上相互接合，而形成多个条状接合部152。在本实施例中，在第二板件120与第一板件110相叠合之后，第一板件110与第二板件120沿多个轨迹150被熔接，以在轨迹150上相互接合，而形成条状接合部152。轨迹150可视为是图1所绘示的管道130的分隔线，而沿轨迹150熔接之处互相接合并形成条状接合部152。由于图2B绘示图1的太阳能集热器100在步骤S120中的剖面示意图，故图2B所绘示的轨迹150与条状接合部152仅呈现点状区域。实际上轨迹150与条状接合部152的形状为条状(如图1所示)。如此，呈现条状的条状接合部152可以使后续形成的管道130也形成条状。轨迹150彼此相隔预定间距并平行排列，使得条状接合部152与后续形成的管道130也呈现平行排列。条状接合部152的宽度w以及相邻两条状接合部152之间的间距d的尺寸可依据需求调整，且其尺寸大小会影响管道130的宽度以及管道130之间的距离。
再者，在本实施例中，沿轨迹150熔接第一板件110与第二板件120的步骤可以是施加于第二板件120的外表面上。如此，熔接后的第二板件120的外表面的表面平整度小于第一板件110的外表面的表面平整度，亦即第一板件110的外表面相较于第二板件120的外表面可以保持得较为平整。由此可知，第一板件110与第二板件120经由熔接而彼此固定，且选择从其中一板件(例如是第二板件120)的外表面熔接第一板件110与第二板件120，可以维持另一板件(例如是第一板件110)的外表面的平整度，有利于维持后续所形成的太阳能选择性涂层140的平整度。
接着，请参考图1与图2C，在步骤S130中，将熔接后的第一板件110与第二板件120置入模具102。在本实施例中，模具102具有多个沟槽102a。熔接后的第一板件110与第二板件120置入模具102，且条状接合部152之外的第一板件110与第二板件120对应于沟槽102a。本实施例的沟槽102a例如是弧型沟槽，但本发明并不限制沟槽102a的形状。沟槽102a的形状会影响后续形成的管道130的形状，故其可依据需求作调整。
接着，请参考图1与图2D，在步骤S140中，填入高压介质(未绘示)于第一板件110与第二板件120之间，以使条状接合部152之外的第一板件110与第二板件120受压力作用而相对远离，并形成被条状接合部152分隔的多个管道130。具体而言，在本实施例中，第一板件110与第二板件120在条状接合部152之处彼此固定。高压介质可以是液体或气体，其通过高压而填入第一板件110与第二板件120之间，以使条状接合部152之外的第一板件110与第二板件120受高压介质所带来的压力作用而相对远离，进而形成管道130。换言之，管道130是通过在第一板件110与第二板件120之间填入高压介质，而使条状接合部152之外的第一板件110与第二板件120受压力作用而相对远离所形成，且管道130被条状接合部152分隔。如此，高压介质可视为是从第一板件110与第二板件120之间往外撑开第一板件110与第二板件120，以使条状接合部152之外的第一板件110与第二板件120形成管道130。
此外，由于本实施例的第一板件110与第二板件120在填入高压介质之前已先置入模具102，且条状接合部152之外的第一板件110与第二板件120对应于模具102的沟槽102a，因此在填入高压介质之后，条状接合部152之外的第一板件110与第二板件120可通过模具102上的沟槽102a成型，而管道130的截面的形状取决于沟槽102a的形状。然而，本发明不限制模具102的使用与否。换言之，通过填入高压介质而形成管道130的制作过程可以通过模具102的使用而使管道130具有符合需求的特定形状，但非为本制作方法的必要手段。
最后，请参考图1与图2E，在步骤S150中，形成太阳能选择性涂层140于第一板件110的外表面上。具体而言，在本实施例中，形成太阳能选择性涂层140于第一板件110的外表面上的步骤是在填入高压介质的步骤之后。由于本实施例的第一板件110与第二板件120的熔接步骤是施加于第二板件120的外表面上，故第一板件110的外表面较为平整，而有利于将太阳能选择性涂层140形成于第一板件110的外表面上。换言之，本实施例的制作方法可以减少太阳能选择性涂层140受到条状接合部152的影响而产生分布不平均的状况。至此，图1所绘示的太阳能集热器100已初步完成。
除了上述的制作流程之外，本发明所提出的太阳能集热器的制作方法具有其他适用的制作流程。举例而言，前述形成太阳能选择性涂层140的步骤(步骤S150)可以往前调整至前述将熔接后的第一板件110与第二板件120置入模具102的步骤(步骤S130)以及前述填入高压介质的步骤(步骤S140)之前。换言之，由于本实施例的第一板件110与第二板件120在相互接合之前分别为平板，故太阳能选择性涂层140可以在步骤S130之前形成在仍呈现平板状的第一板件110的外表面上。更进一步地说，太阳能选择性涂层140还可以在步骤S120之前就先形成在仍呈现平板状且尚未与第二板件120熔接在一起的第一板件110上。如此，太阳能选择性涂层140可以均匀地分布在第一板件110的外表面上。由此可知，形成太阳能选择性涂层140的步骤(步骤S150)可依据需求调整至熔接第一板材110与第二板材120的步骤(步骤S120)之前，调整至熔接第一板材110与第二板材120的步骤(步骤S120)与填入高压介质而形成管道130的步骤(步骤S140)之间，或者调整至填入高压介质而形成管道130的步骤(步骤S140)之后，本发明并不限制形成太阳能选择性涂层140的顺序。
另一方面，请参考图1与图2A至图2E，在本实施例中，第一板件110与第二板件120的材质可以是金属或塑胶，其可依据需求作选择。举例而言，金属材质具有良好的传热效率，有助于在形成管道130后将太阳能选择性涂层140所转换而得的热能传递至内部的吸热介质。相对地，塑胶材质具有良好的可塑性，有助于在通过高压介质形成管道130的制作过程中提高管道130的成型速度，且塑胶材质还具有轻量以及成本低的优点。此时，熔接第一板件110与第二板件120的方法可依据第一板件110与第二板件120的材质作选择。当第一板件110与第二板件120的材质选用金属时，熔接第一板件110与第二板件120的方法可以是激光熔接(laserwelding)。或者，当第一板件110与第二板件120的材质选用塑胶时，熔接第一板件110与第二板件120的方法可以是超声波熔接(ultrasonicwelding)。上述的材质与熔接方法仅是用来举例说明，本发明不以此为限制。
再者，在本实施例中，第一板件110与第二板件120的材质不限定为相同。举例而言，请参考图3，其中图3是图2B的太阳能集热器于另一制作流程的剖面示意图。在图3的实施例中，由于太阳能选择性涂层140在后续步骤中配置在第一板件110a的外表面上，故第一板件110a的传热效率相较于第二板件120的传热效率更为重要。因此，在图3的实施例中，第一板件110a的材质可选用金属。然金属材质的可塑性相较于塑胶材质来得低，故在步骤S110中所提供的相叠合的第一板件110a可为半成型或已成型的造型板件。换言之，第一板件110a已事先经由适当的加工而形成多个凹槽112，这些凹槽112将在后续步骤中形成管道130。如此，由于第一板件110a为半成型或已成型的金属板件，故后续通过高压介质形成管道130的制作时间因而降低，且后续形成的太阳能选择性涂层140通过吸收太阳光的辐射能而转换而得的热能可通过第一板件110a快速地传递至管道130内的吸热介质。相对地，由于第二板件120的传热效率不如第一板件110a的传热效率来得有影响性，故第二板件120可选用塑胶板件，以减低后续所形成的太阳能集热器的重量并降低制作成本。此时，由于选用塑胶材质的第二板件120具有良好的可塑性，故第二板件120可以省略额外的加工而维持平板状，待后续通过高压介质成型即可。如此，采用塑胶材质的第二板件120可以在填入高压介质而形成管道130的过程中快速地成型，并减轻太阳能集热器的重量。基于上述的实施例，第一板件110或110a以及第二板件120的材质可依据需求独立地作选择。第一板件110a与第二板件120可通过超声波熔接或是其他适于固定金属构件与塑胶构件的固定方法互相固定，其可依据需求调整。
此外，在图3的实施例中，虽然第一板件110a为半成型或已成型的金属板，但采用塑胶材质的第二板件120仍维持平板状，故在提供相叠合的第一板件110a与第二板件120的步骤(步骤S110)中，第一板件110a与第二板件120不需精准地对位即可互相叠合，并可将沿轨迹150熔接第一板件110a与第二板件120的步骤(步骤S120)施加于第二板件120的外表面上，而使第一板件110a的外表面较为平整。熔接后的第一板件110a与第二板件120同样可通过填入高压介质的步骤形成管道130，并在第一板件110a的外表面上形成太阳能选择性涂层140。上述步骤的详细作法可参考前一实施例的描述，在此不多加赘述。
请再次参考图1，在本实施例中，除了上述的构件之外，太阳能集热器100还包括连通管160a与160b。连通管160a与160b连通管道130，以使吸热介质从太阳能集热器100外流入太阳能集热器100内的管道130，并从太阳能集热器100内的管道130流出太阳能集热器100外。换言之，连通管160a与160b可视为吸热介质流入并流出太阳能集热器100的出入口。连通管160a与160b的制作方式可以如同前述的管道130的制作方式，而形成于第一板件110与第二板件120之间。换言之，本实施例的制作方法可同时形成管道130与连通管160a与160b。此外，虽然图1的太阳能集热器100是以两个连通管160a与160b为例，但连通管的数量与位置可依据需求调整。基于上述，太阳能集热器100可通过太阳能选择性涂层140吸收太阳光的辐射能，且太阳能选择性涂层140将辐射能转换成热能后传递至管道130。如此，太阳能集热器100可进一步通过流入管道130内的吸热介质吸收热能，而吸热介质在吸收热能后流出管道130，以进一步将收集到的热能加以应用或储存。
综上所述，本发明的太阳能集热器与其制作方法先将相叠合的第一板件与第二板沿多个轨迹熔接后，才通过高压介质在第一板件与第二板件之间形成被条状接合部分隔的多个管道。如此，相较于将事先制作完成的管道熔接在板件上的技术而言，本发明的太阳能集热器仅须经由管道的管壁即可将热能从太阳能选型性涂层传递至吸热介质，故可以减少热能在传递过程中散失的比例，进而具有良好的集热效率。此外，相较于在两板件上事先制作管道后才熔接板件的制作方法，本发明的太阳能集热器的制作方法不需在熔接板件时精准地对位板件的位置，且熔接尚未形成管道的板件的作法可以得到较为平整的条状接合部，进而使板件的外表面更为平整，而利于太阳能选择性涂层的形成。据此，本发明的太阳能集热器与其制作方法具有较高的制作良率与较为简易的制作流程，并使太阳能集热器具有良好的集热效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种太阳能集热器的制作方法，其特征在于，包括：
提供相叠合的第一板件与第二板件，并且沿多个轨迹熔接该第一板件与该第二板件，以使该第一板件与该第二板件在该些轨迹上相互接合，而形成多个条状接合部；
填入高压介质于该第一板件与该第二板件之间，以使该些条状接合部之外的该第一板件与该第二板件受压力作用而相对远离，并形成被该些条状接合部分隔的多个管道；以及
形成太阳能选择性涂层于该第一板件的外表面上。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热器的制作方法，其特征在于，熔接该第一板件与该第二板件的方法包括激光熔接或超声波熔接。
3.根据权利要求1所述的太阳能集热器的制作方法，其特征在于，该高压介质包括液体或气体。
4.根据权利要求1所述的太阳能集热器的制作方法，其特征在于，还包括：
在填入该高压介质之前，将熔接后的该第一板件与该第二板件置入模具，以在填入该高压介质之后，使该第一板件与该第二板件通过该模具成型。
5.根据权利要求1所述的太阳能集热器的制作方法，其特征在于，形成该太阳能选择性涂层于该第一板件的该外表面上的步骤是在填入该高压介质的步骤之前或之后。
6.根据权利要求1所述的太阳能集热器的制作方法，其特征在于，该第一板件与该第二板件的材质包括金属或塑胶。
7.根据权利要求1所述的太阳能集热器的制作方法，其特征在于，所提供的相叠合的该第一板件与该第二板件分别为平板。
8.根据权利要求1所述的太阳能集热器的制作方法，其特征在于，所提供的相叠合的该第一板件与该第二板件中的一个为半成型或已成型的造型板件。
9.根据权利要求1所述的太阳能集热器的制作方法，其特征在于，所提供的该第一板件为半成型或已成型的金属板件，该第二板件为塑胶板件。
10.根据权利要求1所述的太阳能集热器的制作方法，其特征在于，沿该些轨迹熔接该第一板件与该第二板件的步骤是施加于该第二板件的外表面上。
11.一种太阳能集热器，其特征在于，包括：
第一板件；
第二板件，与该第一板件相叠合，且该第一板件与该第二板件在多个轨迹上相互接合，而形成多个条状接合部；
多个管道，该些管道是通过在该第一板件与该第二板件之间填入高压介质，而使该些条状接合部之外的该第一板件与该第二板件受压力作用而相对远离所形成，且该些管道被该些条状接合部分隔；以及
太阳能选择性涂层，配置于该第一板件的外表面上。
12.根据权利要求11所述的太阳能集热器，其特征在于，该高压介质包括液体或气体。
13.根据权利要求11所述的太阳能集热器，其特征在于，该第一板件与该第二板件的材质包括金属或塑胶。
14.根据权利要求11所述的太阳能集热器，其特征在于，熔接后的该第二板件的外表面的表面平整度小于该第一板件的外表面的表面平整度。
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