CN106152550A - 一种微细孔道结构全铝型太阳能集热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微细孔道结构全铝型太阳能集热器，属于新能源、太阳能光热利用技术领域。一种微细孔道结构全铝型太阳能集热器包括铝底板壳体、透明盖板、微细孔道结构平板铝管、吸热膜、透明绝热层、集流平板铝管、隔热保温层、以及相应的密封元件和连接元件。本发明采用全铝结构微细孔道结构平板铝管增大换热面积，能显著改善和提高传统平板集热器的集热效率，以铝扁管代替铜管，可降低成本，无需焊接，工艺更简单。本发明采用二氧化硅气凝胶透明绝热层形式进行绝热，兼顾成本的同时可有效减小集热器的热损，提高太阳能集热效率。

Description

一种微细孔道结构全铝型太阳能集热器
技术领域：
本发明涉及一种微细孔道结构全铝型太阳能集热器，属于新能源、太阳能光热利用技术领域。
背景技术
太阳能集热技术以其节能降耗及环保方面的良好表现普遍受到人们的关注，其结构简单，安装使用方便。目前，太阳能集热器主要包括真空管式、平板式两种形态。真空管式太阳能集热器的真空集热管由内外两层玻璃构成。内外两层玻璃管之间抽成真空，内层玻璃管外表面涂有吸收层。真空管式太阳能集热器利用了真空热绝缘抑制了热损，同时能够防冻，但是现有真空管式集热器存在轮廓面积大，使用安全系数低，以及难以与多层或高层建筑一体化安装的问题。平板式太阳能集热器是主要由吸热板芯、透明盖板、壳体、保温材料以及进出水集管等组成。其中，吸热板芯一般由导热流体铜管路和吸热翅片铝板通过焊接而成，透明盖板通常由对太阳光透明的玻璃材料构成，壳体由背板、边框等构成。传统平板式太阳能集热器具有承压、安全、分体式安装等特点，可安装于多层或高层建筑的阳台、南墙窗户下面，易与建筑一体化。
微通道换热器是一种通道当量直径在100～1000μm的换热器，具有结构紧凑、体积小、重量轻、高效节能等特点，其结构形式主要有平板错流式微通道换热器、三维错流式微通道换热器、烧结网式多孔微通道换热器。传统微通道换热器主要应用于传统的工业制冷、余热利用、汽车空调、家用空调、热泵热水器等。与常规管式和板式换热器相比，微通道换热器不仅体积换热系数高，换热面积大、换热效率高，可满足更高的能效标准，而且具有优良的耐压性能，且目前的理论研究尚不能完全解释微流体流动的机理，因而已引起国内外学术界和工业界的广泛关注。目前，微通道换热器的关键技术在于微通道流道结构设计和微通道铝扁管的制造工艺，微通道铝扁管是一种采用精炼铝棒，通过精密模具热挤压工艺，经表面喷锌防腐处理，形成的薄壁多孔扁形管状铝制换热元件，微通道铝扁管的生产方法和工艺在国内已渐趋成熟，使得微通道换热器的规模化应用成为可能。
通过以上的背景技术分析，如若将微通道铝扁管换热技术直接应用于平板太阳能集热器，即利用多条微通道铝扁管来代替吸热芯板中的导热流体铜管路和吸热翅片铝板，则可以增大导热流体的换热面积、提高太阳能集热效率，同时采用铝代替铜材料可大幅降低成本，且可省却吸热芯板的焊接工序，生产工艺更简单。但是，由于微通道铝扁管的通道直径小于1mm，液体工质与铝材料界面浸润性和微通道的毛细作用，会导致导热流体在微通道铝扁管内流动的压降较大，形成较大的流动阻力，不利于导热流体将太阳能热量传递到水箱或用户。
发明内容
针对上述现有技术的不足，并通过综合分析各自的技术特点，提出并公开一种微细孔道结构全铝型太阳能集热器。
本发明的技术方案如下：
一种微细孔道结构全铝型太阳能集热器包括铝底板壳体(1)、透明盖板(2)、微细孔道结构平板铝管(3)、吸热膜(4)、透明绝热层(5)、集流平板铝管(6)、隔热保温层(7)、以及相应的密封元件和连接元件，其特征在于所述多根微细孔道结构平板铝管(3)按固定间距水平阵列排列且其中性面处于同一平面，在多根微细孔道结构平板铝管(3)上表面覆有吸热膜(4)，在其下表面设置有隔热保温层(7)；所述每根微细孔道结构平板铝管(3)的两端通过密封元件分别与进水集流平板铝管(6a)和出水集流平板铝管(6b)连接，集流平板铝管(6)上下表面设置有隔热保温层(7)，通过连接元件与铝底板壳体(1)连接固定；所述铝底板壳体(1)内侧四周设置有隔热保温层(7)，透明盖板(2)设置在吸热膜(4)上部，与隔热保温层(7)表面接触并密封，透明盖板(2)通过连接元件固定于铝底板壳体(1)上；所述吸热膜(4)与透明盖板(2)之间设置有两层较薄的透明绝热层(5)，通过高透光率的胶合剂分别胶结固定于吸热膜(4)下表面和透明盖板(2)内表面，两个透明绝热层(5a和5b)之间充满常压空气或其它透明惰性气体介质。
所述微细孔道结构平板铝管(3)采用精炼铝棒通过精密模具热挤压工艺，经表面喷锌防腐处理，形成薄壁多孔扁形管状平板铝管(3a、3b)，其制造工艺采用多支共挤多点温控的热挤压精密模具，其模具内壁耐磨、耐热、超润滑，通过铝棒的梯度加热和挤压机模筒恒温加热的等速挤压技术制造多孔薄壁均衡挤压的微细孔道结构，在线喷锌后形成微细孔道结构平板铝管。
所述微细孔道结构平板铝管(3)的微细孔道(3a)特征结构形式为圆形、正方形、长方形、菱形或其它多边形中的一种。所述吸热膜(4)为黑铬膜或者蓝钛膜吸热材料，采用胶合剂直接粘接固定于微细孔道结构平板铝管(3)表面，其胶合剂为热阻小、耐高温的单组份或双组份胶合剂。
所述透明盖板(2)结构形式为平面板状实心或者空心结构，可为低铁布纹钢化玻璃、真空玻璃、中空玻璃、防紫外型聚碳酸酯透明板中的一种。所述隔热保温层(7)材料类型为岩棉、酚醛泡沫、聚苯乙烯、聚氨脂中的一种或两种组合，设置在铝底板壳体(1)四周、底板与微细孔道结构平板铝管(3)之间以及集流平板铝管(6)周围，通过胶合剂分别与铝底板壳体(1)、微细孔道结构平板铝管(3)、集流平板铝管(6)粘接固定。
所述微细孔道结构平板铝管(3)的微细孔道(3a)高度方向特征尺寸h为1～6mm，宽度方向特征尺寸w为1～20mm。所述微细孔道结构平板铝管(3)的高度为h1＝2～8mm，宽度为w1＝60～200mm。所述两根微细孔道结构平板铝管(3)之间的距离t1为其宽度w1的1/4～1，微细孔道结构平板铝管(3)伸入集流平板铝管(6)的长度t2为集流平板铝管宽度w2的1/4～1/2，每根微细孔道结构平板铝管(3)的伸入长度t2可以相同也可以不同，如若不同则靠近集流平板铝管(6)进出水口端的伸入长度t21＝w2/2，依次递减直到t2n＝w2/4。所述透明盖板(2)与吸热膜(4)之间设置的两个透明绝热层(5)为二氧化硅气凝胶绝热层，每个透明绝热层(5)的厚度为2～5mm。
采用本发明所提供的技术方案，可取得的有益效果是：(1)本发明采用微细孔道结构增大换热面积，能显著改善和提高传统平板集热器的换热效率，提高集热效率；(2)微细孔道的特征尺寸较常规微通道的特征尺寸大，能有效减小微细流道形成的压降和阻力，增大导热流体的流速和流量，可明显改善导热流体的太阳能热传递效果；(3)本发明采用全铝结构的集热器形式，以铝扁管代替铜管，可降低成本，无需焊接，工艺更简单；(4)采用两层较薄的二氧化硅气凝胶中间充满常压空气或其它透明惰性气体介质的形式进行绝热，兼顾成本的同时可有效减小集热器的热损，提高太阳能集热效率。
附图说明
图1微细孔道结构全铝型集热器剖面结构图
图2微细孔道结构全铝型集热器结构原理图
图3微细通道结构剖面图
图4微细孔道结构全铝型太阳能集热器外观图
图中：铝底板壳体1、透明盖板2、微细孔道结构平板铝管3、微细孔道结构平板铝管流道3a、微细孔道结构平板铝管管体3b、吸热膜4、透明绝热层5、盖板表面透明绝热层5a、吸热膜表面透明绝热层5b、集流平板铝管6、进口端集流平板铝管6a、出口端集流平板铝管6b、隔热保温层7。
具体实施方式
下面结合附图1～4对本发明进一步说明，并详细阐述具体实施方法。
一种微细孔道结构全铝型太阳能集热器包括铝底板壳体(1)、透明盖板(2)、微细孔道结构平板铝管(3)、吸热膜(4)、透明绝热层(5)、集流平板铝管(6)、隔热保温层(7)、以及相应的密封元件和连接元件。
微细孔道结构平板铝管(3)采用精炼铝棒通过精密模具热挤压工艺，经表面喷锌防腐处理，形成薄壁多孔扁形管状平板铝管(3a、3b)，其制造工艺采用多支共挤多点温控的热挤压精密模具，其模具内壁耐磨、耐热、超润滑，通过铝棒的梯度加热和挤压机模筒恒温加热的等速挤压技术制造多孔薄壁均衡挤压的微细孔道结构，在线喷锌后形成微细孔道结构平板铝管。
微细孔道结构平板铝管(3)的微细孔道(3a)特征结构形式为圆形、正方形、长方形、菱形或其它多边形中的一种。微细孔道结构平板铝管(3)的微细孔道(3a)高度方向特征尺寸h为1～6mm，宽度方向特征尺寸w为1～20mm。微细孔道结构平板铝管(3)的高度为h1＝2～8mm，宽度为w1＝60～200mm。
多根微细孔道结构平板铝管(3)按固定间距水平阵列排列且其中性面处于同一平面，在多根微细孔道结构平板铝管(3)上表面覆有吸热膜(4)，在其下表面设置有隔热保温层(7)。吸热膜(4)为黑铬膜或者蓝钛膜吸热材料，采用胶合剂直接粘接固定于微细孔道结构平板铝管(3)表面，其胶合剂为热阻小、耐高温的单组份或双组份胶合剂。
每根微细孔道结构平板铝管(3)的两端通过密封元件分别与进水集流平板铝管(6a)和出水集流平板铝管(6b)连接，集流平板铝管(6)上下表面设置有隔热保温层(7)，通过连接元件与铝底板壳体(1)连接固定。两根微细孔道结构平板铝管(3)之间的距离t1为其宽度w1的1/4～1，微细孔道结构平板铝管(3)伸入集流平板铝管(6)的长度t2为集流平板铝管宽度w2的1/4～1/2，每根微细孔道结构平板铝管(3)的伸入长度t2可以相同也可以不同，如若不同则靠近集流平板铝管(6)进出水口端的伸入长度t21＝w2/2，依次递减直到t2n＝w2/4。
铝底板壳体(1)内侧四周设置有隔热保温层(7)，透明盖板(2)设置在吸热膜(4)上部，与隔热保温层(7)表面接触并密封，透明盖板(2)通过连接元件固定于铝底板壳体(1)上。
吸热膜(4)与透明盖板(2)之间设置有两层较薄的透明绝热层(5)，通过高透光率的胶合剂分别胶结固定于吸热膜(4)下表面和透明盖板(2)内表面，两个透明绝热层(5a、5b)之间充满常压空气或其它透明惰性气体介质。透明盖板(2)与吸热膜(4)之间设置的两个透明绝热层(5)为二氧化硅气凝胶绝热层，每个透明绝热层(5)的厚度为2～5mm。透明盖板(2)结构形式为平面板状实心或者空心结构，可为低铁布纹钢化玻璃、真空玻璃、中空玻璃、防紫外型聚碳酸酯透明板中的一种。
隔热保温层(7)材料类型为岩棉、酚醛泡沫、聚苯乙烯、聚氨脂中的一种或两种组合，设置在铝底板壳体(1)四周、底板与微细孔道结构平板铝管(3)之间以及集流平板铝管(6)周围，通过胶合剂分别与铝底板壳体(1)、微细孔道结构平板铝管(3)、集流平板铝管(6)粘接固定。

Claims (2)

1.一种微细孔道结构全铝型太阳能集热器包括铝底板壳体(1)、透明盖板(2)、微细孔道结构平板铝管(3)、吸热膜(4)、透明绝热层(5)、集流平板铝管(6)、隔热保温层(7)、以及相应的密封元件和连接元件，其特征在于所述多根微细孔道结构平板铝管(3)按固定间距水平阵列排列且其中性面处于同一平面，在多根微细孔道结构平板铝管(3)上表面覆有吸热膜(4)，在其下表面设置有隔热保温层(7)；所述每根微细孔道结构平板铝管(3)的两端通过密封元件分别与进水集流平板铝管(6a)和出水集流平板铝管(6b)连接，集流平板铝管(6)上下表面设置有隔热保温层(7)，通过连接元件与铝底板壳体(1)连接固定；所述铝底板壳体(1)内侧四周设置有隔热保温层(7)，透明盖板(2)设置在吸热膜(4)上部，与隔热保温层(7)表面接触并密封，透明盖板(2)通过连接元件固定于铝底板壳体(1)上；所述吸热膜(4)与透明盖板(2)之间设置有两层较薄的透明绝热层(5)，通过高透光率的胶合剂分别胶结固定于吸热膜(4)下表面和透明盖板(2)内表面，两个透明绝热层(5a、5b)之间充满常压空气或其它透明惰性气体介质。
2.根据权利要求1所述的一种微细孔道结构全铝型太阳能集热器，其特征在于所述透明盖板(2)与吸热膜(4)之间设置的两个透明绝热层(5)为二氧化硅气凝胶绝热层，每个透明绝热层(5)的厚度为2～5mm。。
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