CN106440415A - 一种高性能集热与传热太阳能热水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能热水系统领域，尤其一种高性能集热太阳能热水系统，该系统包括集热板、支架、玻璃罩、保温板、导热装置和换热水箱组成；其中，集热板由若干集热板单元组成；玻璃罩设置在所述支架顶端，保温板设置在所述支架内部，集热板设置在保温板上，导热装置设置在集热板和保温板之间，换热水箱与导热装置连接。本发明将高效、稳定、无害的黑陶集热板的集热系统与超导热管有效结合，使获得的热能更高效、快捷地传递给集热系统外的导热工质，实现集热器内无水、无导热介质，热量能瞬间无损地通过最短的距离传至集热器外进行热交换，大大提高了传递效率，减少了换热工质在运行中的热量损失，使得有效热能最大化。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能热水系统领域，尤其一种高性能太阳能集热、超导传热的新型太阳能热水系统。
背景技术
目前，建筑常用太阳能集热系统主要有真空管太阳能与平板太阳能集热系统两类。
1、全玻璃真空管太阳能热水系统主要由外玻璃管、内玻璃管、选择性涂层、真空夹层、吸气剂、支承件等组成。基本原理是通过吸收太阳辐射能转换为热能，热能传递给管内水或者传热介质，与水箱连接。该系统具有系统简单、经济、节能的特点，但体积比较庞大；玻璃管易碎；管中水容易结冻、结垢；不能承压运行；冬季不宜使用；空晒时膜层老化、脱落，吸收效率快速降低；系统热损耗较大，使用寿命短；水箱与集热器连为一体，适合屋顶使用，美观性较差，如图1示。
2、热管式真空管太阳能热水系统主要由热管、吸热板、玻璃管、金属端板等部件组成。基本原理是涂有太阳选择性吸收膜的吸热板吸收太阳辐射能转化为热能，利用热管内传热工质的气——液相变循环过程，持续将热能传递到冷凝端，再与水箱连接。该系统玻璃管内不走水，处于真空，可以全年运行，提高了工作温度、承压能力和系统可靠性。但热管与吸热板连接工艺难度大、吸热板易受腐蚀、玻璃管易破损，系统热量损耗虽然已有较大程度降低，但总体仍然较大，使用寿命有待提到；通常水箱与集热器合为一体，一般适合屋顶使用，造价颇高，如图2示。
3、平板型太阳能热水系统通常主要由吸热板、透明盖板、隔热层以及外壳等部件组成。基本原理是太阳辐射透过透明盖板后被吸热板吸收并转换成热能，热能传递给板内的导热工质，使导热工质温度升高作为有效热能输出，与水箱连接。该系统热效率高、整体性好、耐晒性强、能承压运行。但吸热板易受腐蚀、板上吸热涂层工艺复杂、动态特性差、热损较大、整体使用寿命短、造价较高；如图3所示。
4、陶瓷平板型太阳能热水系统主要由陶瓷太阳能集热板、透明盖板、保温层和外壳等部件组成。基本原理为太阳辐射穿过透明盖板后投射在陶瓷板上，被吸收并转换成热能后传递给吸热板内的传热工质，使传热工质温度升高，作为有效热能输出，与水箱连接。该系统以陶瓷板作为吸热体，成本低、强度高、不透水、耐腐蚀、不老化、无毒无害、抗冻、阳光吸收率不衰减、具有长期高效的光热转换效率，使用寿命长可与建筑同寿命。但整体陶瓷大板生产工艺较复杂、安装较复杂，不适合大规模使用。如图4所示。
上述几种太阳能集热、传热、换热过程系统较长、换热工程较复杂，热量损耗大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种太阳能光热转换效率高、抗冻、抗腐蚀、使用寿命长、系统路程短、换热效率高、热量损耗小的
本发明的技术内容如下：一种高性能集热太阳能热水系统，该系统包括集热板、支架、玻璃罩、导热装置和换热水箱组成；
其中，所述集热板由若干集热板单元组成；
所述玻璃罩设置在所述支架顶端，所述保温板设置在所述支架内部，所述集热板设置在所述保温板上，所述导热装置设置在所述集热板和保温板之间，所述换热水箱与所述导热装置连接。
进一步，所述导热装置包括铝合金导热夹具、超导热管、换热管套、导热管和传热工质；
若干所述铝合金导热片均匀固定在在所述超导热管上，若干集热板单元固定在所述铝合金导热片的上端面上，至少2根所述超导热管平行设置在所述保温板上，所述换热管套固接在每个所述超导热管的一端，所述导热管依次所述换热管套与换热器连接，所述导热管内设有传热工质。
进一步，所述集热板单元为中空黑陶瓷集热板。
进一步，所述铝合金导热夹具的形状为Ω型，所述铝合金导热夹具厚度为1-3mm。
进一步，所述传热工质包括以下组分：红钒钾、碳酸锂、过硼酸钠、硼酸、氢氧化铝。
进一步，所述铝合金导热夹具、超导热管、换热管套和导热管的表面均涂覆有防腐蚀涂层。
进一步，本发明的另一目的是提供上述一种制备高性能集热太阳能热水系统的中空黑陶瓷集热板方法，其特征在于，所述中空黑陶瓷集热板组份为按照以下质量百分比组成混合所述组分：ZrO2 15%、SiC 20%、MgO42%、Cr2O32%、BeO12%、锆英石9%，将混合组分与水按照1:1.2混合搅拌，调制成浆，将浆料均匀涂刷在模具上，厚度3mm，自然干燥12小时，制成薄片，将制取的薄片放入煅烧炉，在1500℃煅烧3小时，取出后用3KPa压缩空气速冷，将初粉物料加入细磨粉碎机中进行细磨粉碎，将细磨粉碎后的物料加入分筛机中进行分筛，得到粒度400目以下的物料为黑体粉末颗粒；
将黑体粉末颗粒、无机粘合剂、膨胀系数调节剂按照重量比为2：1：2分别称取依次加入涂料合成釜中，搅拌4小时，压制成型，即得到中空黑陶瓷集热板。
进一步，所述无机粘合剂由铝溶胶、磷酸二氢铝和硅酸钠组成，三者之间的摩尔比为8.5:1.2:0.3。
进一步，所述膨胀系数调节剂由堇青石粉体和铬酸钴尖晶石粉体按照重量比为42:58组成。
本发明具有如下的有益效果：
1、相对于目前传统太阳热水系统，本发明将高效、稳定、无害的黑陶集热板的集热系统与超导热管有效结合，在集合了黑陶太阳能集热的各项优势基础上通过传导技术提高了热量的传热效率，使获得的热能更高效、快捷地传递给集热系统外的导热工质。
2、本发明系统可以实现集热器内无水、无导热介质，热量能瞬间无损地通过最短的距离传至集热器外进行热交换，大大提高了传递效率，减少了换热工质在运行中的热量损失，使得有效热能最大化。
3、本发明改变了传统太阳能热水系统的运行原理，效率高、性能稳定、使用范围广、综合成本低、与建筑同寿命、能实现太阳能光热与建筑屋面一体化。
附图说明
图1为全玻璃真空管太阳能热水系统构造示意图。
图2为热管式真空管太阳能热水系统构造示意图。
图3为平板型太阳能热水系统构造示意图。
图4为瓷平板型太阳能热水系统构造示意图。
图5为发明一种高性能集热与传热太阳能热水系统的横剖示意图。
图6为发明一种高性能集热与传热太阳能热水系统的纵剖示意图。
图7为铝合金导热夹具的结构示意图。
图中：
1.支架、2.玻璃罩、3.集热板、4.保温板、5.超导热管、6. 导热管、7.铝合金导热夹具，8.换热管套、9. 传热工质，10.填充导热工质的金属管、11.涂有吸热涂层的集热板、12.夹套、13.金属密封件、14.支撑件、15.选择性吸收涂层 、16.保护帽、17.消气剂、18.弹簧支架、19.外玻璃管、20.内玻璃管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
如图5-7所示，本发明一种高性能集热与传热太阳能热水系统，该系统包括集热板、支架、玻璃罩保温板、导热装置和换热水箱组成；
其中，所述集热板由若干集热板单元组成；该系统包括集热板、支架、玻璃罩、导热装置和换热水箱组成；
其中，所述集热板由若干集热板单元组成；
所述保温板设置在所述支架内部，所述集热板设置在所述保温板上，所述导热装置设置在所述集热板和保温板之间，所述换热水箱与所述导热装置连接。
所述导热装置包括铝合金导热夹具、超导热管、换热管套、导热管和传热工质；
所述玻璃罩设置在所述支架顶端，所述保温板设置在所述支架内部，若干所述铝合金导热片均匀固定在在所述超导热管上，若干集热板单元固定在所述铝合金导热片的上端面上，至少2根所述超导热管平行设置在所述保温板上，所述换热管套固接在每个所述超导热管的一端，所述导热管依次所述换热管套与换热器连接，所述导热管内设有传热工质。所述集热板单元为中空黑陶瓷集热板。
所述铝合金导热夹具的形状为Ω型，所述铝合金导热夹具厚度1-3mm。
所述传热工质由红钒钾、碳酸锂、过硼酸钠、硼酸和氢氧化铝组成。
所述铝合金导热夹具、超导热管、换热管套和导热管均采用内腐蚀材料制成。
一种制备上述的高性能集热太阳能热水系统的中空黑陶瓷集热板方法，所述中空黑陶瓷集热板组份为按照以下质量百分比组成混合所述组分：ZrO2 15%、SiC 20%、MgO42%、Cr2O32%、BeO12%、锆英石9%，将混合组分与水按照1:1.2混合搅拌，调制成浆，将浆料均匀涂刷在模具上，厚度3mm，自然干燥12小时，制成薄片，将制取的薄片放入煅烧炉，在1500℃煅烧3小时，取出后用3KPa压缩空气速冷，将初粉物料加入细磨粉碎机中进行细磨粉碎，将细磨粉碎后的物料加入分筛机中进行分筛，得到粒度400目以下的物料为黑体粉末颗粒；
将黑体粉末颗粒、无机粘合剂、膨胀系数调节剂按照重量比为2：1：2分别称取依次加入涂料合成釜中，搅拌4小时，压制成型，即得到中空黑陶瓷集热板。所述无机粘合剂由铝溶胶、磷酸二氢铝和硅酸钠组成，三者之间的摩尔比为8.5:1.2:0.3。所述膨胀系数调节剂由堇青石粉体和铬酸钴尖晶石粉体按照重量比为42:58组成。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.一种高性能集热太阳能热水系统，其特征在于，该系统包括集热板、支架、玻璃罩、保温板、导热装置和换热水箱组成；
其中，所述集热板由若干集热板单元组成；
所述玻璃罩设置在所述支架顶端，所述保温板设置在所述支架内部，所述集热板设置在所述保温板上，所述导热装置设置在所述集热板和保温板之间，所述换热水箱与所述导热装置连接。
2.根据权利要求1所述的高性能集热太阳能热水系统，其特征在于，所述导热装置包括铝合金导热夹具、超导热管、换热管套、导热管和传热工质；
若干所述铝合金导热片均匀固定在在所述超导热管上，若干集热板单元固定在所述铝合金导热片的上端面上，至少2根所述超导热管平行设置在所述保温板上，所述换热管套固接在每个所述超导热管的一端，所述导热管依次所述换热管套与换热器连接，所述导热管内设有传热工质。
3.根据权利要求2所述的高性能集热太阳能热水系统，其特征在于，所述集热板单元为中空黑陶瓷集热板。
4.根据权利要求2所述的高性能集热太阳能热水系统，其特征在于，所述铝合金导热夹具的形状为Ω型，所述铝合金导热夹具厚度为1-3mm。
5.根据权利要求2所述的高性能集热太阳能热水系统，其特征在于，所述传热工质由红钒钾、碳酸锂、过硼酸钠、硼酸和氢氧化铝组成。
6.根据权利要求2所述的高性能集热太阳能热水系统，其特征在于，所述铝合金导热夹具、超导热管、换热管套和导热管均采用内腐蚀材料制成。
7.一种制备如权利要求3所述的高性能集热太阳能热水系统的中空黑陶瓷集热板方法，其特征在于，所述中空黑陶瓷集热板组份为按照以下质量百分比组成混合所述组分：ZrO2 15%、SiC 20%、MgO42%、Cr2O32%、BeO12%、锆英石9%，将混合组分与水按照1:1.2混合搅拌，调制成浆，将浆料均匀涂刷在模具上，厚度3mm，自然干燥12小时，制成薄片，将制取的薄片放入煅烧炉，在1500℃煅烧3小时，取出后用3KPa压缩空气速冷，将初粉物料加入细磨粉碎机中进行细磨粉碎，将细磨粉碎后的物料加入分筛机中进行分筛，得到粒度400目以下的物料为黑体粉末颗粒；
将黑体粉末颗粒、无机粘合剂、膨胀系数调节剂按照重量比为2：1：2分别称取依次加入涂料合成釜中，搅拌4小时，压制成型，即得到中空黑陶瓷集热板。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述无机粘合剂由铝溶胶、磷酸二氢铝和硅酸钠组成，三者之间的摩尔比为8.5:1.2:0.3。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述膨胀系数调节剂由堇青石粉体和铬酸钴尖晶石粉体按照重量比为42:58组成。
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