CN107869852A - 平板集热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种平板集热器，涉及太阳能加热技术领域。该平板集热器包括集热板芯和框架，集热板芯包括两层集热板和一层加热管，两层集热板压紧为一体，加热管位于两层集热板之间，且加热管的管壁与集热板的内壁紧贴，集热板镶嵌于框架内。加热管的管外壁与集热板的内壁紧贴，加热管与集热板的接触面积为加热管的管外壁面积(即集热板与加热管的换热面积)，集热板与加热管之间的换热面积大，集热板对加热管和工质的加热效率高。

Description

平板集热器

技术领域

本发明涉及太阳能加热技术领域，尤其涉及一种平板集热器。

背景技术

太阳能集热器是一种将太阳的辐射能转换为热能的设备，根据用途不同，集热器及其匹配的系统具有不同的名称，如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉，以及太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化器等等，由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。

集热器又叫集热板，是太阳能行业对太阳能热水器室外集热部件的称谓，集热器的主要作用就是把太阳光中的热能收集起来，通过连通管路传递给水箱，从而加热水箱中的冷水。

太阳能集热器一般包括平板型集热器和真空管集热器，其中，平板式集热器具有产水量高、不爆管、可承压、耐高温、不结垢以及使用期间维修维护费用较低的特点。

现有的平板式集热器一般都包括用于吸收太阳能的集热板板芯，集热板板芯包括集热板和加热管，集热板一般采用铜板或铝板制成，用于加热冷水的加热管焊接固定在集热板上，集热板与加热管之间的热量传递效率低，而导致集热器的加热效果差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平板集热器，以解决现有技术中存在的平板式集热器中的加热管直接焊接在集热板上，集热板与加热管之间的热量传递效率低，而导致集热器的加热效果差的技术问题。

本发明提供的平板集热器，包括集热板芯和框架，所述集热板芯包括两层集热板和一层加热管，两层所述集热板压紧为一体，所述加热管位于两层所述集热板之间，且所述加热管的管壁与所述集热板的内壁紧贴；所述集热板镶嵌于所述框架内，所述加热管的两端分别设有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口均穿过所述框架与外部连通。

进一步的，所述集热板上设有翅片。

进一步的，所述集热板芯的顶面设有透光盖板，所述透光盖板镶嵌于所述框架内。

进一步的，所述透光盖板包括两层透光板，两层所述透光板之间设有空隙。

进一步的，所述两层所述透光板之间设有支撑板。

进一步的，所述集热板芯的底面设有保温层，所述保温层镶嵌于所述框架内。

进一步的，所述保温层与所述集热板芯之间设有反射膜。

进一步的，所述集热板的外壁涂有集热涂层。

进一步的，所述集热板与所述框架之间夹紧有隔热条。

进一步的，所述加热管包括集水管和导热管，所述集水管为两根，所述导热管为多根，多根所述导热管的两端分别与两根所述集水管连通；所述进液口设于其中一根所述集水管的端部，所述出液口设于另一根所述集水管的端部。

本发明平板集热器的有益效果为：

本发明提供的平板集热器，包括用于吸收太阳辐射热能的集热板、用于流通并加热工质的加热管和用于固定集热板芯的框架，使用时，将平板集热器放在太阳能够照射到的地方，太阳光照射在集热板上，集热板吸收太阳能并将太阳能转换为热能，集热板的温度随之升高；从加热管的进液口流入工质，工质流经整个加热管后从出液口流出，工质流经加热管时，集热板吸收太阳能温度升高，集热板的温度高于加热管及加热管内工质的温度，集热板与加热管紧贴的内壁通过热传导将热量传递给加热管，加热管进一步通过热对流的方式将热量传递给加热管内部的工质，从而实现太阳能对工质的加热。

两层集热板压紧为一体，加热管位于两层集热板之间，且加热管的全部管外壁与集热板的内壁紧贴，加热管与集热板的接触面积为加热管的管外壁面积，即，集热板与加热管的换热面积。其他条件相同时，加热管与集热板设置为上述形式，集热板与加热管之间的换热面积较大，集热板对加热管和工质的加热效率较高，可以有效减少直接将加热管焊接在集热板上时，焊接处形成的热阻对集热板与加热管之间传热效率的降低，同时也增大了加热管与集热板之间的换热面积，从而提高了平板集热器的制热能力。

具体的，集热板芯可以通过如下过程制得：加热管初始为压扁状，将压扁状的加热管夹紧于两层集热板之间，通过外力将集热板、压扁状的加热管和集热板压制为一体，随后再对压扁状的加热管进行吹胀处理，加热管膨胀为管状，集热板受挤压随之发生形变，吹胀完成后，管状的加热管的管外壁与集热板的内壁紧密抵接，形成集热板芯。相较于直接将加热管焊接在集热板上，上述结构的集热板芯的换热效率要增加2～3倍。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的平板集热器中加热管镶嵌于框架中的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的平板集热器中沿集热板芯长度方向的剖视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的平板集热器中沿集热板芯的宽度方向的剖视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的平板集热器中集热板芯的剖视结构示意图。

图标：1－集热板芯；2－框架；3－翅片；4－透光盖板；5－保温层；6－反射膜；11－集热板；12－加热管；41－透光板；42－支撑板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供一种平板集热器，如图1和图4所示，包括集热板芯1和框架2，集热板芯1包括两层集热板11和一层加热管12，两层集热板11压紧为一体，加热管12位于两层集热板11之间，且加热管12的管壁与集热板11的内壁紧贴；集热板11镶嵌于框架2内，加热管12的两端分别设有进液口和出液口，进液口和出液口均穿过框架2与外部连通。

本实施例提供的平板集热器，包括用于吸收太阳辐射热能的集热板11、用于流通并加热工质的加热管12和用于固定集热板芯1的框架2，使用时，将平板集热器放在太阳能够照射到的地方，太阳光照射在集热板11上，集热板11吸收太阳能并将太阳能转换为热能，集热板11的温度随之升高；从加热管12的进液口流入工质，工质流经整个加热管12后从出液口流出，工质流经加热管12时，集热板11吸收太阳能温度升高，集热板11的温度高于加热管12及加热管12内工质的温度，集热板11与加热管12紧贴的内壁通过热传导将热量传递给加热管12，加热管12进一步通过热对流的方式将热量传递给加热管12内部的工质，从而实现太阳能对工质的加热。

两层集热板11压紧为一体，加热管12位于两层集热板11之间，且加热管12的全部管外壁与集热板11的内壁紧贴，加热管12与集热板11的接触面积为加热管12的管外壁面积，即，集热板11与加热管12的换热面积。其他条件相同时，加热管12与集热板11设置为上述形式，集热板11与加热管12之间的换热面积较大，集热板11对加热管12和工质的加热效率较高，可以有效减少直接将加热管12焊接在集热板11上时，焊接处形成的热阻对集热板11与加热管12之间传热效率的降低，同时也增大了加热管12与集热板11之间的换热面积，从而提高了平板集热器的制热能力。

具体的，集热板芯1可以通过如下过程制得：加热管12初始为压扁状，将压扁状的加热管12夹紧于两层集热板11之间，通过外力将集热板11、压扁状的加热管12和集热板11压制为一体，随后再对压扁状的加热管12进行吹胀处理，加热管12膨胀为管状，集热板11受挤压随之发生形变，吹胀完成后，管状的加热管12的管外壁与集热板11的内壁紧密抵接，形成集热板芯1。相较于直接将加热管12焊接在集热板11上，上述结构的集热板芯1的换热效率要增加2～3倍。框架2的尺寸可以为1050mm＊2050mm，本实施例中，框架2可以是设置于集热板芯1外周的支架，也可以是设有用于安装集热板芯1的安装槽的外壳，只要起到固定、制成集热板芯1的作用即可。平板集热器可以根据温度控制采取强制对流的方式进行能量传输，以达到不同温度能量的合理、最佳利用，应用于北方严寒地区具有较大的优势。

本实施例中，如图1所示，加热管12可以包括集水管和导热管，集水管可以为两根，导热管为多根，多根导热管的两端分别与两根集水管连通；进液口设于其中一根集水管的端部，出液口设于另一根集水管的端部。工质从一根集水管的进液口进入后流入多根导热管内，工质流经导热管后，汇集到另一根集水管中，并从该集水管端部的出液口流出，具体的，多根导热管可以相互平行且等间距设置，同时，导热管与两端的集水管相互垂直设置，工质在导热管中流动，在集热板上分布均匀，集热板对工质的加热较为均匀，减少工质各部位加热效果不均情况的发生。

本实施例中，如图4所示，可以在集热板11上设有翅片3。设置翅片3后，集热板11与太阳辐射的有效换热面积为翅片3的表面积与集热板11外露的表面积之和，其值大于集热板11表面为平面时的换热面积，单位面积内，设置有翅片3的集热板11的有效换热面积增大，相同条件下，设有翅片3的集热板11吸收热量增多，集热板11经加热管12传递给加热管12内工质的热量增多，从而提高集热板芯1及平板集热器对加热管12内工质的加热效率。具体的，这里的翅片3可以是后续固定在集热板11上，也可以是经压制或弯折在集热板11上形成凹凸的波纹。

本实施例中，如图2和图3所示，还可以在集热板芯1的顶面设有透光盖板4，透光盖板4镶嵌于框架2内。使用时，太阳辐射穿过透光盖板4投射在集热板芯1的集热板11上，透光盖板4在确保太阳辐射能够穿透的基础上，一方面，可以保护集热板11，使其不受灰尘及雨雪的侵蚀；另一方面，使集热板芯1所处环境形成温室效应，减少集热板11在温度升高后通过热对流和热辐射向周围环境散失的热量，减少集热板芯1的热损失，提高平板集热器的热效率。具体的，这里的透光盖板4可以选用低铁超白钢化布纹玻璃，具有耐冲击，1米高度330克钢球冲击都不会破碎；布纹可以阻挡集热板11的光反射，减少集热板11的热损失，提高热效率；透光率高，一般透光率都在92％以上；钢化，破碎后也不会有棱角伤人；还可以选用耐力板或阳光板等。

本实施例中，如图2和图3所示，透光盖板4可以包括两层透光板41，两层透光板41之间设有空隙。集热板11吸热后温度升高，集热板11与所处环境的空气之间通过热辐射和热对流散失热量，设置两层透光板41，且两层透光板41之间留有间隙，间隙内充满空气，由于空气的导热系数大约为0.023W/m·K，而玻璃的导热系数约为1.1W/m·K，空气的导热系数远低于玻璃，从而减少集热板11向外界散失的热量，减少集热板11的热损失，提高集热板11的传热效率。

本实施例中，如图2和图3所示，可以在两层所述透光板41之间设有支撑板42。支撑板42一方面用于连接两层透光板41，使两层透光板41之间的位置相对固定，提高透光盖板4的稳定性；另一方面，支撑板42在两层透光板41之间起到支撑作用，确保两层透光板41之间的间隙存在，确保透光盖板4的保温效果。

本实施例中，如图2和图3所示，还可以在集热板芯1的底面设有保温层5，保温层5镶嵌于框架2内。保温层5的设置可以有效减少集热板11向外界环境的热量散失，如，通过与壳体的热传导向外界散失热量，从而提高集热板芯1的热效率。具体的，保温层5可以选用无机纳米级耐火粉末经特殊工艺成型，保温层5中形成有微小的纳米级气孔，其导热系数比静止空气还要小，在高温下，保温层5的隔热性能比传统纤维类的保温材料要好3～4倍；此外，可以根据实际情况选择适当厚度的保温层5，环境温度为25℃时，保温层5的导热系数为0.01W/m·K。

本实施例中，如图2和图3所示，可以在保温层5与集热板芯1之间设有反射膜6。反射膜6可以有效减少集热板11通过热辐射向外界散失的热量，从而提高集热板11的热效率。具体的，反射膜6可以由真空镀铝膜等材料、带有彩色印格的聚酯膜和玻璃纤维复合加工而成。。

本实施例中，还可以在集热板11的外壁涂有集热涂层。集热涂层可以提高集热板11对太阳辐射的吸收率，单位面积内，集热板11吸收热量增多，相同条件下，传递给加热管12内工质的热量增多，从而提高集热板11对工质的加热效果。具体的，集热涂层可以选用硫化铅涂层、金属氧化物涂层或黑铬氧化涂层。

具体的，本实施例中，集热板11可以为铝与稀土复合而成的稀土铝合金板，加热管12可以为铜管。金属中，铝材料的导热系数为237W/m·K，铜材料的导热系数为401W/m·K，两种材料的导热系数均较高，作为集热材料，传热效果较好；在铝材料中加入稀土元素，可以有效提高合金的高温性能，且铝材料的价格低廉，具有一定的延展性，作为集热板11使用，加工难度小、生产成本低。

本实施例中，还可以在集热板11与框架2之间夹紧有隔热条。隔热条的设置可以有效减少集热板上11上的热量向框架2传递，进而散失到外界环境情况的发生。

环境温度为－10℃时，本实施例中的平板集热器的传热功率可达500W，环境温度为10℃时，本实施例中的平板集热器的传热功率可达950W。

本实施例还可以提供一种太阳能热水器，包括储水装置和实施例一所述的平板集热器，储水装置上设有进水管和出水管，进水管与加热管12的出液口连通，出水管与加热管12的进液口连通；进水管或出水管上设有水泵。

本实施例提供的太阳能热水器，包括用于储存水的储水装置、用于加热水的平板集热器和用于促使水在储水装置和平板集热器之间流通的水泵，初始时，将温度较低的水盛装于储水装置内，开启水泵，在水泵的压力下，储水装置中的低温水通过出水管进入加热管12内，流经加热管12的过程被集热板11和加热管12加热温度升高，被加热后的高温水从加热管12的出液口通过进水管流回储水装置中，如此循环，完成平板集热器对储水装置中水的加热。平板集热器中加热管12和集热板11的换热面积大、传热效率高，平板集热器对储水装置中水的加热效率高，即，太阳能热水器的加热效果好。

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 (10)

1.一种平板集热器，其特征在于，包括集热板芯(1)和框架(2)，所述集热板芯(1)包括两层集热板(11)和一层加热管(12)，两层所述集热板(11)压紧为一体，所述加热管(12)位于两层所述集热板(11)之间，且所述加热管(12)的管壁与所述集热板(11)的内壁紧贴；所述集热板(11)镶嵌于所述框架(2)内，所述加热管(12)的两端分别设有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口均穿过所述框架(2)与外部连通。

2.根据权利要求1所述的平板集热器，其特征在于，所述集热板(11)上设有翅片(3)。

3.根据权利要求1所述的平板集热器，其特征在于，所述集热板芯(1)的顶面设有透光盖板(4)，所述透光盖板(4)镶嵌于所述框架(2)内。

4.根据权利要求3所述的平板集热器，其特征在于，所述透光盖板(4)包括两层透光板(41)，两层所述透光板(41)之间设有空隙。

5.根据权利要求4所述的平板集热器，其特征在于，所述两层所述透光板(41)之间设有支撑板(42)。

6.根据权利要求1－5中任一项所述的平板集热器，其特征在于，所述集热板芯(1)的底面设有保温层(5)，所述保温层(5)镶嵌于所述框架(2)内。

7.根据权利要求6所述的平板集热器，其特征在于，所述保温层(5)与所述集热板芯(1)之间设有反射膜(6)。

8.根据权利要求1－5中任一项所述的平板集热器，其特征在于，所述集热板(11)的外壁涂有集热涂层。

9.根据权利要求1－5中任一项所述的平板集热器，其特征在于，所述集热板(11)与所述框架(2)之间夹紧有隔热条。

10.根据权利要求1－5中任一项所述的平板集热器，其特征在于，所述加热管(12)包括集水管和导热管，所述集水管为两根，所述导热管为多根，多根所述导热管的两端分别与两根所述集水管连通；所述进液口设于其中一根所述集水管的端部，所述出液口设于另一根所述集水管的端部。