CN110360758A - 太阳能集热装置以及太阳能集热装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能集热装置，包括集热箱和超导热管，所述集热箱包括箱体和密封板，所述箱体用于盛装目标介质，且所述箱体具有开口，所述密封板盖设于所述开口；所述超导热管包括封闭的管体和灌注于所述管体内的超导液，所述管体包括相连通的集热部和换热部，所述集热部位于所述箱体外，所述换热部位于所述箱体内，所述管体通过模内注塑镶嵌于所述密封板中。本发明还公开了一种太阳能集热装置的制造方法，包括步骤：制作超导热管的管体；将所述管体放置在注塑模具中，采用模内注塑工艺在所述管体外注塑形成密封板；在所述管体内灌注超导液；将所述密封板盖设于一箱体的开口，且使管体的集热部位于所述箱体外、管体的换热部位于所述箱体内。

Description

太阳能集热装置以及太阳能集热装置的制造方法

技术领域

本发明涉及太阳能集热技术领域，尤其涉及一种太阳能集热装置以及太阳能集热装置的制造方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，对各行业用能的清洁程度、成本限制提出了新的指标要求，尤其在我国北方地区供暖季节，由于燃煤不充分等原因而产生雾霾，严重影响空气质量。为了削减取暖燃煤用量，改变用能习惯，提升宜居水平，国家正在逐步推进“清洁能源”工作，150°以下的中低温太阳能作为清洁能源在社会供能体系中承担越来越重要的角色。

太阳能集热装置通过集热管吸收热量，然后集热管的头部伸入集热箱内，与集热箱内的目标介质进行热交换，从而实现对集热箱内的目标介质进行加热。组装时，集热管的头部需要穿过加热箱上的连接件进入集热箱内部，由于要保证集热管与连接件之间的密封性，现有技术中的集热管伸入集热箱内的头部均为直管结构，且伸入集热箱内的长度较短，导致集热管与集热箱内的目标介质的换热面积较小，换热效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种太阳能集热装置以及太阳能集热装置的制造方法，既能够保证太阳能集热装置整体的密封性，又能够提高换热效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案一为：

一种太阳能集热装置，其特征在于，包括：

集热箱，所述集热箱包括箱体和密封板，所述箱体用于盛装目标介质，且所述箱体具有开口，所述密封板盖设于所述开口；以及

超导热管，所述超导热管包括封闭的管体和灌注于所述管体内的超导液，所述管体包括相连通的集热部和换热部，所述集热部位于所述箱体外，所述换热部位于所述箱体内，所述管体通过模内注塑镶嵌于所述密封板中。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案二为：

一种太阳能集热装置的制造方法，包括步骤：

制作超导热管的管体，所述管体包括集热部和换热部；

将所述管体放置在注塑模具中，采用模内注塑工艺在所述管体外注塑形成密封板，且使所述集热部和所述换热部分别位于所述密封板的相对两侧；

将所述管体的一端封闭，在所述管体内灌注超导液，然后将所述管体的另一端封闭；

将所述密封板盖设于一箱体的开口，且使所述集热部位于所述箱体外、所述换热部位于所述箱体内。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

本发明在封闭的管体内灌注超导液，管体通过超导液进行外界与目标介质之间的热交换，热量传导较快，且超导热管内不会结垢，也不会发生结冰或泄露，提高了太阳能集热装置的使用寿命；更重要的是，超导热管在安装于集热箱之前，可先与密封板通过模内注塑工艺进行结合，既实现了超导热管与密封板之间的密封配合，又打破了现有技术中密封板对超导热管的安装限制，使得位于集热箱内的换热部可以是任意长度和任意形状，能够增大换热部的换热面积，使换热效率加倍提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为本发明实施例的太阳能集热装置的整体剖视图；

图2a为本发明实施例一的超导热管的横截面示意图；

图2b为本发明实施例二的超导热管的横截面示意图；

图2c为本发明实施例三的超导热管的横截面示意图；

图3为本发明实施例的旋转驱动组件；

图4为本发明实施例的太阳能集热装置的制造方法的流程图；

标号说明：

1、集热箱；11、箱体；12、密封板；

2、超导热管；21、管体；211、底板；212、吸热板；213、集热部；214、换热部；2141、弯折段；22、超导液；23、隔筋；

3、目标介质；

4、旋转轴；41、进水管；411、进水口；42、出水管；421、出水口；

5、进水软管；

6、出水软管；

71、驱动轮；72、第一轴承组；73、第二轴承组。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1，本实施方式提供一种太阳能集热装置，作为清洁能源，能够用于家庭用水、供暖、农业保温、工矿企业低温能源的使用。

该太阳能集热装置包括集热箱1和超导热管2，集热箱1用于盛装目标介质3(例如水)，超导热管2部分插入集热箱1内部，并与目标介质3相接触。超导热管2可用于吸收外界热量，并将热量传递给目标介质3，从而实现对目标介质3的加热。当然，在一些情况下也可以实现热量的反向传递，例如当集热箱1内目标介质3的温度高于外界的温度时，超导热管2可将目标介质3的热量传递至外界。

集热箱1包括箱体11和密封板12，箱体11具有开口，密封板12盖设于箱体11的开口，并与箱体11共同围成一封闭的腔体，目标介质3可容纳在该腔体内。

超导热管2包括两端封闭的管体21和灌注于管体21内的超导液22，其中管体21为金属管体21，超导液22是在管体21内处于真空的状态下灌注于管体21内的。管体21部分穿过密封板12进入集热箱1中与目标介质3相接触。具体的，管体21内壁沿长度方向设有一定数量的微沟槽以增强传热性能，管体21在其长度方向上分为集热部213和换热部214，集热部213位于集热箱1外，用于与外界进行热量交换；换热部214位于集热箱1内，用于与集热箱1内的目标介质3进行热量交换。

本发明在封闭的管体21内灌注超导液22，管体21通过超导液22进行外界与目标介质3之间的热交换，利用超导液22的启动温度低、凝固点低和高效换热的特点，使得该太阳能集热装置的热量传导较快，且超导热管2内不会结垢，也不会发生结冰或泄露，提高了太阳能集热装置的使用寿命。

在一实施例中，换热部214具有弯折段2141，且弯折段2141的数目为一个以上。在集热箱1有限的空间内，弯折段2141的设置能够大大的增加换热面积，使得换热部214与目标介质3的换热速度加快。

在本实施例中，弯折段2141的数目为五个，每个弯折段2141的弧度相同，且相邻两个弯折段2141之间通过直线段连接。当然的，在其他实施例中，每个弯折段2141的弧度也可以不同，相邻两个弯折段2141可以直接相连。

进一步的，本实施方式中的管体21为一体式的管体21，也就是说，在管体21的长度方向上，管体21不是由几段拼接而成的，而是从集热部213到换热部214都是一个整体。因此，本实施方式的管体21能够保证较好的密封性，使超导液22的使用更加安全，减少结合热阻，同时也减少了组装拼接的麻烦。

本实施方式的管体21是通过模内注塑镶嵌于密封板12中。在制作密封板12之前，先将管体21放置在注塑模具内，然后再在注塑模具内注塑形成所需的密封板12，以使密封板12能够紧密包裹管体21。

超导热管2的管体21与密封板12通过模内注塑工艺进行结合，既实现了一体式超导热管2与密封板12之间的密封配合，又打破了现有技术中密封板12对一体式超导热管2的安装限制，使得任意长度和任意形状的换热部214都可以穿过密封板12安装到集热箱1内部。

在一实施例中，超导热管2包括多个管体21，多个管体21并列设置，且多个管体21在垂直于其长度方向上相连。

在一实施例中，如图2a所示，超导热管2包括底板211和吸热板212，吸热板212为波纹状结构，底板211可以为平面状结构，也可以为波纹状结构。吸热板212层叠设置于底板211上，且底板211与吸热板212焊接，以使吸热板212和底板211共同形成一个以上的管体21。具体的，底板211与吸热板212之间可以通过超声焊或摩擦焊或热压焊等方式进行焊接。超导热管2由整块的吸热板212和整块的底板211焊接制成，多个管体21形成一个整体，不仅能够增大吸热面积，而且在制作密封板12时，可将该整体一起放入注塑模具内，降低了模内注塑密封板12时的制作难度。

吸热板212包括金属基板以及涂覆于金属基板上的黑色高吸热涂层或阳极涂层。可以理解的，该金属基板的材质可以为铝、不锈钢或者铁等等。优选的，本实施例的金属基板的材质为铝。吸热板212能够在外界与超导液22之间实现高效的热传递。

在另一实施例中，如图2b所示，超导热管2可由多个并排的管体21通过隔筋23相连形成一个整体，该管体21可以是挤压扁的管型材，管体21内壁可增加一些微沟槽，在型材表面涂覆光选择性涂层或阳极涂层，使其具有更好的换热功能。在模内注塑形成密封板12之后，可将超导热管2和密封板12安装到箱体11上。

在又一实施例中，如图2c所示，管体21的数目为多个，且多个管体21间隔设置。间隔设置的管体21可由市面上普通的金属管(可圆可扁)制成，只需要对普通的金属管进行表面处理，使其具有更好的换热功能即可。

模内注塑形成密封板12之后，可将超导热管2和密封板12安装到箱体11上。在一实施例中，箱体11的材质为塑胶，密封板12和箱体11之间通过热熔焊的方式进行密封连接。具体的，箱体11的材质可以是耐热性良好的聚乙烯系列塑胶，耐压、耐候，且保温性能良好。

在另一实施例中，箱体11可以是金属材质，密封板12和箱体11之间安装有密封圈，以实现密封板12和箱体11的密封连接。

如图3所示，该太阳能集热装置还包括进水管41和出水管42，进水管41设有进水口411，进水管41和集热箱1之间连接有进水软管5，用于向集热箱1内输送目标介质3；出水管42上设置有出水口421，出水管42和集热箱1之间连接有出水软管6，便于集热箱1向外排出目标介质3。

进一步的，该太阳能集热装置还包括旋转驱动组件，如图3所示，旋转驱动组件包括驱动件(图中未示)和驱动轮71，驱动件用于带动驱动轮71转动，驱动轮71套接在旋转轴4上，该旋转轴4与集热箱1连接。驱动件带动驱动轮71旋转时，集热箱1连同超导热管2能够一起绕旋转轴4进行翻转。

在本实施例中，进水管41和出水管42组成上述旋转轴4，驱动轮71套设在该旋转轴4上，该旋转轴4与管体21平行设置，且该旋转轴4的轴心线位于超导热管2的宽度中心，因此，驱动件带动驱动轮71转动时，太阳能集热装置具有较小的旋转半径和旋转力臂。旋转轴4的两端还分别设置有第一轴承组72和第二轴承组73，用于减少旋转轴4在转动过程中的摩擦阻力。在白天时，旋转驱动组件带动集热箱1连同超导热管2一起翻转，使超导热管2的吸热面朝上，以使超导热管2能够吸取足够多的热量，并通过超导液22将热量传输至集热箱1内的目标介质3。在晚上时，外界的温度下降，低于集热箱1内目标介质3的温度，目标介质3与外界之间可通过超导热管2进行反向换热，即目标介质3内储存的热量可通过超导热管2辐射至外界。旋转驱动组件可驱动集热箱1连同超导热管2翻转，使超导热管2的吸热面正对目标物，使吸热面辐射出的热量能够正对目标物。

请参照图4，本实施方式还提供一种太阳能集热装置的制造方法，主要包括以下步骤：

步骤S100、制作超导热管的管体，管体包括集热部和换热部。这里的集热部和换热部只是按照功能进行区分。

在一实施例中，步骤S100具体包括以下步骤：

步骤S110a、提供一底板和一吸热板，其中吸热板为波纹状结构，具有多个波纹，底板可以是平面状结构，也可以是波纹状结构。将吸热板层叠设置与底板上，并将吸热板焊接于底板上，使吸热板的多个波纹和底板共同形成一个以上的管体。在本实施例中，吸热板包括金属基板以及涂覆于金属基板表面的黑色高吸热涂层或阳极涂层。金属基板可以是铝板、铜板、不锈钢板等。

在本实施例中，底板和吸热板的材质均为金属，采用热压焊接或真空扩散焊或摩擦焊或超声焊的工艺将底板和吸热板进行连接。

步骤S120a、对管体进行折弯处理，使每个管体的换热部具有一个以上的弯折段。每个管体的弯折形状可以相同，也可以不同。

在本实施例中，每个管体的弯折形状相同，且每个管体具有五个弯折段。

在另一实施例中，步骤S100具体包括以下步骤：

步骤S110b、在市面上采购大小合适的圆铝管；

步骤S120b、对管体进行折弯处理。该步骤同步骤S120a，这里不再赘述。

步骤S130b、在圆铝管的表面上涂覆吸热涂层，使其具有吸热功能，形成超导热管的管体。

在本实施例中，在涂覆吸热涂层之前可将圆铝管进行压扁处理，使其横截面变为方形、椭圆形或者其他扁平的形状，以增大其吸热面积。

步骤S200、将管体放置在注塑模具中，采用模内注塑工艺在管体外注塑形成密封板，且使集热部和换热部分别位于密封板的相对两侧。

具体到本实施方式中，步骤S200包括以下步骤：

步骤S210、对管体的外表面进行纳米处理，以使管体与待形成的密封板之间能够较好的粘合。具体的，可以只对管体与密封板的结合处进行纳米处理，其余部位无需进行纳米处理。

步骤S220、将纳米处理后的管体放置在注塑模具内，使管体的纳米处理部位准确位于注塑模具内部。

步骤S230、合模注塑，形成密封板，使密封板能够紧密包裹管体。

步骤S300、将管体的一端封闭，在管体内灌注超导液，然后将管体的另一端封闭。在管体内灌注超导液之前，对管体内部进行抽真空处理，保证管体内部为真空状态。

步骤S400、将密封板盖设于一箱体的开口，且使集热部位于箱体外、换热部位于箱体内。

在一实施例中，箱体为塑胶材质，步骤S400包括以下步骤：

步骤S410a、提供一带有开口的箱体，该箱体用于盛装目标介质。先将管体的换热部从箱体的开口处伸进箱体内。

步骤S420a、将密封板焊接于箱体的开口处，使密封板与箱体密封连接。可以理解的是，密封板的材质也为塑胶，密封板和箱体之间可采用热熔焊的方式进行焊接。

在另一实施例中，箱体为金属材质，步骤S400包括以下步骤：

步骤S410b、提供一带有开口的箱体，该箱体用于盛装目标介质。先将管体的换热部从箱体的开口处伸进箱体内。

步骤S420b、将密封板与箱体的开口紧密配合，并在密封板和箱体之间设置密封圈。

步骤S500、将箱体与一旋转驱动组件进行连接。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能集热装置，其特征在于，包括：

集热箱，所述集热箱包括箱体和密封板，所述箱体用于盛装目标介质，且所述箱体具有开口，所述密封板盖设于所述开口；以及

超导热管，所述超导热管包括封闭的管体和灌注于所述管体内的超导液，所述管体包括相连通的集热部和换热部，所述集热部位于所述箱体外，所述换热部位于所述箱体内，所述管体通过模内注塑镶嵌于所述密封板中。

2.如权利要求1所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述换热部具有弯折段，且所述弯折段的数目为一个以上。

3.如权利要求1所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述超导热管包括底板和吸热板，所述吸热板为波纹状结构，所述吸热板层叠设置于所述底板上，且所述底板与所述吸热板焊接，以使所述吸热板和所述底板共同形成一个以上的所述管体。

4.如权利要求3所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述底板为平面状结构或者波纹状结构。

5.如权利要求1所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述密封板与所述箱体焊接或者通过密封圈密封连接。

6.如权利要求1-5任意一项所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述管体为一体式管体。

7.如权利要求1-5任意一项所述的太阳能集热装置，其特征在于，还包括旋转驱动组件，所述旋转驱动组件连接于所述集热箱，且用于驱动所述集热箱连同所述超导热管翻转。

8.一种太阳能集热装置的制造方法，其特征在于，包括步骤：

制作超导热管的管体，所述管体包括集热部和换热部；

将所述管体放置在注塑模具中，采用模内注塑工艺在所述管体外注塑形成密封板，且使所述集热部和所述换热部分别位于所述密封板的相对两侧；

将所述管体的一端封闭，在所述管体内灌注超导液，然后将所述管体的另一端封闭；

将所述密封板盖设于一箱体的开口，且使所述集热部位于所述箱体外、所述换热部位于所述箱体内。

9.如权利要求8所述的太阳能集热装置的制造方法，其特征在于，制作超导热管的管体的步骤之后，还包括：

对所述管体进行折弯处理，使所述换热部具有一个以上的弯折段。

10.如权利要求8所述的太阳能集热装置的制造方法，其特征在于，制作超导热管的管体的步骤，具体包括：

提供一底板和一吸热板，其中所述吸热板为波纹状结构，将所述吸热板焊接于所述底板上，使所述吸热板和所述底板共同形成一个以上的管体。