CN110454995A - 一种平板式集热器及集热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平板式集热器及集热方法，涉及太阳能热利用技术领域，平板式集热器包括玻璃板、金属网状构件、保温层、外壳、第一通风口和第二通风口；玻璃板盖于外壳所围空腔上部，与外壳密封连接；至少两个金属网状构件层叠阵列连接于空腔内部，具有储热和限制对流作用；保温层连接位于外壳的内壁上；第一通风口开设于外壳的第一侧壁上，第二通风口开设于外壳的与第一侧壁相对的第二侧壁上，第一通风口和第二通风口非同轴相错设置。本发明具有光热转换效率高、储热能力强的优点。

Description

一种平板式集热器及集热方法

技术领域

本发明涉及太阳能热利用技术领域，具体涉及一种平板式集热器及集热方法。

背景技术

太阳能是一种可再生的新能源，它具有环保、长久的优势，是应对能源短缺气候变化的重要选择之一，越来越受到世人的强烈关注。太阳能利用技术主要指太阳能转换为热能、机械能、电能、化学能等技术，其中太阳能向热能转换历史最久远、开发最普遍，被称为太阳能热利用。

目前较为普遍的平板式太阳能集热器，其吸热体是吸热板，吸热板的材料有金属、塑料、橡胶、陶瓷等，结构有排管和集管，为了加大吸收太阳能的作用，吸热板上有涂层，涂层分为非选择性涂层和选择性涂层，涂层的加工工艺有真空镀膜、阳极化镀膜等。

吸热板的涂层材料对吸收太阳辐射能量起非常重要的作用。因为太阳辐射的波长主要集中在0.3-2.5um的范围内，而吸热板的热辐射则主要集中在2-20um的波长范围内，要增强吸热板对太阳辐射的吸收能力，又要减小热损失，降低吸热板的热辐射，就需要采用选择性涂料。选择性涂料是对太阳短波辐射具有较高吸收率，而对长波辐射发射率却较低的一种涂料，目前国内外的生产厂大多采用磁控溅射的方法制作选择性涂层，可达到吸收率0.93-0.95，发射率0.12-0.04，大大提高了吸热性能。

但是，尽管采用了这些技术手段，但平板式太阳能集热器仍然无法克服吸热面积比较小，热损失较大的问题。吸热面积有限，集热器的体积限制了吸热板的面积，进而限制了吸热面积，而太阳能集热器的体积不能无限增大。尽管使用了选择性涂层提高了吸热板的吸热效率，但是当吸热板温度升高后，热损失也会增加，只能通过改进保温隔热层材料、或是加厚玻璃盖板、以及增设透明蜂窝等手段来降低热损。因此，光热转换效率受吸热板材料和结构影响较大，为了提高转换效率，只能选用昂贵的材料和复杂的机构，加工成本很高，加工难度很大。

发明内容

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的集热器光热转换效率低。

为此，本发明实施例的一种平板式集热器，包括：玻璃板、金属网状构件、保温层、外壳、第一通风口和第二通风口；

玻璃板盖于外壳所围空腔上部，与外壳密封连接；

至少两个金属网状构件层叠阵列连接于空腔内部，具有储热和限制对流作用；

保温层连接位于外壳的内壁上；

第一通风口开设于外壳的第一侧壁上，第二通风口开设于外壳的与第一侧壁相对的第二侧壁上，第一通风口和第二通风口非同轴相错设置。

优选地，所述金属网状构件为钢丝网。

优选地，所述钢丝网的丝线为中空管，中空管内部填充有吸热液体.

本发明实施例的一种平板式集热器，包括：玻璃板、金属网状构件、保温层、外壳、第一通风口和第二通风口；

玻璃板盖于外壳所围空腔上部，与外壳密封连接；

至少两个金属网状构件层叠阵列连接于空腔内部，具有可调节的储热和限制对流作用；

保温层连接位于外壳的内壁上；

第一通风口开设于外壳的第一侧壁上，第二通风口开设于外壳的与第一侧壁相对的第二侧壁上，第一通风口和第二通风口非同轴相错设置。

优选地，所述金属网状构件包括第一金属管板和第二金属管板；

第一金属管板和第二金属管板均包括平行排列的金属管，平行排列的金属管形成板状，金属管具有管盖，管盖与金属管管壁之间通过转轴可转动连接，用于根据光照和温度的变化调节储热和限制对流作用；

第一金属管板和第二金属管板交替层叠排列，相邻管板的金属管排列方向相互交叉或垂直。

优选地，所述金属网状构件包括呈网状结构的金属片和传动机构；

金属片的一端与传动机构连接，在传动机构的带动下进行移动，用于根据光照和温度的变化调节储热和限制对流作用。

本发明实施例的一种平板式集热器的集热方法，包括以下步骤：

S1、第一层金属网状构件吸收透过玻璃板照射来的光线热量；

S2、第二层以上的金属网状构件吸收透过玻璃板照射来的光线热量和透过上层金属网状构件的孔隙照射来的光线热量；

S3、外壳内部气体经加热后从第一通风口或第二通风口排出。

优选地，还包括以下步骤：

S4、当光照较弱和/或温度较低时，管盖关闭在金属管上，使金属网状构件的孔隙较大；

S5、当光照较强和/或温度较高时，管盖绕转轴转动打开一定角度，使金属网状构件的孔隙较小。

优选地，还包括以下步骤：

S6、当光照较弱和/或温度较低时，传动机构驱动金属片移动，使至少两个金属网状构件的孔隙同轴排列；

S7、当光照较强和/或温度较高时，传动机构驱动金属片移动，使至少两个金属网状构件的孔隙非同轴相错排列。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的平板式集热器，通过设置金属网状构件，加大吸收热量能力，并且具有稳定或可调节的储热和限制对流作用，极大地提高了光热转换效率。并且器件结构简单、工作可靠、成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式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1中平板式集热器的一个具体示例的三维结构示意图；

图2为图1的平板式集热器的正视图；

图3为本发明实施例2中金属网状构件的一个具体示例的结构示意图；

图4为图3的金属网状构件的侧视图；

图5为本发明实施例3中金属网状构件的一个具体示例的结构示意图；

图6为本发明实施例4中集热方法的一个具体示例的流程图。

附图标记：1-玻璃板，2-金属网状构件，21-第一金属管板，211-金属管，212-管盖，213-转轴，22-第二金属管板，23-金属片，24-传动机构，3-保温层，4-外壳，5-第一通风口，6-第二通风口。

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，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。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。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种平板式集热器，如图1和图2所示，包括：玻璃板1、金属网状构件2、保温层3、外壳4、第一通风口5和第二通风口6。玻璃板1盖于外壳4所围空腔上部，与外壳4密封连接。优选地，玻璃板1选用双层玻璃板，起到更好的保温隔热作用。至少两个金属网状构件2层叠阵列连接于空腔内部，具有储热和限制对流作用。图1和图2中示出了具有三个金属网状构件2，但并不限于三个，也可以是两个、四个、五个等，只要外壳内部空间允许可以选择设置较多个以提高热效率。金属网状构件2的端部连接在保温层3上。保温层3连接位于外壳4的内壁上，起到保温隔热的作用。第一通风口5开设于外壳4的第一侧壁上，第二通风口6开设于外壳4的与第一侧壁相对的第二侧壁上，如图1和图2所示，第一通风口5位于外壳4前壁右侧，第二通风口6位于外壳4后壁左侧，其相错设置，第一通风口5和第二通风口6非同轴相错设置，以减小气体对流，降低热损失，提高储热能力。优选地，作为进口的通风口(例如第一通风口5)设于较上方，作为出口的通风口(例如第二通风口6)设于较下方，以有利于气体被由上及下加热后直接排出。

上述平板式集热器的工作原理为：光线(如太阳光)透过玻璃板1照射到第一层金属网状构件2上，金属网状构件2吸收热量，温度升高，由于金属网状构件2之间有孔隙，光线穿过孔隙照射在第二层金属网状构件、第三层金属网状构件等上，随着辐射量的不断增大，传递到下侧的热量通过通风口排出。

优选地，金属网状构件2为钢丝网。

优选地，钢丝网的丝线为中空管，中空管内部填充有吸热液体，吸热液体的储热能力优于钢丝网本身，从而进一步提高了光热转换效率和储热能力。

上述平板式集热器，通过设置金属网状构件，加大吸收热量能力，并且具有稳定的储热和限制对流作用，极大地提高了光热转换效率。并且器件结构简单、工作可靠、成本较低。

实施例2

本实施例提供一种平板式集热器，包括：玻璃板1、金属网状构件2、保温层3、外壳4、第一通风口5和第二通风口6。玻璃板1盖于外壳4所围空腔上部，与外壳4密封连接。至少两个金属网状构件2层叠阵列连接于空腔内部，具有可调节的储热和限制对流作用。保温层3连接位于外壳4的内壁上。第一通风口5开设于外壳4的第一侧壁上，第二通风口6开设于外壳4的与第一侧壁相对的第二侧壁上，第一通风口5和第二通风口6非同轴相错设置。

与实施例1所不同的是，至少两个金属网状构件2具有可调节的储热和限制对流作用。

优选地，如图3和图4所示，金属网状构件2包括第一金属管板21和第二金属管板22。第一金属管板21和第二金属管板22均包括平行排列的金属管211，平行排列的金属管211形成板状，金属管211的横截面可以为圆形、正方形、矩形、梯形等，金属管211具有管盖212，管盖212与金属管211管壁之间通过转轴可转动连接，用于根据光照和温度的变化调节储热和限制对流作用。第一金属管板21和第二金属管板22交替层叠排列，相邻管板的金属管排列方向相互交叉或垂直。

工作时，当在早上或傍晚时分，光照较弱，温度较低时，管盖212关闭在金属管211上，使金属管211之间的孔隙较大，提高光线向下透射的能力，上下层的金属网状构件均能得到充足的光线照射，提高光热转换效率。

当在中午时分，光照增强，温度升高时，随着光照的逐渐增强，温度的逐渐增高，管盖212可以绕转轴213逐渐缓慢打开(此打开过程为连续过程，打开过程中不作停留)或者每次打开到预设角度后停留一段时间，直至打开至与关闭时的角度呈180°，预设角度根据实际光照强度和温度设定，使金属管211之间的孔隙逐渐被遮挡而减小，降低外壳4内部气体在孔隙之间的对流换热，将气体控制在金属网状构件之中，从而抑制了气体自然对流热损失，提高了储热能力。

实施例3

本实施例提供一种平板式集热器，包括：玻璃板1、金属网状构件2、保温层3、外壳4、第一通风口5和第二通风口6。玻璃板1盖于外壳4所围空腔上部，与外壳4密封连接。至少两个金属网状构件2层叠阵列连接于空腔内部，具有可调节的储热和限制对流作用。保温层3连接位于外壳4的内壁上。第一通风口5开设于外壳4的第一侧壁上，第二通风口6开设于外壳4的与第一侧壁相对的第二侧壁上，第一通风口5和第二通风口6非同轴相错设置。

与实施例1所不同的是，至少两个金属网状构件2具有可调节的储热和限制对流作用。

优选地，如图5所示，金属网状构件2包括呈网状结构的金属片23和传动机构24。金属片23的一端与传动机构24连接，在传动机构24的带动下进行移动，用于根据光照和温度的变化调节储热和限制对流作用。金属片23的肋具有一定的宽度，相比于钢丝网，吸热面积更大，吸热储热能力更强。优选地，传动机构为齿轮和齿条传动机构，金属片23的下部具有齿条结构，与齿轮相啮合连接，齿轮转动，带动金属片左右移动。

工作时，当在早上或傍晚时分，光照较弱，温度较低时，传动机构24驱动金属片23移动，使至少两层呈网状结构的金属片23的孔隙同轴排列，使对光线的阻挡较小，能使较多的光线透射到下层，提高光线向下透射的能力，上下层的金属网状构件均能得到充足的光线照射，提高光热转换效率。

当在中午时分，光照增强，温度升高时，随着光照的逐渐增强，温度的逐渐增高，传动机构24驱动金属片23左/右移动，使至少两层呈网状结构的金属片23左右相错开，孔隙逐渐被遮挡而减小，降低外壳4内部气体在孔隙之间的对流换热，将气体控制在金属网状构件之中，从而抑制了气体自然对流热损失，提高了储热能力。

实施例4

本实施例提供一种平板式集热器的集热方法，如图6所示，包括以下步骤：

S1、第一层金属网状构件2吸收透过玻璃板1照射来的光线热量。

S2、第二层以上的金属网状构件2吸收透过玻璃板1照射来的光线热量和透过上层金属网状构件2的孔隙照射来的光线热量。

S3、外壳4内部气体经加热后从第一通风口5或第二通风口6排出。

优选地，还包括以下步骤：

S4、当光照较弱和/或温度较低时，管盖212关闭在金属管211上，使金属网状构件2的孔隙较大，提高光线向下透射的能力，上下层的金属网状构件均能得到充足的光线照射，提高光热转换效率。

S5、当光照较强和/或温度较高时，管盖212绕转轴213转动打开一定角度，使金属网状构件2的孔隙较小，降低外壳4内部气体在间隙之间的对流换热，将气体控制在金属网状构件之中，从而抑制了气体自然对流热损失，提高了储热能力。

或者优选地，还包括以下步骤：

S6、当光照较弱和/或温度较低时，传动机构24驱动金属片23移动，使至少两个金属网状构件2的孔隙同轴排列，使对光线的阻挡较小，能使较多的光线透射到下层，提高光线向下透射的能力，上下层的金属网状构件均能得到充足的光线照射，提高光热转换效率。

S7、当光照较强和/或温度较高时，传动机构24驱动金属片23移动，使至少两个金属网状构件2的孔隙非同轴相错排列，间隙减小，降低外壳4内部气体在间隙之间的对流换热，将气体控制在金属网状构件之中，从而抑制了气体自然对流热损失，提高了储热能力。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种平板式集热器，其特征在于，包括：玻璃板(1)、金属网状构件(2)、保温层(3)、外壳(4)、第一通风口(5)和第二通风口(6)；

玻璃板(1)盖于外壳(4)所围空腔上部，与外壳(4)密封连接；

至少两个金属网状构件(2)层叠阵列连接于空腔内部，具有储热和限制对流作用；

保温层(3)连接位于外壳(4)的内壁上；

第一通风口(5)开设于外壳(4)的第一侧壁上，第二通风口(6)开设于外壳(4)的与第一侧壁相对的第二侧壁上，第一通风口(5)和第二通风口(6)非同轴相错设置。

2.根据权利要求1所述的平板式集热器，其特征在于，所述金属网状构件(2)为钢丝网。

3.根据权利要求2所述的平板式集热器，其特征在于，所述钢丝网的丝线为中空管，中空管内部填充有吸热液体。

4.一种平板式集热器，其特征在于，包括：玻璃板(1)、金属网状构件(2)、保温层(3)、外壳(4)、第一通风口(5)和第二通风口(6)；

玻璃板(1)盖于外壳(4)所围空腔上部，与外壳(4)密封连接；

至少两个金属网状构件(2)层叠阵列连接于空腔内部，具有可调节的储热和限制对流作用；

保温层(3)连接位于外壳(4)的内壁上；

第一通风口(5)开设于外壳(4)的第一侧壁上，第二通风口(6)开设于外壳(4)的与第一侧壁相对的第二侧壁上，第一通风口(5)和第二通风口(6)非同轴相错设置。

5.根据权利要求4所述的平板式集热器，其特征在于，所述金属网状构件(2)包括第一金属管板(21)和第二金属管板(22)；

第一金属管板(21)和第二金属管板(22)均包括平行排列的金属管(211)，平行排列的金属管(211)形成板状，金属管(211)具有管盖(212)，管盖(212)与金属管(211)管壁之间通过转轴可转动连接，用于根据光照和温度的变化调节储热和限制对流作用；

第一金属管板(21)和第二金属管板(22)交替层叠排列，相邻管板的金属管排列方向相互交叉或垂直。

6.根据权利要求4所述的平板式集热器，其特征在于，所述金属网状构件(2)包括呈网状结构的金属片(23)和传动机构(24)；

金属片(23)的一端与传动机构(24)连接，在传动机构(24)的带动下进行移动，用于根据光照和温度的变化调节储热和限制对流作用。

7.一种平板式集热器的集热方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、第一层金属网状构件(2)吸收透过玻璃板(1)照射来的光线热量；

S2、第二层以上的金属网状构件(2)吸收透过玻璃板(1)照射来的光线热量和透过上层金属网状构件(2)的孔隙照射来的光线热量；

S3、外壳(4)内部气体经加热后从第一通风口(5)或第二通风口(6)排出。

8.根据权利要求7所述的集热方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S4、当光照较弱和/或温度较低时，管盖(212)关闭在金属管(211)上，使金属网状构件(2)的孔隙较大；

S5、当光照较强和/或温度较高时，管盖(212)绕转轴(213)转动打开一定角度，使金属网状构件(2)的孔隙较小。

9.根据权利要求7所述的集热方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S6、当光照较弱和/或温度较低时，传动机构(24)驱动金属片(23)移动，使至少两个金属网状构件(2)的孔隙同轴排列；

S7、当光照较强和/或温度较高时，传动机构(24)驱动金属片(23)移动，使至少两个金属网状构件(2)的孔隙非同轴相错排列。