CN111998549A - 一种真空平板太阳能集热器 - Google Patents

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林宇峰
邹晓宇
马宇云
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Abstract

本发明提供一种真空平板太阳能集热器，包括顶部敞口的壳体，所述壳体的敞口端密封安装有透光板，所述透光板与所述壳体之间形成密封安装腔，所述密封安装腔内设有平行于所述透光板的吸热板，所述吸热板的下端设有与所述壳体底面接触的下支撑块，所述吸热板的上端设有与所述透光板接触的上支撑块，上支撑块与所述下支撑块由绝热材料制成，所述壳体的侧壁设有抽气管，所述密封安装腔通过所述抽气管抽真空并形成真空腔。本发明真空平板太阳能集热器，将集热器内部变为真空状态，并长时间维持一定真空度，能显著降低热传导及热对流损失，解决了现有技术中散热快的问题；且真空状态能起到良好的保温作用；同时能一定程度上延缓材料氧化，延长使用寿命。

Description

一种真空平板太阳能集热器
技术领域
本发明涉及一种太阳能集热器，特别涉及一种真空平板太阳能集热器。
背景技术
平板太阳能主要是由平板集热器、储水箱、水管、支架及配件等部分组成。平板集热器是平板热水器的关键部件，其热性能高低是衡量热水器好坏的重要指标。太阳能集热器按集热温度基本上可分为三类，即低温(＜100℃)，中温(100～200℃)和高温(＞200)，国内太阳能热水器主要用处是洗浴和生活用热水，水温要求一般低于60℃。集热器主要包括涂有选择性吸收涂层的吸热板、透光材料盖板、保温层和外壳四大部分，当阳光透过玻璃盖板照在平板吸热板上时，其中大部分太阳辐射能为吸热膜板所吸收，转变为热能，并通过热传导传向铜管通道中的介质(防冻液)；加热后的介质通过自然循环或强迫循环，与储水箱内的水进行热交换，产生热水。传热的三种基本模式，热传导、热对流和热辐射。目前平板太阳能集热器内部空间有填充玻璃棉、岩棉等隔热材料，以减少热传导，同时采用密闭框架结构，以减少空气对流，降低热损，但该结构的集热器热传导、热对流损失大，保温效果较差，存在散热快的问题。
发明内容
【1】要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种能显著降低热传导及热对流损失，同时能一定程度上延缓材料氧化，延长使用寿命的真空平板太阳能集热器。
【2】解决问题的技术方案
本发明提供一种真空平板太阳能集热器，其包括顶部敞口的壳体1，所述壳体的敞口端密封安装有透光板3，所述透光板与所述壳体之间形成密封安装腔，所述密封安装腔内设有平行于所述透光板的吸热板2，所述吸热板的下端设有与所述壳体底面接触的下支撑块102，所述吸热板的上端设有与所述透光板接触的上支撑块101，所述上支撑块与所述下支撑块由绝热材料制成，所述壳体的侧壁设有抽气管11，所述密封安装腔通过所述抽气管抽真空并形成真空腔。
进一步的，所述透光板与所述壳体的接触面之间设有用于密封的密封胶条31。
进一步的，所述壳体的敞口端内壁开设有安装台阶12，所述透光板安装在所述安装台阶上，所述透光板与所述安装台阶的接触面之间设有密封胶条31；所述壳体的敞口端设有用于压住所述透光板的压板41，所述压板与所述透光板之间设有密封胶条。
进一步的，所述压板的下底面与所述安装台阶的上端面之间形成安装区，所述安装区的高度小于所述安装区内的透光板与所述密封胶条的总高度。
进一步的，所述壳体的敞口端外壁设有盖体4，所述盖体4的上端径向向内折弯形成所述压板41。
进一步的，所述密封安装腔的底面与侧壁之间通过弧形面连接。
进一步的，所述透光板至少为两个，且相邻两所述透光板之间设有密封胶条。
进一步的，所述密封胶条为真空胶条。
进一步的，所述密封安装腔的底面设有吸气剂和/或在位于最下端的所述透光板的下底面设有吸气涂层。
进一步的，所述密封安装腔的底面和/或侧壁设有反射板。
【3】有益效果
本发明真空平板太阳能集热器，将集热器内部变为真空状态，并长时间维持一定真空度，能显著降低热传导及热对流损失，解决了现有技术中散热快的问题；且真空状态能起到良好的保温作用；同时能一定程度上延缓材料氧化，延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明真空平板太阳能集热器的结构示意图；
图2为图1中A部放大图；
图3为图1中B部放大图；
图4为本发明真空平板太阳能集热器的介质管的结构示意图；
图5为本发明真空平板太阳能集热器的另一结构的介质管的示意图；
图6为本发明真空平板太阳能集热器的介质管的剖视图；
图7为本发明真空平板太阳能集热器的另一结构的介质管的剖视图；
图8为本发明真空平板太阳能集热器的介质管的直管段的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，详细介绍本发明实施例。
参阅图1至图8，本发明提供一种真空平板太阳能集热器，其包括顶部敞口的壳体1，该壳体由不锈钢制成，本实施例中采用的是不锈钢316L，具有耐腐蚀性强、耐高温的优点，该壳体整体呈长方体，其敞口端开设在最大面积一侧，在壳体的敞口端密封安装有透光板3，该透光板可以容太阳光穿过，该实施例中该透光板由透光率87％及以上的材质制成，其由玻璃制成，透光板与壳体之间形成密封安装腔，在透光板与壳体的接触面之间设有用于密封的密封胶条31，具体的，在壳体的敞口端内壁开设有安装台阶12，透光板安装在安装台阶上，透光板与安装台阶的接触面之间设有密封胶条31；为了提高整体强度和可靠性，同时为了提高密封稳定性，本实施例中的透光板至少为两个，优选的为三个，且相邻两透光板之间设有密封胶条；在壳体的敞口端设有用于向下压住透光板的压板41，在压板与透光板之间设有密封胶条，上述安装台阶和压板用于安装和固定透光板，密封胶条用于密封，上述安装台阶和压板不仅能提高透光板的安装精度和安装强度，同时利于配合密封胶条提高整体密封性；上述压板的下底面与台阶的上端面之间形成安装区，该安装区的高度小于安装区内的透光板与密封胶条(未变形情况下)的总高度，其能使密封胶条存在压缩空间，其距离差小于或等于密封胶条的最大压缩量*密封胶条的个数，从而提高密封性；该压板可以采用一体或分体成型，分体时，在壳体的敞口端外壁设有盖体4，盖体4的上端径向向内折弯形成压板41，盖体可以先通过螺纹连接在壳体敞口端外壁，拧紧后再通过焊接固定，该方式装配较为简单；上述盖体的螺纹连接可以采用滑槽代替，即在盖体内壁和壳体敞口端外壁设置相匹配的条形滑槽，该滑槽的长度方向垂直于透光板所在的平面方向，装配时，通过压机将盖体沿滑槽下压，再通过焊接固定；一体式为在安装好透光板和密封胶条后通过将壳体敞口端径向向内折弯从而形成压板，该工艺结构强度高且使用寿命长，工艺相对于分体式难度较大；为了进一步提高密封性，可以在压板下底面或安装台阶上底面开设与壳体同轴的环形凹槽，该环形凹槽可以为一个或多个，其横截面可以为矩形、U形、三角形或圆形，使用时其与密封胶条接触，提高接触面积，进而提高密封性；本申请技术方案中的密封胶条为真空胶条；密封安装腔内设有平行于透光板的吸热板2，吸热板的下端设有与壳体底面接触的下支撑块102，吸热板的上端设有与透光板接触的上支撑块101，上支撑块和下支撑块起到支撑吸热板的作用，避免在重力作用下产生形变，上支撑块与下支撑块由绝热材料制成，能有效避免吸热板与壳体之间的热交换，避免热量损失，本实施例中，该上支撑块和下支撑块为圆柱状，通过高分子胶黏剂固定；在壳体的侧壁设有抽气管11，密封安装腔通过抽气管抽真空并形成真空腔，密封安装腔内为真空状态，能有效避免热传导和热对流，进而提高保温效果和热利用率；由于壳体和吸热板等会释放一定气体，影响密封安装腔的真空度，在密封安装腔的底面设有安装支架5，在安装支架上设有吸气剂，同时，也可以在最下端的透光板下表面设置吸气涂层，该吸气涂层或吸气剂可以设置成一块或多块，使用前先激活其中一块，当器材释放气体或受其他因素影响而密封安装腔的真空度时，再激活其他吸气剂或吸气涂层，从而提高了内部真空度，减小热损失，同时延长了集热器的使用寿命；为了避免应力集中而影响壳体强度，本实施例中的密封安装腔的底面与侧壁之间通过弧形面连接，即改直角为圆角，参阅图3；为了进一步提高热能利用率，在密封安装腔的底面或侧壁或同时在底面或侧壁设有反射板(膜)，用于将未照射到吸热板的太阳光反射至吸热板上；本申请采用真空形式，显著降低热传导及热对流损失，提高了保温效果，去除了传统工艺中设置的保温层，降低了生产成本，提高了使用可靠性；同时能一定程度上延缓材料氧化，延长使用寿命。
本申请中对吸热板结构也进行重新设计和优化；
具体的，该吸热板包括由导热材料制成的吸热板本体20，本实施例中，该吸热板本体由铝制成，在吸热板本体的上端面镀有吸热膜或高温膜，用于吸收太阳辐射并将热量传递给吸热板本体，在吸热板的下底面贴合安装有介质管21，介质管吸收吸热板上热量，并将其传递至位于介质管内的介质，介质用于与水进行热交换，从而达到加热水的目的，为了提高热传递效率，本事情中的介质管由铜制成；由热传导基本公式Q＝KA△t知，其他条件不变情况下，传热面积A越大，热传导速率Q越大，在光照和散热条件不变的情况下，可提高出水温度或节省吸热板材面积，因此，本申请技术方案中，介质管与吸热板本体之间为面接触，介质管的进液口211与出液口212延伸至壳体外，介质管内的介质形成一个循环管路，用于与水箱内的水进行热交换；其相对于传统的圆管的线接触，大大提高了接触面积，进而提高了热利用率和加热效率；本申请中，介质管与吸热板本体之间的接触面积为a，而介质管的总表面积(在加热板本体的投影面内)为b，且1/4≤a/b≤1/2；优选的，介质管包括平面及弧形面，平面与吸热板本体接触，平面与弧形面之间形成容介质通过的流道；该弧形面的横截面为1/3-2/3圆，参阅图6和图7，安装固定时，通过滚轮压紧弧形面，使介质管的平面端充分贴合吸热板本体，再通过两侧的焊接头实现激光或超声波焊接，焊接头倾斜设置；同时，在介质管与吸热板本体的接触面之间设有导热胶，保证介质管与吸热板本体的充分接触，避免两者之间存在间隙而影响热传递；为了使介质管与吸热板本体的接触面积充分大，介质管为往复折弯的蛇形管，参阅图4，其存在直管段和半圆段，介质管与吸热板本体的接触面的宽度为C1，介质管的相邻两直管段的间距为C2，且1/10≤C1/C2≤1/4，参阅图8，其能使介质管充分吸收和利用吸热板本体上的热量，提高单位面积内的热能利用率；介质管也可以采用以下结构，参阅图5，介质管包括两平行设置的第一管体213，第一管体的两端延伸至所述壳体外，两第一管体之间垂直设置有第二管体214，第二管体沿第一管体的长度方向等距设置，使用时，对角密封第一管体上的两个口，相邻两直管段之间的距离同上。
本发明平板太阳能集热器，将集热器内部变为真空状态，并长时间维持一定真空度，能显著降低热传导及热对流损失，解决了现有技术中散热快的问题；且真空状态能起到良好的保温作用；同时能一定程度上延缓材料氧化，延长使用寿命；将介质管与吸热板设计为面接触，大大提高了接触面积，提高了热能利用率和吸热效率，热能转换率大幅提高；且对介质管进行设计优化，提高了单位面积内的热能利用率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种真空平板太阳能集热器，其特征在于：包括顶部敞口的壳体，所述壳体的敞口端密封安装有透光板，所述透光板与所述壳体之间形成密封安装腔，所述密封安装腔内设有平行于所述透光板的吸热板，所述吸热板的下端设有与所述壳体底面接触的下支撑块，所述吸热板的上端设有与所述透光板接触的上支撑块，所述上支撑块与所述下支撑块由绝热材料制成，所述壳体的侧壁设有抽气管，所述密封安装腔通过所述抽气管抽真空并形成真空腔。
2.如权利要求1所述的真空平板太阳能集热器，其特征在于：所述透光板与所述壳体的接触面之间设有用于密封的密封胶条。
3.如权利要求1所述的真空平板太阳能集热器，其特征在于：所述壳体的敞口端内壁开设有安装台阶，所述透光板安装在所述安装台阶上，所述透光板与所述安装台阶的接触面之间设有密封胶条；所述壳体的敞口端设有用于压住所述透光板的压板，所述压板与所述透光板之间设有密封胶条。
4.如权利要求3所述的真空平板太阳能集热器，其特征在于：所述压板的下底面与所述安装台阶的上端面之间形成安装区，所述安装区的高度小于所述安装区内的透光板与所述密封胶条的总高度。
5.如权利要求3所述的真空平板太阳能集热器，其特征在于：所述壳体的敞口端外壁设有盖体，所述盖体的上端径向向内折弯形成所述压板。
6.如权利要求1所述的真空平板太阳能集热器，其特征在于：所述密封安装腔的底面与侧壁之间通过弧形面连接。
7.如权利要求1所述的真空平板太阳能集热器，其特征在于：所述透光板至少为两个，且相邻两所述透光板之间设有密封胶条。
8.如权利要求2至7任一项所述的真空平板太阳能集热器，其特征在于：所述密封胶条为真空胶条。
9.如权利要求1所述的真空平板太阳能集热器，其特征在于：所述密封安装腔的底面设有吸气剂和/或在位于最下端的所述透光板的下底面设有吸气涂层。
10.如权利要求1所述的真空平板太阳能集热器，其特征在于：所述密封安装腔的底面和/或侧壁设有反射板。
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