CN201593877U - 太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种太阳能集热器包括有：高透明透光并且高抗热冲击性能的透明外壳，此外壳材料可选用高硼硅特硬玻璃，透明外壳内部容纳有内部设置有热管阵列的扁薄平板，扁薄平板外表面喷涂有太阳能选择性吸收膜，吸收膜优选的使用AL---N/AL真空溅射选择性镀膜，透明外壳与扁薄平板之间经抽真空处理形成真空隔热层，热管阵列平板式太阳能集热器至少还包括一个装有抗冻抗高温冷却液容器设置于连接有进水管、出水管的储水箱之中，储水箱外壁裹有保温材料，扁薄平板的放热段放置于容器内。本实用新型综合了热管式太阳能集热器与平板式太阳能集热器的优点，使得其抗冻性能、集热效率得到较大提高，同时避免扁薄平板的放热段产生水垢，降低维护成本。

Description

太阳能集热器

技术领域

本实用新型属于太阳能热利用技术领域，具体涉及太阳能集热部件技术，特别涉及一种太阳能集热器。

背景技术

目前，真空集热管是太阳能热水器上普遍使用的集热元件。第一代全玻璃式真空集热管是由内管，外管构成，两管之间抽成真空，内管外壁上涂太阳能选择性涂层，内管中流过水，依靠内管外壁吸收太阳辐射能将水加热，真空层起到保温作用。这种真空集热管由于玻璃管内腔有水，因此存在严冬时管内结冰爆裂的情况，由于水质引起的内管结垢及水路压力过高造成爆管，一旦爆管破损则整个太阳能集热系统瘫痪，全玻璃式真空集热管还存在集热效率偏低等问题。第二代热管式真空集热管是由热管和外管构成，外管和热管通过封接连为一体，热管较外管长，其长出的部分插入水箱中。与上述真空集热管不同的是：除热管和外管之间抽成真空外，热管本身抽成真空，热管中充入工质，其特点是热管中的工质受热汽化，蒸汽上升，在冷凝段释放汽化潜热后凝结回流，由热管冷凝段将热量传递给水箱中的水。由于此种真空集热管集热介质水与水路完全分离，其具有防冻，承受高水压的优点。第二代热管式真空集热管克服了第一代全玻璃式真空集热管的易于冻损、内管结垢等缺点，将太阳能集热技术提高到一个新台阶，是目前应用较为普遍的集热元件。但是其应用热管式真空集热管制作的太阳能热水器，他们必须是采用单只热管式真空集热管并列组合而成，这种多管并列组合型太阳能热水器，热管制造工艺如毛细芯材料的制备、工质的封装及维护非常复杂、难度大，使得热管式真空集热管热水器制作成本高。并且由于热管与被冷却面接触面积小，等效热阻大的原因，换热效率偏低。同时真空集热管是圆形，由于真空集热管本身形状原因，不能与建筑物良好结合而影响建筑物的美观。

现有公开技术中提到一种平板式太阳能集热器，如中国专利公开号：CN101319823，申请号200810116295.3申请人赵耀华所提出的“新型平板式太阳能集热方法及其集热器”，其热管实质上是内部设置具有若干同向排列孔道的平板框架，平板框架内经真空处理后灌装液态制冷工质，制冷工质在翅片形成的孔道中，形成热管效应。将热管的冷凝端所在的平板框架设置于储水箱中，框架吸收太阳能辐射并促使工质在热管内蒸发，工质蒸发后在冷凝端与水箱中的储水进行冷凝换热以制得热水。此平板式太阳能集热器内部设置具有若干同向排列孔道的平板框架结构强度高，更能承受高压，并且兼顾传统的热管式真空集热管抗冻特性。此专利披露出内部设置具有若干同向排列孔道的平板框架材质为铝质材料或其它金属，由于平板框架的冷凝端设置于储水箱中，铝质材料直接与储水箱中水相接触，随着使用时间加长，平板框架的冷凝端将结出一定厚度的与冷凝端紧密贴合的水垢，这将严重影响平板框架的冷凝端热交换效率。另外此专利所披露的新型平板式太阳能集热器外侧设置有透光板，透光板与平板框架设置有空气层用来隔热，这样确实结构简单且成本低廉。但空气层隔热效果比较真空隔热效果明显要差，比如白天时，平板框架表面温度与透光板与平板框架设置有空气层的温度形成一定的温差，将经过空气层传导散热，这将影响新型平板式太阳能集热器的集热效率。同理黑夜时，储水箱中水经由白天集热器吸热后，温度提升到80度以上或更高，储水箱水的水温将高过透光板与平板框架设置有空气层的温度，储水箱的热水的热能将通过铝质材料的平板框架传导到空气层并逐渐散发到大气层中，尤其集热器应用于北方的严冬天气时，储水箱的热水与空气层的温差将相差更大，这将严重损害储水箱的保温效果及其工作可靠性，同时进一步降低集热器的集热效率。同时所述的平板式太阳能集热器，另外，由于此集热器本身面积较大，其安装及搬运、维修等均不方便，虽然其平板形状能与建筑物良好结合，但由于其面积较大不能充分利用建筑物日照区域，从而影响建筑物的美观。

综上所述，目前热管式集热管由于冷凝端直接与储水箱中水接触，其表面易结出水垢，并且上述的太阳能集热器尤其在集热效率，及其工作可靠性，安装、维修，特别是太阳能集热器形状与建筑物结合等方面还存在各种缺陷，从而使得应用上受到较大的限制，降低了太阳能利用的推广和发展。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种太阳能集热器，其兼具热管式太阳能集热器与平板式太阳能集热器的优点。具有高集热效率并抗水垢的优点。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

太阳能集热器，包括有一个以上的太阳能集热单元；所述每个太阳能集热单元包括有：具有高透明透光并且高抗热冲击性能的透明外壳，透明外壳里面容纳至少一个扁平型吸散热装置；其中，所述透明外壳和扁平型吸散热装置之间经抽真空处理形成真空层；所述太阳能集热器还包括有一个储水箱，所述储水箱内部设置有容纳有抗冻抗高温冷却液的容器，所述储水箱位于透明外壳的外部；所述扁平型吸散热装置位于透明外壳中的部分为吸热段，位于所述容器中的部分为放热段，所述抗冻抗高温冷却液位于所述放热段周围；所述容器周围填充有水。

所述扁平型吸散热装置为一种设置有热管阵列的扁薄平板或一种扁平型热管。

所述扁平型吸散热装置外表面喷涂有太阳能选择性吸收膜。

所述储水箱外壁裹有保温材料。

综上，本实用新型的有益效果是：

采用上述技术方案，本实用新型的太阳能集热器综合了热管式太阳能集热器与平板式太阳能集热器的优点，使得其抗冻性能、集热效率得到较大提高，同时避免扁薄平板的放热段产生水垢，降低维护成本。

附图说明

图1为本实用新型太阳能集热器外观结构示意图；

图2为本实用新型太阳能集热器剖视结构示意图；

图3为本实用新型太阳能集热器太阳能集热单元剖视结构放大示意图；

图4为本实用新型太阳能集热器太阳能集热单元剖视结构示意图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种太阳能集热器，包括有一个以上的太阳能集热单元；所述每个太阳能集热单元包括有：具有高透明透光并且高抗热冲击性能的透明外壳，透明外壳里面容纳至少一个扁平型吸散热装置；其中，所述扁平型吸散热装置的长度大于所述透明外壳的长度，所述透明外壳和扁平型吸散热装置之间经抽真空处理形成真空层；所述太阳能集热器还包括有一个储水箱，所述储水箱内部设置有容纳有抗冻抗高温冷却液的容器，所述储水箱位于透明外壳的外部，所述储水箱连接有进水管、出水管；所述扁平型吸散热装置位于透明外壳中的部分为吸热段，位于所述容器中的部分为放热段，所述抗冻抗高温冷却液位于所述放热段周围；所述容器周围填充有水。

所述扁平型吸散热装置为一种设置有热管阵列的扁薄平板或一种扁平型热管。

所述扁平型吸散热装置外表面喷涂有太阳能选择性吸收膜。

所述储水箱外壁裹有保温材料。

实施例：

如图1、2、3、4所示，本实施例公开一种热管阵列平板式太阳能集热器包括有：高透明透光并且高抗热冲击性能的透明外壳103，此外壳材料可选用高硼硅特硬玻璃，透明外壳103内部容纳有内部设置有热管阵列的扁薄平板100，扁薄平板100外表面喷涂有太阳能选择性吸收膜104，吸收膜104优选的使用AL---N/AL真空溅射选择性镀膜，透明外壳103与扁薄平板100之间经抽真空处理形成真空隔热层，热管阵列平板式太阳能集热器至少还包括一个装有抗冻抗高温冷却液容器5设置于连接有进水管3、出水管4的储水箱2，冷却液优选的采用植物油、酒精、乙醚等有机物。储水箱外壁裹有保温材料21，保温材料21可以用填充一定厚度的发泡聚氨脂制作，扁薄平板100的放热段101放置于装油容器5内。

为了提高本实用新型热管阵列平板式太阳能集热器集热效率，所述设置有热管阵列的扁薄平板100内部排布多个截面为多边型的，截面水力直径为0.4-5mm细孔管105，其中：细孔管105是相互连接并平行排列的直管，细孔管105截面可以为三角形，矩形，梯形或其它形状，细孔管105在扁薄平板100内两端均封闭。各细孔管105管路均为独立的热管结构，各细孔管105的相互连接部分相互加强各细孔管的强度及强化传热性能。所述设置有热管阵列的扁薄平板100材质优选采用金属材料，经过挤压或充压加工工艺制成，经真空处理后，灌装液体工质譬如高纯度的去离子水，液体工质均匀分布在各独立的细孔管管路，多个细孔管管路内将形成毛细管结构，并形成热管效应。

所述经过成型的扁薄平板加工时，还需经过多重的清洗步骤，首先初步清洗掉加工碎片，再采用化学清洗除去油膜，然后洗涤溶媒和油污等污染，最后真空烘干，除去液化的气体。再进行工质充注，首先经真空处理后，灌装液体工质譬如高纯度的去离子水，液体工质均匀分布在各独立的细孔管管路，多个细孔管管路内将形成毛细管结构，并形成热管效应。这种热管结构具备了热管式传热效率高的特性。

扁薄平板100外表面喷涂有太阳能选择性吸收膜104，表面涂覆的多层渐变选择性吸收膜对太阳能的吸收率达到93％以上，使集热效率更高。扁薄平板100放置于高透明透光并且高抗热冲击性能的透明外壳103中间，外壳可选用高硼硅特硬玻璃。扁薄平板100根据热效应可以分为吸热段102和放热段101，其中吸热段102面向太阳裸露用以吸收太阳光线，放热段101设置于装油容器5之中冷凝放热将装油容器的油加热，放热段101长出透明外壳103并与其紧密连接，扁薄平板100的吸热段102完全封闭于玻璃外壳103内面，扁薄平板100内部灌装液体工质的多个细孔管将形成热管效应，吸热段吸收热量，热量通过热管壁传给管内工质，工质吸热后蒸发和沸腾，转变为蒸汽，蒸汽在微小压差的作用下上升至放热段101，设置于装油容器5之中的放热段101受到液态油冷却后，蒸汽冷凝并向外放出汽化潜热，装油容器5的油获得热量，再将热量传递到储水箱2之中水，冷凝液依靠重力及毛细管作用力返回吸热段，如此周而复始，使储水箱2之中水得到加热，由于扁薄平板100内部细孔管105抽成真空，工质极易蒸发及沸腾，热管启动迅速。

透明外壳103与扁薄平板100之间经抽真空处理形成真空隔热层，白天时，扁薄平板100表面的选择性涂层104吸收太阳光辐射能量后，由于透明外壳103与扁薄平板100之间的真空隔热层，即使扁薄平板100与外界空气层有较大温差也不会向大气层散热，这样将保证热管阵列平板式太阳能集热器的集热效率。同理黑夜时，储水箱中水经由白天集热器吸热后，温度提升到80度以上或更高，储水箱水的水与外界空气层形成较大温差也不会向大气层散热，即使热管阵列平板式太阳能集热器应用于北方的严冬天气时，也不将影响储水箱的保温效果及集热器工作可靠性，同时进一步保证热管阵列平板式太阳能集热器的集热效率。

热管式集热管为了抗冻，承受高压和真空负压，热管材质多数选用金属材料，但是金属材料只要与水接触，不论冷水或热水，随着热管式集热管冷凝端与储水箱中水接触时间延长，其表面易结出水垢，这会严重损害热管式集热管的集热效率，为了解决此问题，热管阵列平板式太阳能集热器特别在储水箱内设置有抗冻抗高温冷却液的容器5，扁薄平板100的放热段101浸没于容器5之中，这样管阵列平板式太阳能集热器与容器5内的冷却液进行热交换的同时，冷却液与储水箱2之中的水进行热交换。为了提高冷却液与储水箱2之中的水的热交换效率，容器5采用铝合金或其它导热性优良的金属材料，容器5表面铆接或焊接多个散热翅片51，为了避免容器5表面结出水垢，容器5与水相接触的外表面喷涂一定厚度的铁氟龙聚酯涂层用来防止产生水垢，所述散热翅片51由两层热膨胀系数不同的合金叠合而成。在容器5的金属外壳上压接或是焊接散热翅片，以增大容器5散热表面积来加强热交换效率，为了防止散热翅片51上结水垢，所述散热翅片51采用双金属片，利用双金属散热翅片51在温度改变时产生变形而使其表面不能结水垢。

储水箱2外壁裹有防止热量丧失的保温材料21，如填充一定厚度的发泡聚氨脂，其外壳连接有与外界水源连接的进、出水管4，装油容器5通过紧固装置固定于储水箱2之中，容器5与储水箱2的连接处设置有防油密封圈6，并可与储水箱2单独分离。容器5设置多个开口用以容纳扁薄平板100的放热段101，扁薄平板100的放热段101与装油容器开口设置有防油密封圈防漏。

为了进一步提高本实用新型的热管阵列平板式太阳能集热器的抗冻性能，还可以采用抗冻工质充注扁薄平板内部的多个细孔管，使得热管阵列平板式太阳能集热器具备更大的抗冻特性。

上述所列具体实现方式为非限制性的，对本领域的技术人员来说，在不偏离本实用新型范围内，进行的各种改进和变化，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.太阳能集热器，包括有一个以上的太阳能集热单元；所述每个太阳能集热单元包括有：具有高透明透光并且高抗热冲击性能的透明外壳，透明外壳里面容纳至少一个扁平型吸散热装置；其特征在于：所述透明外壳和扁平型吸散热装置之间经抽真空处理形成真空层；所述太阳能集热器还包括有一个储水箱，所述储水箱内部设置有容纳有抗冻抗高温冷却液的容器，所述储水箱位于透明外壳的外部；所述扁平型吸散热装置位于透明外壳中的部分为吸热段，位于所述容器中的部分为放热段，所述抗冻抗高温冷却液位于所述放热段周围；所述容器周围填充有水。

2.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于：所述扁平型吸散热装置为一种设置有热管阵列的扁薄平板或一种扁平型热管。

3.根据权利要求2所述的太阳能集热器，其特征在于：所述扁平型吸散热装置外表面喷涂有太阳能选择性吸收膜。

4.根据权利要求1或3所述的太阳能集热器，其特征在于：所述储水箱外壁裹有保温材料。

5.根据权利要求2所述的太阳能集热器，其特征在于：所述透明外壳选用高硼硅玻璃材料制成；所述扁薄平板外表面喷涂有AL---N/AL真空溅射选择性镀膜；所述冷却液采用植物油或酒精或乙醚。

6.根据权利要求5所述的太阳能集热器，其特征在于：设置有热管阵列的所述扁薄平板(100)内部排布多个截面为多边型的，截面水力直径为0.4-5mm细孔管(105)，所述细孔管(105)是相互连接并平行排列的直管，所述细孔管(105)在扁薄平板(100)内两端均封闭；各细孔管(105)管路均为独立的热管结构；采用抗冻工质充注扁薄平板内部的多个细孔管。

7.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于：设置有热管阵列的所述扁薄平板(100)材质采用金属材料。

8.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于：所述容器(5)采用导热性优良的金属材料，容器(5)表面铆接或焊接多个散热翅片(51)，容器(5)与水相接触的外表面喷涂一定厚度的铁氟龙聚酯涂层，所述散热翅片(51)由两层热膨胀系数不同的合金叠合而成。

9.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于：所述容器(5)与储水箱(2)的连接处设置有防油密封圈(6)，并可与储水箱(2)分离；所述储水箱外壁裹有的保温材料为填充一定厚度的发泡聚氨脂制作而成。

10.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于：所述容器(5)设置多个开口用以容纳多段扁薄平板(100)的放热段(101)，扁薄平板(100)的放热段(101)与所述容器开口位置设置有防油密封圈防漏。

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