CN201772639U - 太阳能集热元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型的太阳能集热元件包括有：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，透明外壳与扁薄平板之间经抽真空处理形成真空层，至少还包括一个装有抗冻抗高温冷却液的容器，容器连接有进液管、出液管，扁薄平板的放热段放置于所述容器内。透明外壳的两个侧面均是平面或凹面，透明外壳背向太阳光的表面是平面或凹面。采用上述技术方案，热管阵列平板式太阳能集热元件具有高集热效率而且易于安装及维修，尤其是此太阳能集热元件形状与建筑物能够良好的结合，并可充当建筑材料使用，节约建筑费用，减少资源浪费。

Description

太阳能集热元件

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元件。

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元件，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。不但具有高集热效率而且易于安装及维修，尤其是此太阳能集热元件形状与建筑物能够良好的结合，并可充当建筑材料使用，节约建筑费用，减少资源浪费，同时与冷却液相接触的表面不产生水垢。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

太阳能集热元件，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：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；所述太阳能集热元件还包括有一个以上容纳有抗冻抗高温冷却液的容器，所述容器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。

所述容器外壁裹有保温材料。

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元件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，使得集热效率得到较大提高，尤其是此太阳能集热元件形状与建筑物能够良好的结合，并可充当建筑材料使用，节约建筑费用，延长了使用寿命。同时避免设置有热管阵列的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元件实施例一的外形结构示意图；

图2为本实用新型太阳能集热元件实施例一的剖视结构示意图；

图3为本实用新型太阳能集热元件的太阳能集热单元的截面结构示意图；

图4为本实用新型太阳能集热器集热元件实施例二的截面结构示意图；

图5为本实用新型太阳能集热元件实施例三的外形结构示意图；

图6为本实用新型太阳能集热元件实施例三的截面结构示意图；

图7为本实用新型太阳能集热元件实施例四的截面结构示意图；

图8为本实用新型太阳能集热元件实施例四的截面结构示意图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种太阳能集热元件，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：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；所述太阳能集热元件还包括有一个以上容纳有抗冻抗高温冷却液的容器，所述容器位于透明外壳的外部，所述容器连接有进液管、出液管；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。

所述容器外壁裹有保温材料。

实施例一：

现结合附图详述本实施例：如本图1、2、3所示，太阳能集热元件包括一个太阳能集热单元；所述太阳能集热单元包括有：高透明透光并且高抗热冲击性能的透明外壳103，透明外壳103里面容纳一个内部设置有热管阵列的扁薄平板100或扁平型热管，扁薄平板或扁平型热管100外表面喷涂有太阳能选择性吸收膜104，透明外壳103与扁薄平板100或扁平型热管之间经抽真空处理形成真空层，至少还包括一个装有抗冻抗高温冷却液的容器2，容器连接有进液管3、出液管4，容器外壁裹有保温材料21，扁薄平板100或扁平型热管的放热段101放置于所述容器内。

透明外壳103与扁薄平板100或扁平型热管之间经抽真空处理形成真空隔热层，不论白天或黑夜，即使应用于北方的严冬天气时，扁薄平板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。

所述太阳能集热元件的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细孔管105，细孔管105是相互连接并平行排列的直管，细孔管截面可以为三角形，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。

所述设置有热管阵列的扁薄平板材质采用金属材料，经过挤压或充压加工工艺制成。所述经过成型的扁薄平板还需经过多重的清洗，再经真空处理后，灌装液体工质使其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。

如图3所示，扁薄平板100外表面喷涂有太阳能选择性吸收膜104，表面涂覆的选择性吸收膜104吸收太阳光能转换为热能，其吸收率达到93％以上。扁薄平板100根据热管效应可以分为吸热段101和放热段102，放热段102长出透明外壳103并与其紧密连接，放热段101设置于装有冷却液的容器2之中进行冷凝放热，扁薄平板100的吸热段102完全封闭于外壳103内面，其中吸热段102面向太阳裸露用以吸收太阳光线。所述扁薄平板100内部灌装液体工质的多个细孔管105将形成热管效应，扁薄平板放热段101与冷却液接触面积至少是普通热管式真空集热器的热管与水相接触面积5倍，这样进一步增大扁薄平板与冷却液的热交换效率。

所述扁薄平板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，设置于冷却液的容器之中的放热段受到液体冷却后，蒸汽冷凝并向外放出汽化潜热，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，容器之中冷却液得到加热，由于扁薄平板内部细孔管抽成真空，工质极易蒸发及沸腾，热管启动迅速。

所述外壳可选用高硼硅特硬玻璃。透明外壳与扁薄平板之间经抽真空处理形成真空层，围绕扁薄平板真空层的尺寸厚薄均匀，透明外壳103的宽度与高度比例大于1，为使透明外壳得到可靠的固定，透明外壳的尾部设置一凹部108，可用锁紧箍环绕凹部108将透明外壳103固定于安装支架上，透明外壳103背向太阳光的表面是平面111或凹面，使得太阳能集热元件能与建筑物能够良好的结合。透明外壳接收太阳光的表面为向外凸的圆弧面或平面1031，根据凸透镜效应，透明外壳可以将直射到透明外壳表面的太阳光聚集在扁薄平板100上，增大太阳能集热元件的集热效率。

周知，热管式集热管多数选用金属材料，其只要与水接触，不论冷水或热水，水垢随着热管式集热管冷凝端与储水箱中水接触时间延长，热水较冷水而言，金属材料其表面更易结出水垢，这会严重损害热管式集热管的集热效率。为了解决热管式集热管冷凝端表面易结出水垢问题，设置有热管阵列的扁薄平板100的放热段101与冷却液相接触的外表面喷涂一定厚度的铁氟龙聚酯涂层或其它高分子材料，并且放热段表面铆接或焊接多个散热翅片；所述散热翅片采用双金属片，利用双金属散热翅片在温度改变时产生变形而使在表面水垢不能固化而结成水垢。

装有抗冻抗高温冷却液的容器2外壁裹有防止热量丧失的保温材料，如填充一定厚度的发泡聚氨脂或真空处理，容器外壳连接有与外界冷却液连接的进液管3、出液管4，管体设置有紧固装置41用来连接外界冷却液源。所述冷却液优选采用水、油或醇类液态物质。

透明外壳103设置于容器的正下方。

实施例二：

如图4所示，本实施例与实施例一不同之处在于，所述太阳能集热单元包括有：高透明透光并且高抗热冲击性能的透明外壳103，透明外壳103里面容纳多个内部设置有热管阵列的扁薄平板100或扁平型热管，所述多个扁薄平板100或扁平型热管并排设置。

实施例三：

如图3、5、6所示，本实施例与实施例一不同之处在于，太阳能集热元件包括多个太阳能集热单元；由多个太阳能集热单元组合串联安装成大面积的太阳能集热器，为了使太阳能集热元件彼此间能够良好的结合，考虑到太阳能集热元件透明外壳受热膨胀原因，透明外壳的两个侧面109、110均是平面或凹面，装有抗冻抗高温冷却液的容器2的宽度要稍微大过透明外壳103的宽度，这样确保太阳能集热元件彼此之间形成一定间隙。间隙可以采用透明硅胶等防水抗紫外线材料填充。

实施例四：

如图7所示，太阳能集热元件透明外壳里面放置多个内部设置有热管阵列的扁薄平板100，透明外壳103的截面呈波浪形，当放置多个扁薄平板100时，这样单个太阳能集热元件表面面积增大数倍。使的太阳能集热元件形状与建筑物能够获得多元化的组合，其不但可以安装在建筑物外墙体或顶部，同时也可以安装在阳台或墙面上等受太阳光照射地方。

太阳能集热元件的扁薄平板与透明外壳的结构可以设计多样化，透明外壳里面放置一个或多个扁薄平板，当放置多个扁薄平板时，单个太阳能集热元件表面面积增大数倍。使的太阳能集热元件形状与建筑物能够获得多元化的组合，其不但可以安装在建筑物外墙体或顶部，同时也可以安装在阳台或墙面上等受太阳光照射地方。而太阳能集热元件的透明外壳与扁薄平板之间的真空层，由于真空层形成良好的隔热效果，外面装有太阳能集热元件的建筑物可以大幅的降低其能耗，太阳能集热元件实质上成为优良的节能减排的建筑材料。

实施例五：

如图8所示，透明外壳103背向太阳光的表面是平面111，使得太阳能集热元件能与建筑物能够良好的结合。透明外壳接收太阳光的表面为平面形状的1031，而透明外壳103内部空间的截面呈马鞍形状；根据凸透镜效应，透明外壳可以将直射到透明外壳表面的太阳光聚集在扁薄平板100上，增大太阳能集热元件的集热效率。

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.太阳能集热元件，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，所述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；所述太阳能集热元件还包括有一个以上容纳有抗冻抗高温冷却液的容器，所述容器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。

2.根据权利要求1所述的太阳能集热元件，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所述的太阳能集热元件，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所述的太阳能集热元件，其特征在于：所述容器外壁裹有保温材料；所述冷却液采用水、油或醇类液态物质。

5.根据权利要求2所述的太阳能集热元件，其特征在于：所述扁薄平板(100)内部排布多个细孔管(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；内部灌装液体工质。

6.根据权利要求5所述的太阳能集热元件，其特征在于：围绕所述扁薄平板的真空层的厚薄尺寸均匀，所述透明外壳(103)的宽度与高度比例大于1。

7.根据权利要求1所述的太阳能集热元件，其特征在于：所述透明外壳(103)背向太阳 光的面是平面或凹面；所述透明外壳接收太阳光的表面为向外凸的圆弧面或平面；所述透明外壳的两个侧面形状是平面或凹面。

8.根据权利要求2所述的太阳能集热元件，其特征在于：所述扁薄平板(100)的放热段(101)与冷却液相接触的外表面喷涂一定厚度的铁氟龙聚酯涂层，所述放热段表面铆接或焊接多个散热翅片；所述散热翅片采用双金属片。

9.根据权利要求1所述的太阳能集热元件，其特征在于：所述外壳选用高硼硅玻璃；所述透明外壳的尾部设置一凹部(108)，通过锁紧箍环绕凹部(108)将透明外壳(103)固定于安装支架上。

10.根据权利要求1所述的太阳能集热元件，其特征在于：包括多个太阳能集热单元；由多个太阳能集热单元组合串联安装成大面积的太阳能集元件；所述太阳能集热单元的透明外壳的两个侧面均是平面或凹面，装有抗冻抗高温冷却液的容器(2)的宽度大于透明外壳的宽度。 

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