CN205014642U - 平板式太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能技术领域，尤其是涉及一种平板式太阳能集热器。包括：一扁平壳体以及设置在壳体两侧的分布段及汇总段，分布段与输入管连通，汇总段与输出管连通，分布段与汇总段之间由多根吸热管连通；单根所述吸热管为波浪形扁平管；输入管和壳体的连接位置与输出管和壳体的连接位置关于壳体的中心轴呈轴对称分布；输入管和输出管的截面面积相同，且输入管的截面面积大于所有吸热管的截面积之和。每根吸热管从输入管的入口开始到输出管的出口都是相同的行程、相同的压力，并且保证吸热介质在其中同向流动，达到了吸热介质在各吸热管间均匀分布、流速相同的效果，进而达到了吸热均匀的效果；波浪形的吸热管能够增加吸热面积，提高吸热效率。

Description

平板式太阳能集热器

技术领域

本实用新型涉及太阳能技术领域，尤其是涉及一种平板式太阳能集热器。

背景技术

太阳能集热器是一种将太阳的辐射能转换为热能的设备。由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。由于用途不同，集热器及其匹配的系统类型分为许多种，名称也不同，如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉，以及太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化器等等。

平板型太阳能集热器主要由吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成。当平板型太阳能集热器工作时，太阳辐射穿过透明盖板后，投射在吸热板上，被吸热板吸收并转化成热能，然后传递给吸热板内的传热工质，使传热工质的温度升高，作为集热器的有用能量输出；与此同时，温度升高后的吸热板不可避免的要通过传导、对流和辐射等方式向四周散热，成为集热器的热量损失。

平板型太阳能集热器是太阳集热器中一种最基本的类型，其结构简单、运行可靠、成本适宜，还具有承压能力强、吸热面积大等特点，是太阳能与建筑结合最佳选择的集热器类型之一。在欧美等发达国家，平板型太阳能集热器占市场总份额的90％以上，应用十分广泛。

现有的平板型太阳能集热器的吸热板内均是通过吸热管来吸收热量。吸热管的排列主要有两种形式：串联式和并联式。

串联式吸热管与输入口、输出口连接在一起，形成一整根管道，不存在支路。这种结构的吸热介质的行程过长，吸热效率不高。

并联式集热器在进口和出口之间并联了多根吸热管，这种结构存在以下几个缺点：

1.吸热介质进口和吸热介质出口一般位于同侧，这样的设计造成了吸热介质流经各吸热管时的行程不等，行程较短的吸热管内的吸热介质的吸热时间较短，而行程较长的吸热管内的吸热介质的吸热时间又较长，从而造成了集热器各部分的温度不均匀，影响了吸热效率；

2.吸热介质进口和吸热介质出口的横截面积仅是稍大于单根吸热管的横截面积，但小于所有吸热管的横截面积之和；这样的设计带来了各吸热管内的压力不均的问题，距离吸热介质进口和吸热介质出口较近的吸热管内压力较大，吸热介质量较多，而距离吸热介质进口和吸热介质出口较远的吸热管内压力较小，吸热介质量也较少，从而造成了局部区域的吸热不足，影响最终的吸热效率；

3.吸热管都是直列式分布，吸热面积有限，限制了集热器的吸热效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种平板式太阳能集热器，以解决现有技术中存在的吸热效率低、吸热不充分的技术问题。

本实用新型提供的平板式太阳能集热器，包括：一扁平壳体以及设置在所述壳体两侧的分布段及汇总段，所述分布段与输入管连通，所述汇总段与输出管连通，

所述分布段与汇总段之间由多根吸热管连通；

单根所述吸热管为波浪形管；

所述输入管和壳体的连接位置与输出管和壳体的连接位置关于壳体的中心轴呈轴对称分布。

该平板式太阳能集热器采用吸热管并联的形式，输入管和输出管基本位于壳体的对角线位置，这样，每根吸热管从输入管的入口开始到输出管的出口都是相同的行程、相同的压力，并且保证吸热介质在其中按相同方向流动，达到了吸热介质在中间各吸热管间均匀分布、流速相同的效果，进而达到了吸热均匀的效果，更有效的利用了太阳能，解决了市场上目前集热器存在的问题。

吸热管为波浪形管，相较于直管，波浪形的弯管能够覆盖更大的区域，从而增加了吸热面积。

进一步的，所述吸热管为扁平管，多根吸热管相互平行，且各换热管的等间距分布。

或者，相邻吸热管的波峰稍微错开，形成单向倾斜的排列方式。

进一步的，所述输入管和输出管的截面面积相同，且输入管的截面面积大于所有吸热管的截面积之和。

输入管的截面面积较大，即吸热介质非常充足，可以充满各吸热管，并使各吸热管内的压力相等，从而使各吸热管内的吸热介质流速和流量基本相等，进而使集热器各区域的吸热效率基本相同，使吸热过程更均匀。

进一步的，所述的平板式太阳能集热器还包括：铺设在所述吸热管下方的集热板。

进一步的，所述的平板式太阳能集热器还包括：铺设在所述吸热管上方的钢化玻璃层。

进一步的，所述的平板式太阳能集热器还包括：铺设在所述集热板下方的保温材料层。

进一步的，所述的平板式太阳能集热器还包括：铺设在保温材料层下方的背板。

进一步的，所述集热板上还设置吸热镀层。

进一步的，所述吸热镀层为黑铬镀层、蓝钛镀层或金属陶瓷镀层。

进一步的，所述保温材料层的材料为32K玻璃棉、聚氨酯整体发泡或红外反射膜。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的平板式太阳能集热器具有各吸热管等行程、等压力的优点，能够极大的提高吸热均匀性和吸热效率；波浪形的吸热管能够增加吸热面积，提高吸热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的平板式太阳能集热器的吸热管部分的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的平板式太阳能集热器的整体结构剖视图；

附图标记：

1-壳体；2-输入管；3-输出管；

4-吸热管；5-汇总段；6-分布段；

7-钢化玻璃层；8-集热板；9-保温材料层；

10-背板。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型实施例提供的平板式太阳能集热器的吸热管部分的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的平板式太阳能集热器的整体结构剖视图。

如图1和图2所示的平板式太阳能集热器，包括：一扁平壳体1以及设置在所述壳体1两侧的分布段6及汇总段5，所述分布段6与输入管2连通，所述汇总段5与输出管3连通。

分布段6与汇总段5之间由多根吸热管4连通。吸热管4为波浪形的扁平管，采用等间距平行布置的方式。波浪形的吸热管4，相较于直管，能够覆盖更大的区域，从而增加了吸热面积。

输入管2和壳体1的连接位置与输出管3和壳体1的连接位置关于壳体1的中心轴呈轴对称分布。即输入管3和输出管2基本位于壳体1的对角线位置，这样，每根吸热管从输入管的入口开始到输出管的出口都是相同的行程、相同的压力，并且保证吸热介质在其中按相同方向流动，达到了吸热介质在中间各吸热管间均匀分布、流速相同的效果，进而达到了吸热均匀的效果，更有效的利用了太阳能，解决了市场上目前集热器存在的问题。

输入管2和输出管3的截面面积相同，且输入管2的截面面积大于所有吸热管4的截面积之和。输入管的截面面积较大，即吸热介质非常充足，可以充满各吸热管，并使各吸热管内的压力相等，从而使各吸热管内的吸热介质流速和流量基本相等，进而使集热器各区域的吸热效率基本相同，使吸热过程更均匀。

所述的平板式太阳能集热器还包括：铺设在所述吸热管4下方的集热板8。集热板8为整体铜板或铝板，扁平的波浪形吸热管4采用整体超声焊接方式固定在集热板8上，整个集热板8将辐射的阳光产生的热量从下向上迅速传导，再通过吸热管4内的吸热介质迅速的将集热板8上的热量带走。

集热板8和吸热管4的表面上设置黑铬镀层作为吸热镀层。

理想的选择性吸收层对入射波长低于3000nm的太阳射线有高吸收率，并且发射少量波长大于3000nm的射线。这意味着它吸收太阳射线，同时辐射少量长波射线。黑铬接近于这种理想态，且相比其他黑镀层它会吸收更多热量。

黑铬镀层结晶疏松，呈现树枝状的结构，因此可以完全吸收光波而呈现出黑色。业已证明，随着太阳能的利用开发，黑铬镀层是所有黑色电镀层和涂层中选择性吸收最为优秀的。黑铬镀层吸收率和反射率之比可大于10。黑铬镀层除铝外，对其他常用基体金属的结合力都很好。黑铬镀层的热稳定性高，加热到480℃外观不发生变化，其耐蚀性、耐久性和对太阳能选择吸收性都非常优秀。

吸热镀层也可以使用蓝钛镀层。蓝钛镀层又称为蓝膜，全称为太阳能选择性吸收真空镀膜，是利用PVD(物理气相沉积)技术，采用真空磁控溅射方法镀在金属基材上，蓝膜主要吸收5～25μm范围内可见光及红外线。

由于蓝钛镀膜的高选择吸收性，其较高的吸收率和较低的发射率使其拥有较好的热性能，国内蓝膜代表主要有东泰、蓝色海洋、夏博士等；国外蓝膜代表主要有德国安铝、德国Bluetec、德国Tinox等。

吸热镀层还可以使用磁控溅射的金属陶瓷(CERMET)镀层，其光热转换率高达97％，红外反射率仅有5％。

在吸热管4上方设置钢化玻璃层7。钢化玻璃采用低铁超白布纹高透光率钢化玻璃，其透光率大于92％。表面采用布纹处理，既能有效避免光污染，又提高了平板集热器空腔温室效应温度；承载力高，能够承受1500公斤的静载；抗冲击能力强，能够承受1040克物体0.6米高自由落体的冲击。

吸热管4采用紫铜材料，具体数量和尺寸可根据实际需求计算并设置。

集热板8的下方还设置保温材料层9。保温材料可以采用32K玻璃棉、聚氨酯整体发泡或红外反射膜。

本实施例中的保温材料层9的保温材料选用32K玻璃棉。玻璃棉属于玻璃纤维中的一个类别，是一种人造无机纤维。玻璃棉是将熔融玻璃纤维化，并加以热固性树脂为主的环保型配方粘结剂加工而成的制品，形成棉状的材料，化学成分属玻璃类，是一种无机质纤维。玻璃棉具有大量微小的空气孔隙，使其起到保温隔热、吸声降噪及安全防护等作用，是钢结构建筑保温隔热、吸声降噪的最佳材料。玻璃棉还具有成型好、体积密度小、热导率低、耐腐蚀、化学性能稳定等优点。

聚氨酯发泡是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合，经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物。聚氨酯泡有软泡和硬泡两种，聚氨酯硬泡体是一种具有保温与防水功能的新型合成材料，其导热系数低，仅0.022～0.033W/(m×Κ)，相当于挤塑板的一半，是目前所有保温材料中导热系数最低的。硬质聚氨酯泡沫塑料主要应用在建筑物外墙保温，屋面防水保温一体化、冷库保温隔热、管道保温材料、建筑板材、冷藏车及冷库隔热材等。

在保温材料层9的下方设置背板10。

壳体1和背板10均选用201不锈钢材料。

本实用新型提供的平板式太阳能集热器具有各吸热管等行程、等压力的优点，能够极大的提高吸热均匀性和吸热效率；波浪形的吸热管能够增加吸热面积，提高吸热效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种平板式太阳能集热器，包括：一扁平壳体以及设置在所述壳体两侧的分布段及汇总段，所述分布段与输入管连通，所述汇总段与输出管连通，其特征在于，

所述分布段与汇总段之间由多根吸热管连通；

单根所述吸热管为波浪形管；

所述输入管和壳体的连接位置与输出管和壳体的连接位置关于壳体的中心轴呈轴对称分布。

2.根据权利要求1所述的平板式太阳能集热器，其特征在于，所述吸热管为扁平管，多根吸热管相互平行，且各换热管的等间距分布。

3.根据权利要求1所述的平板式太阳能集热器，其特征在于，所述输入管和输出管的截面面积相同，且输入管的截面面积大于所有吸热管的截面积之和。

4.根据权利要求1所述的平板式太阳能集热器，其特征在于，还包括：铺设在所述吸热管下方的集热板。

5.根据权利要求4所述的平板式太阳能集热器，其特征在于，还包括：铺设在所述吸热管上方的钢化玻璃层。

6.根据权利要求5所述的平板式太阳能集热器，其特征在于，还包括：铺设在所述集热板下方的保温材料层。

7.根据权利要求6所述的平板式太阳能集热器，其特征在于，还包括：铺设在保温材料层下方的背板。

8.根据权利要求6所述的平板式太阳能集热器，其特征在于，所述集热板和吸热管上还设置吸热镀层。

9.根据权利要求8所述的平板式太阳能集热器，其特征在于，所述吸热镀层为黑铬镀层、蓝钛镀层或金属陶瓷镀层。

10.根据权利要求8所述的平板式太阳能集热器，其特征在于，所述保温材料层的材料为32K玻璃棉、聚氨酯整体发泡或红外反射膜。