CN218672674U - 一种太阳能集热板芯及太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种太阳能热水器及太阳能集热板芯，其中，太阳能集热板芯包括吸热板、换热管组件和导热涂层。本申请通过在吸热板的背光面增加导热涂层，导热涂层的导热系数大于吸热板的导热系数。吸热涂层吸收太阳能转化为热能，热能传递给吸热板，再通过导热系数高于吸热板的导热涂层传递给换热管组件。由于导热涂层的导热系数大于吸热板，能够加快热能向换热管组件的传递效率，从而减少热量的散失，提高太阳能集热板芯对太阳能的利用率，进而条了太阳能热水器对太阳能的利用率。

Description

一种太阳能集热板芯及太阳能热水器

技术领域

本申请涉及技术领域，特别涉及一种太阳能集热板芯及太阳能热水器。

背景技术

太阳能热水器的太阳能集热板芯由吸热涂层、铝板和铜管组成，其中，吸热涂层位于铝板的受光面，铜管位于所铝板的背光面。吸热涂层吸收太阳能转化为热能，热能通过铝板传递给铜管内的工质，工质受热通过压力差循环，将热量传递到上边的水箱，给水加热。

由于铝板的导热系数低，只有237W/m.K，影响吸热涂层上的热能向铜管的传递速度，导致吸热涂层转化的部分热能散失，降低了对太阳能的利用率。

因此，如何提高太阳能热水器对太阳能的利用率，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请提出了一种太阳能集热板芯，以提高太阳能热水器对太阳能的利用率。本申请还提出了一种太阳能热水器。

为了实现上述目的，本申请提供了一种太阳能集热板芯，包括：

吸热板，所述吸热板的受光面设置有吸热涂层；

换热管组件，设置在所述吸热板的背光面，所述换热组件内填充有换热工质；

还包括：

导热涂层，设置在所述吸热板的背光面，所述导热涂层上设置所述换热管组件。

优选地，在上述太阳能集热板芯中，所述导热涂层为石墨烯涂层。

优选地，在上述太阳能集热板芯中，还包括传热元件，设置在所述换热管组件的相邻换热管之间，用于实现相邻所述换热管之间的热量交换。

优选地，在上述太阳能集热板芯中，相邻所述换热管之间设置多个所述传热元件，位于相邻所述换热管之间的多个所述传热元件沿所述换热管的长度方向布置；和/或，

所述传热元件所在的平面与所述换热管之间的夹角为45-90°。

优选地，在上述太阳能集热板芯中，所述传热元件与所述换热管焊接连接，且所述传热元件与所述吸热板焊接连接。

优选地，在上述太阳能集热板芯中，所述传热元件为微槽道平板热管。

优选地，在上述太阳能集热板芯中，所述微槽道平板热管包括：

中空壳体，与所述换热管之间的夹角为45-90°；

隔板，沿所述中空壳体宽度方向分隔所述中空壳体的内腔为多个小腔体，所述小腔体的腔壁设置有微槽道，所述小腔体内灌注有相变传热工质。

优选地，在上述太阳能集热板芯中，所述传热元件为铜烧结热管。

优选地，在上述太阳能集热板芯中，所述吸热板为铝板，所述换热管组件为铜换热管组件，所述吸热涂层为三价黑铬吸热涂层、蓝膜吸热涂层或阳极氧化吸热涂层中的一种。

一种太阳能热水器，包括太阳能集热板芯，所述太阳能集热板芯为上述任一个方案中记载的所述太阳能集热板芯。

本申请实施例提供的太阳能集热板芯，包括吸热板、换热管组件和导热涂层。本申请通过在吸热板的背光面增加导热涂层，导热涂层的导热系数大于吸热板的导热系数。吸热涂层吸收太阳能转化为热能，热能传递给吸热板，再通过导热系数高于吸热板的导热涂层传递给换热管组件。由于导热涂层的导热系数大于吸热板，能够加快热能向换热管组件的传递效率，从而减少热量的散失，提高太阳能集热板芯对太阳能的利用率，进而提高了太阳能热水器对太阳能的利用率。

本申请还公开了一种太阳能热水器，包括太阳能集热板芯，太阳能集热板芯为上述任意一个方案中记载的太阳能集热板芯。由于太阳能集热板芯具有上述技术效果，具有该太阳能集热板芯的太阳能热水器也具有同样的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图，而且还可以根据提供的附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

图1是本申请的太阳能集热板芯的结构示意图；

图2是图1沿A-A的剖视图；

图3是本申请的传热元件的结构示意图；

图4是本申请的传热元件的截面图。

其中：

1、吸热板，2、吸热涂层，3、导热涂层，4、传热元件，41、中空壳体，42、隔板，43、微槽道，5、换热管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请相关的部分。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应当理解，本申请中使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

其中，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

以下，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

请参阅图1-图4。

本申请一些实施例公开了一种太阳能集热板芯，包括吸热板1、换热管组件和导热涂层3。

吸热板1的受光面设置吸热涂层2，吸热板1的背光面设置导热涂层3，换热管组件设置在吸热板1的背光面且位于导热涂层3上。

吸热涂层2吸收太阳能转化为热能，转化的热能依次通过吸热板1、导热涂层3和换热管组件进行传导。

换热管组件内填充有换热工质。换热管组件内填充的换热工质由本领域技术人员根据实际需要进行选择，此处不做具体限定。

本申请通过在吸热板1的背光面增加导热涂层3，导热涂层3的导热系数大于吸热板1的导热系数。吸热涂层2吸收太阳能转化为热能，热能传递给吸热板1，再通过导热系数高于吸热板1的导热涂层3传递给换热管组件。由于导热涂层3的导热系数大于吸热板1，能够加快热能向换热管组件的传递速度，从而减少热量的散失，提高太阳能集热板芯对太阳能的利用率，进而提高了太阳能热水器对太阳能的利用率。

在本申请的一些实施例中，导热涂层3为石墨烯涂层。

石墨烯的导热系数为5300W/mK，导热能力是吸热板1的数倍，因此，石墨烯涂层的导热速度也会高于吸热板1的导热速度，从而减少通过吸热板1散失的热量。

导热涂层3不限于石墨烯涂层，还可以为其他导热系数高于吸热板1的材料制作的涂层，具体选择哪种涂层，由本领域技术人员根据实际需要进行选择，在此不做具体限定。

以能够加快吸热板1与换热管组件之间的热量传递速度为前提，本申请不对导热涂层3的厚度进行限定，具体采用何种厚度的导热涂层3由本领域技术人员根据实际需要进行选择，在此不做具体限定。

本申请公开的太阳能集热板芯还包括传热元件4，传热元件4用于均衡换热管组件的相邻换热管5之间的热量。

如图1所示，换热管组件包括第一集液管、第二集液管以及位于第一集液管和第二集液管之间且与第一集液管和第二集液管均连通的换热管5，换热管5的两端分别与第一集液管和第二集液管焊接连接，第一集液管上设置有进口和出口。

换热管组件靠近进口的换热管5内的工质的温度低于换热管组件靠近出口的换热管5的内工质的温度，相应的，换热管组件的相邻换热管5之间也会存在温度差，传热元件4用于实现相邻换热管5之间的热量交换，以均衡换热管组件的相邻换热管5之间的热量。

同时传热元件4也能够将导热涂层3传递的热量传递给换热管5内的工质，对位于相邻换热管5之间的空间的热能进行利用，相对于现有技术中位于相邻换热管5之间的空间的热量白白散失的方式，进一步提高了对热能的利用率，从而提高了对太阳能的利用率，提高循环效率和COP(性能系数)。

优选地，传热元件4为热管。

热管是一种传热元件，充分利用了热传导原理与制冷介质的快速热传递性质，通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，且其导热能力超过已知金属的导热能力。

在本申请的一些实施例中，传热元件4为微槽道平板热管或者铜烧结热管。

如图1所示，每两个相邻的换热管5之间均设置有传热元件4，且每两个相邻的换热管5之间设置多个传热元件4，多个传热元件4沿换热管5的长度方向布置。

优选地，位于相邻两个换热管5之间的多个传热元件4并排布置，且相邻传热元件4之间的距离相等。

如图1所示，位于不同换热管5之间的传热元件4位置相互对应，换热管5与传热元件4构成网格状结构，能够对吸热板1上的热量进行均匀传导和利用。

为了缩短传热元件4的长度，本申请中传热元件4与换热管5之间的夹角为45-90°。此处需要说明的是，换热元件5与换热管5之间的夹角为热量在传热元件4内的传递方向与换热管5的长度方向之间的夹角。

优选地，传热元件4为线性传热元件，传热元件4与换热管5之间的夹角为90°。

本申请中传热元件4与换热管5焊机连接，且传热元件4与吸热板1焊接连接。通过焊接连接的方式实现传热元件4与换热管5和吸热板1的连接，能够保证传热元件4与换热管5和吸热板1的连接强度，提高太阳能集热板芯结构的稳定性。

传热元件4与换热管5和吸热板1的连接还可以采用粘接的连接方式。

在传热元件4为微槽道平板热管的实施例中，微槽道平板热管包括中空壳体41和隔板42，其中，中空壳体41的内部具有空腔，中空壳体41为封闭中空壳体；

隔板42沿中空壳体41的宽度方向分隔中空壳体41的内腔为多个小腔体，小腔体的腔壁上设置有微槽道43，且小腔体内灌注相变传热工质。

以图3为参照对中空壳体41的宽度方向进行说明，图3中多个小腔体并排布置的方向为中空壳体41的宽度方向，每个小腔体的长度延伸方向为中空壳体41的长度方向，与宽度方向和长度方向均垂直的方向为中空壳体41的高度方向。

隔板42沿中空壳体41的高度方向设置，且相邻两个隔板42之间的距离相等，分隔中空壳体41的内腔为多个并排布置且容积相等的小腔体。

本申请公开的微槽道平板热管，通过隔板42将中空壳体41的内腔分隔为多个小腔体，隔板42的设置不仅增大了微槽道平板热管的换热面积，而且隔板42对中空腔体的宽度方向的侧壁起到支撑作用，提高了微槽道平板热管的机械强度。

如图4所示，微槽道43设置在中空腔体与宽度方向平行的腔壁上，相变传热工质的灌注量至少为小腔体的容积的1/3，优选地，相变传热工质的灌注量为小腔体的容积的1/2。

如图4所示，微槽道平板热管的宽度方向的两端分别与相邻的两根换热管连接，靠近温度较高的换热管的小腔体内的相变传热工质吸收热量后发生相变，相变后的相变传热工质将热量传递给相邻小腔体内的相变传热工质，以此类推，热量沿着微槽道平板热管的宽度方向依次排布的多个小腔体传递。

微槽道平板热管是矩形铝制金属热管，内部有通道直径为1-2mm的微通道毛细结构，微通道毛细结构内灌注有相变传热工质。相变传热工作包括但不限于去离子水、酒精、二氧化碳、R32(二氟甲烷)、R22(二氟一氯甲烷)、丙酮、氨、R134A(四氟乙烷)、R410A、R245fa(五氟丙烷)或R600A(异丁烷)。

本申请中，吸热板1为铝板，换热管组件为铜换热管组件，吸热涂层2为三价黑铬吸热涂层、蓝膜吸热涂层或阳极氧化吸热涂层中的一种。

本申请还公开了一种太阳能热水器，包括太阳能集热板芯，太阳能集热板芯为上述任意一个方案中记载的太阳能集热板芯。

由于太阳能集热板芯具有上述技术效果，具有该太阳能集热板芯的太阳能热水器也具有同样的技术效果，在此不再赘述。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种太阳能集热板芯，其特征在于，包括：

吸热板(1)，所述吸热板(1)的受光面设置有吸热涂层(2)；

换热管组件，设置在所述吸热板(1)的背光面，所述换热管组件内填充有换热工质；

还包括：

导热涂层(3)，设置在所述吸热板(1)的背光面，所述导热涂层(3)上设置所述换热管组件。

2.根据权利要求1所述的太阳能集热板芯，其特征在于，所述导热涂层(3)为石墨烯涂层。

3.根据权利要求1所述的太阳能集热板芯，其特征在于，还包括传热元件(4)，设置在所述换热管组件的相邻换热管(5)之间，用于实现相邻所述换热管(5)之间的热量交换。

4.根据权利要求3所述的太阳能集热板芯，其特征在于，相邻所述换热管(5)之间设置多个所述传热元件(4)，位于相邻所述换热管(5)之间的多个所述传热元件(4)沿所述换热管(5)的长度方向布置；和或，

所述传热元件(4)与所述换热管(5)之间的夹角为45-90°。

5.根据权利要求3所述的太阳能集热板芯，其特征在于，所述传热元件(4)与所述换热管(5)焊接连接，且所述传热元件(4)与所述吸热板(1)焊接连接。

6.根据权利要求3所述的太阳能集热板芯，其特征在于，所述传热元件(4)为微槽道平板热管。

7.根据权利要求6所述的太阳能集热板芯，其特征在于，所述微槽道平板热管包括：

中空壳体(41)，与所述换热管之间的夹角为45-90°；

隔板(42)，沿所述中空壳体(41)的宽度方向分隔所述中空壳体(41)的内腔为多个小腔体，所述小腔体的腔壁设置有微槽道(43)，所述小腔体内灌注有相变传热工质。

8.根据权利要求3所述的太阳能集热板芯，其特征在于，所述传热元件(4)为铜烧结热管。

9.根据权利要求1所述的太阳能集热板芯，其特征在于，所述吸热板(1)为铝板，所述换热管组件为铜换热管组件，所述吸热涂层(2)为三价黑铬吸热涂层、蓝膜吸热涂层或阳极氧化吸热涂层中的一种。

10.一种太阳能热水器，其特征在于，包括太阳能集热板芯，所述太阳能集热板芯为权利要求1-9中任一项所述的太阳能集热板芯。

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