TW201616072A - 太陽能集熱器與其製作方法 - Google Patents

Abstract

一種太陽能集熱器與其製作方法，製作方法包括下列步驟：提供相疊合的第一板件與第二板件，並且沿多個軌跡熔接第一板件與第二板件，以使第一板件與第二板件在軌跡上相互接合，而形成多個條狀接合部；填入高壓介質於第一板件與第二板件之間，以使條狀接合部之外的第一板件與第二板件受壓力作用而相對遠離，並形成被條狀接合部分隔的多個管道；形成太陽能選擇性塗層於第一板件的外表面上。

Description

太陽能集熱器與其製作方法

本發明是有關於一種太陽能集熱器與其製作方法。

近年來，應用太陽能作為能源的相關產業，例如是將太陽能的光能轉換成電能或熱能的應用，正快速蓬勃發展。以將太陽能的光能轉換成熱能的應用為例，太陽能集熱器（ solar thermalcollector）吸收來自太陽光的輻射能，並將輻射能轉換成熱能後加以應用或收集，例如是藉由熱能加熱水溫，或將熱能傳遞至吸熱介質並加以儲存，以藉由吸熱介質將收集熱能，而在後續的應用中提供加熱用途。

現有的太陽能集熱器種類繁多，其中有部分太陽能集熱器是以吸收板（absorbing plate）吸收太陽光的輻射能。吸收板是在板件的表面上塗布太陽能選擇性塗層（solar selective coating）所形成，其中太陽能選擇性塗層吸收太陽光的輻射能，並將輻射能轉換成熱能後傳遞至熔接於吸收板的另一表面上的集熱管（heat collecting tube），進而加熱流入集熱管中的吸熱介質（例如是水或其他適用的液體）。然而，從上述說明可知，太陽能選擇性塗層將太陽光的輻射能轉換成熱能後，熱能須經由吸收板的熔接接面（welding junctions）與集熱管的管壁後才能傳遞至集熱管內的吸熱介質。換言之，熱能從太陽能選擇性塗層傳遞至吸熱介質的傳遞路徑較長，容易造成熱能散失。

為解決上述問題，現已有部分技術是在兩板件上製作溝槽後熔接兩板件，以藉由板件上的溝槽對應形成集熱管，而太陽能選擇性塗層塗布在其中一板件的外表面上。如此，板件即可視為是集熱管。太陽能選擇性塗層將太陽光的輻射能轉換成熱能後，熱能僅須經由集熱管的管壁即可傳遞至集熱管內的吸熱介質。如此，熱能從太陽能選擇性塗層傳遞至吸熱介質的傳遞路徑得以縮短，使得太陽能集熱器的集熱效率因而提升。然而，上述在兩板件上製作溝槽後熔接兩板件的作法，需面臨到板件之間的對位問題。板件之間的對位失誤會影響太陽能集熱器的品質，且在製作過程中精准對位兩板件的位置需花費更多的製作成本。

本發明提供一種太陽能集熱器與其製作方法，其具有較高的製作良率與較為簡易的製作流程。

本發明的太陽能集熱器的製作方法包括下列步驟：提供相疊合的一第一板件與一第二板件，並且沿多個軌跡熔接第一板件與第二板件，以使第一板件與第二板件在軌跡上相互接合，而形成多個條狀接合部；填入一高壓介質於第一板件與第二板件之間，以使條狀接合部之外的第一板件與第二板件受壓力作用而相對遠離，並形成被條狀接合部分隔的多個管道；形成一太陽能選擇性塗層於第一板件的外表面上。

本發明的太陽能集熱器包括一第一板件、一第二板件、多個管道以及一太陽能選擇性塗層。第二板件與第一板件相疊合，且第一板件與第二板件在多個軌跡上相互接合，而形成多個條狀接合部。管道是藉由在第一板件與第二板件之間填入一高壓介質，而使條狀接合部之外的第一板件與第二板件受壓力作用而相對遠離所形成，且管道被條狀接合部分隔。太陽能選擇性塗層配置於第一板件的外表面上。

在本發明的一實施例中，上述的熔接第一板件與第二板件的方法包括雷射熔接（laser welding）或超音波熔接（ultrasonic welding）。

在本發明的一實施例中，上述的高壓介質包括液體或氣體。

在本發明的一實施例中，上述的太陽能集熱器的製作方法更包括下列步驟：在填入高壓介質之前，將熔接後的第一板件與第二板件置入一模具，以在填入高壓介質之後，使第一板件與第二板件藉由模具成型。

在本發明的一實施例中，上述的形成太陽能選擇性塗層於第一板件的外表面上的步驟是在填入高壓介質的步驟之前。

在本發明的一實施例中，上述的形成太陽能選擇性塗層於第一板件的外表面上的步驟是在填入高壓介質的步驟之後。

在本發明的一實施例中，上述的第一板件與第二板件的材質包括金屬或塑膠。

在本發明的一實施例中，上述所提供的相疊合的第一板件與第二板件分別為平板。

在本發明的一實施例中，上述所提供的相疊合的第一板件與第二板件中的一個為半成型或已成型的造型板件。

在本發明的一實施例中，上述所提供的第一板件為金屬板件，第二板件為塑膠板件。

在本發明的一實施例中，上述的沿軌跡熔接第一板件與第二板件的步驟是施加於第二板件的外表面上。

在本發明的一實施例中，上述的熔接後的第二板件的外表面的表面平整度小於第一板件的外表面的表面平整度。

基於上述，本發明的太陽能集熱器與其製作方法先將相疊合的第一板件與第二板件沿軌跡熔接後，才藉由高壓介質在第一板件與第二板件之間形成管道。因此，第一板件與第二板件在熔接時不需精准地對位，且可降低在熔接板件之後產生管道對位失誤的狀況。據此，本發明的太陽能集熱器與其製作方法具有較高的製作良率與較為簡易的製作流程。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1 是本發明一實施例的太陽能集熱器的俯視示意圖。請參考圖1，在本實施例中，太陽能集熱器100包括第一板件110、第二板件120、多個管道130以及太陽能選擇性塗層140。第一板件110與第二板件120（重疊於圖1中的第一板件110的下方）相接合。管道130形成於第一板件110與第二板件120之間。太陽能選擇性塗層140 配置於第一板件110的外表面上。如此，當太陽光照射太陽能集熱器100時，太陽能選擇性塗層140可以吸收太陽光的輻射能， 並將輻射能轉換成熱能後傳遞至管道130。此時，未繪示的吸熱介質流入太陽能集熱器100的管道130內，並在吸收太陽能選擇性塗層140 傳遞至管道130的熱能之後流出太陽能集熱器100。據此，太陽光的輻射能可藉由太陽能集熱器100的太陽能選擇性塗層140吸收並轉換成熱能，而熱能可藉由流入管道130 內的吸熱介質吸收並加以收集。

圖2A至圖2E是圖1的太陽能集熱器在製作過程中沿I-I’剖線的剖面示意圖。請參考圖1與圖2A至圖2E，在本實施例中，太陽能集熱器100的製作方法包括下述步驟。以下將以文字搭配圖2A至圖2E依序說明本實施例的太陽能集熱器100的製作流程。

首先，請參考圖1與圖2A，在步驟S110中，提供相疊合的第一板件110與第二板件120。在本實施例中，在步驟S110中所提供的相疊合的第一板件110與第二板件120分別為平板。第一板件110與第二板件120依據需求製作成適當尺寸之後，不需過於精准的對位即可互相疊合。

請參考圖1與圖2B，在步驟S120中，沿多個軌跡150熔接第一板件110與第二板件120，以使第一板件110與第二板件120在軌跡150上相互接合，而形成多個條狀接合部152。在本實施例中，在第二板件120與第一板件110相疊合之後，第一板件110與第二板件120沿多個軌跡150被熔接，以在軌跡150上相互接合，而形成條狀接合部152。軌跡150可視為是圖1所繪示的管道130的分隔線，而沿軌跡150熔接之處互相接合並形成條狀接合部152。由於圖2B繪示圖1的太陽能集熱器100在步驟S120中的剖面示意圖，故圖2B所繪示的軌跡150與條狀接合部152僅呈現點狀區域。實際上軌跡150與條狀接合部152的形狀為條狀（如圖1所示）。如此，呈現條狀的條狀接合部152可以使後續形成的管道130也形成條狀。軌跡150彼此相隔一預定間距並平行排列，使得條狀接合部152與後續形成的管道130也呈現平行排列。條狀接合部152的寬度w以及相鄰兩條狀接合部152之間的間距d的尺寸可依據需求調整，且其尺寸大小會影響管道130的寬度以及管道130之間的距離。

再者，在本實施例中，沿軌跡150熔接第一板件110與第二板件120的步驟可以是施加於第二板件120的外表面上。如此，熔接後的第二板件120的外表面的表面平整度小於第一板件110的外表面的表面平整度，亦即第一板件110的外表面相較於第二板件120的外表面可以保持得較為平整。由此可知，第一板件110與第二板件120經由熔接而彼此固定，且選擇從其中一板件（例如是第二板件120）的外表面熔接第一板件110與第二板件120，可以維持另一板件（例如是第一板件110）的外表面的平整度，有利於維持後續所形成的太陽能選擇性塗層140的平整度。

接著，請參考圖1與圖2C，在步驟S130中，將熔接後的第一板件110與第二板件120置入模具102。在本實施例中，模具102具有多個溝槽102a。熔接後的第一板件110與第二板件120置入模具102，且條狀接合部152之外的第一板件110與第二板件120對應於溝槽102a。本實施例的溝槽102a例如是弧型溝槽，但本發明並不限制溝槽102a的形狀。溝槽102a的形狀會影響後續形成的管道130的形狀，故其可依據需求作調整。

接著，請參考圖1與圖2D，在步驟S140中，填入高壓介質（未繪示）於第一板件110與第二板件120之間，以使條狀接合部152之外的第一板件110與第二板件120受壓力作用而相對遠離，並形成被條狀接合部152分隔的多個管道130。具體而言，在本實施例中，第一板件110與第二板件120在條狀接合部152之處彼此固定。高壓介質可以是液體或氣體，其藉由高壓而填入第一板件110與第二板件120之間，以使條狀接合部152之外的第一板件110與第二板件120受高壓介質所帶來的壓力作用而相對遠離，進而形成管道130。換言之，管道130是藉由在第一板件110與第二板件120之間填入高壓介質，而使條狀接合部152之外的第一板件110與第二板件120受壓力作用而相對遠離所形成，且管道130被條狀接合部152分隔。

此外，由於本實施例的第一板件110與第二板件120在填入高壓介質之前已先置入模具102，且條狀接合部152之外的第一板件110與第二板件120對應於模具102的溝槽102a，因此在填入高壓介質之後，條狀接合部152之外的第一板件110與第二板件120可藉由模具102上的溝槽102a成型，而管道130的截面的形狀取決於溝槽102a的形狀。

最後，請參考圖1與圖2E，在步驟S150中，形成太陽能選擇性塗層140於第一板件110的外表面上。具體而言，在本實施例中，形成太陽能選擇性塗層140於第一板件110的外表面上的步驟是在填入高壓介質的步驟之後。由於本實施例的第一板件110與第二板件120的熔接步驟是施加於第二板件120的外表面上，故第一板件110的外表面較為平整，而有利於將太陽能選擇性塗層140形成於第一板件110的外表面上。換言之，本實施例的製作方法可以減少太陽能選擇性塗層140受到條狀接合部152的影響而產生分佈不平均的狀況。至此，圖1所繪示的太陽能集熱器100已初步完成。

除了上述的製作流程之外，本發明所提出的太陽能集熱器的製作方法具有其他適用的製作流程。舉例而言，前述形成太陽能選擇性塗層140的步驟（步驟S150）可以往前調整至前述將熔接後的第一板件110與第二板件120置入模具102的步驟（步驟S130）以及前述填入高壓介質的步驟（步驟S140）之前。換言之，由於本實施例的第一板件110與第二板件120在相互接合之前分別為平板，故太陽能選擇性塗層140可以在步驟S130之前形成在仍呈現平板狀的第一板件110的外表面上。更進一步地說，太陽能選擇性塗層140還可以在步驟S120之前就先形成在仍呈現平板狀且尚未與第二板件120熔接在一起的第一板件110上。如此，太陽能選擇性塗層140可以均勻地分佈在第一板件110的外表面上。由此可知，形成太陽能選擇性塗層140的步驟（步驟S150）可依據需求調整至熔接第一板材110與第二板材120的步驟（步驟S120）之前，調整至熔接第一板材110與第二板材120的步驟（步驟S120）與填入高壓介質而形成管道130的步驟（步驟S140）之間，或者調整至填入高壓介質而形成管道130的步驟（步驟S140）之後，本發明並不限制形成太陽能選擇性塗層140的順序。

另一方面，請參考圖1與圖2A至圖2E，在本實施例中，第一板件110與第二板件120的材質可以是金屬或塑膠，其可依據需求作選擇。舉例而言，金屬材質具有良好的傳熱效率，有助於在形成管道130後將太陽能選擇性塗層140所轉換而得的熱能傳遞至內部的吸熱介質。相對地，塑膠材質具有良好的可塑性，有助於在藉由高壓介質形成管道130的製作過程中提高管道130的成型速度，且塑膠材質還具有輕量以及成本低的優點。此時，熔接第一板件110與第二板件120的方法可依據第一板件110與第二板件120的材質作選擇。當第一板件110與第二板件120的材質選用金屬時，熔接第一板件110與第二板件120的方法可以是雷射熔接（laser welding）。或者，當第一板件110與第二板件120的材質選用塑膠時，熔接第一板件110與第二板件120的方法可以是超音波熔接（ultrasonic welding）。上述的材質與熔接方法僅是用來舉例說明，本發明不以此為限制。

再者，在本實施例中，第一板件110與第二板件120的材質不限定為相同。舉例而言，請參考圖3，其中圖3是圖2B的太陽能集熱器於另一製作流程的剖面示意圖。在圖3的實施例中，由於太陽能選擇性塗層140在後續步驟中配置在第一板件110a的外表面上，故第一板件110a的傳熱效率相較於第二板件120的傳熱效率更為重要。因此，在圖3的實施例中，第一板件110a的材質可選用金屬。然金屬材質的可塑性相較於塑膠材質來得低，故在步驟S110中所提供的相疊合的第一板件110a可為半成型或已成型的造型板件。換言之，第一板件110a已事先經由適當的加工而形成多個凹槽112，這些凹槽112將在後續步驟中形成管道130。如此，由於第一板件110a為半成型或已成型的金屬板件，故後續藉由高壓介質形成管道130的製作時間因而降低，且後續形成的太陽能選擇性塗層140藉由吸收太陽光的輻射能而轉換而得的熱能可藉由第一板件110a快速地傳遞至管道130內的吸熱介質。相對地，由於第二板件120的傳熱效率不如第一板件110a的傳熱效率來得有影響性，故第二板件120可選用塑膠板件，以減低後續所形成的太陽能集熱器的重量並降低製作成本。此時，由於選用塑膠材質的第二板件120具有良好的可塑性，故第二板件120可以省略額外的加工而維持平板狀，待後續藉由高壓介質成型即可。如此，採用塑膠材質的第二板件120可以在填入高壓介質而形成管道130的過程中快速地成型，並減輕太陽能集熱器的重量。基於上述的實施例，第一板件110或110a以及第二板件120的材質可依據需求獨立地作選擇。第一板件110a與第二板件120可藉由超音波熔接或是其他適於固定金屬構件與塑膠構件的固定方法互相固定，其可依據需求調整。

此外，在圖3的實施例中，雖然第一板件110a為半成型或已成型的金屬板，但採用塑膠材質的第二板件120仍維持平板狀，故在提供相疊合的第一板件110a與第二板件120的步驟（步驟S110）中，第一板件110a與第二板件120不需精准地對位即可互相疊合，並可將沿軌跡150熔接第一板件110a與第二板件120的步驟（步驟S120）施加於第二板件120的外表面上，而使第一板件110a的外表面較為平整。熔接後的第一板件110a與第二板件120同樣可藉由填入高壓介質的步驟形成管道130，並在第一板件110a的外表面上形成太陽能選擇性塗層140。上述步驟的詳細作法可參考前一實施例的描述，在此不多加贅述。

請再次參考圖1，在本實施例中，除了上述的構件之外，太陽能集熱器100更包括連通管160a與160b。連通管160a與160b連通管道130，以使吸熱介質從太陽能集熱器100外流入太陽能集熱器100內的管道130，並從太陽能集熱器100內的管道130流出太陽能集熱器100外。換言之，連通管160a與160b可視為吸熱介質流入並流出太陽能集熱器100的出入口。連通管160a與160b的製作方式可以如同前述的管道130的製作方式，而形成於第一板件110與第二板件120之間。換言之，本實施例的製作方法可同時形成管道130與連通管160a與160b。此外，雖然圖1的太陽能集熱器100是以兩個連通管160a與160b為例，但連通管的數量與位置可依據需求調整。基於上述，太陽能集熱器100可藉由太陽能選擇性塗層140吸收太陽光的輻射能，且太陽能選擇性塗層140將輻射能轉換成熱能後傳遞至管道130。如此，太陽能集熱器100可進一步藉由流入管道130內的吸熱介質吸收熱能，而吸熱介質在吸收熱能後流出管道130，以進一步將收集到的熱能加以應用或儲存。

綜上所述，本發明的太陽能集熱器與其製作方法先將相疊合的第一板件與第二板沿多個軌跡熔接後，才藉由高壓介質在第一板件與第二板件之間形成被條狀接合部分隔的多個管道。如此，相較於將事先製作完成的管道熔接在板件上的技術而言，本發明的太陽能集熱器僅須經由管道的管壁即可將熱能從太陽能選型性塗層傳遞至吸熱介質，故可以減少熱能在傳遞過程中散失的比例，進而具有良好的集熱效率。此外，相較於在兩板件上事先製作管道後才熔接板件的製作方法，本發明的太陽能集熱器的製作方法不需在熔接板件時精准地對位板件的位置，且熔接尚未形成管道的板件的作法可以得到較為平整的條狀接合部，進而使板件的外表面更為平整，而利於太陽能選擇性塗層的形成。據此，本發明的太陽能集熱器與其製作方法具有較高的製作良率與較為簡易的製作流程，並使太陽能集熱器具有良好的集熱效率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧太陽能集熱器
102‧‧‧模具
102a‧‧‧溝槽
110、110a‧‧‧第一板件
112‧‧‧凹槽
120‧‧‧第二板件
130‧‧‧管道
140‧‧‧太陽能選擇性塗層
150‧‧‧軌跡
152‧‧‧條狀接合部
160a、160b‧‧‧連通管
d‧‧‧間距
w‧‧‧寬度

圖1 是本發明一實施例的太陽能集熱器的俯視示意圖。 圖2A 至圖2E 是圖1 的太陽能集熱器在製作過程中沿I-I’剖線的剖面示意圖。 圖3 是圖2B 的太陽能集熱器於另一製作流程的剖面示意圖。

100‧‧‧太陽能集熱器

110‧‧‧第一板件

120‧‧‧第二板件

130‧‧‧管道

140‧‧‧太陽能選擇性塗層

150‧‧‧軌跡

152‧‧‧條狀接合部

160a、160b‧‧‧連通管

Claims (15)

1. 一種太陽能集熱器的製作方法，包括： 提供相疊合的一第一板件與一第二板件，並且沿多個軌跡熔接該第一板件與該第二板件，以使該第一板件與該第二板件在該些軌跡上相互接合，而形成多個條狀接合部； 填入一高壓介質於該第一板件與該第二板件之間，以使該些條狀接合部之外的該第一板件與該第二板件受壓力作用而相對遠離，並形成被該些條狀接合部分隔的多個管道；以及 形成一太陽能選擇性塗層（solar selective coating）於該第一板件的外表面上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集熱器的製作方法，其中熔接該第一板件與該第二板件的方法包括雷射熔接（laser welding）或超音波熔接（ultrasonic welding）。
3. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集熱器的製作方法，其中該高壓介質包括液體或氣體。
4. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集熱器的製作方法，更包括： 在填入該高壓介質之前，將熔接後的該第一板件與該第二板件置入一模具，以在填入該高壓介質之後，使該第一板件與該第二板件藉由該模具成型。
5. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集熱器的製作方法，其中形成該太陽能選擇性塗層於該第一板件的該外表面上的步驟是在填入該高壓介質的步驟之前。
6. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集熱器的製作方法，其中形成該太陽能選擇性塗層於該第一板件的該外表面上的步驟是在填入該高壓介質的步驟之後。
7. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集熱器的製作方法，其中該第一板件與該第二板件的材質包括金屬或塑膠。
8. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集熱器的製作方法，其中所提供的相疊合的該第一板件與該第二板件分別為平板。
9. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集熱器的製作方法，其中所提供的相疊合的該第一板件與該第二板件中的一個為半成型或已成型的造型板件。
10. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集熱器的製作方法，其中所提供的該第一板件為金屬板件，該第二板件為塑膠板件。
11. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集熱器的製作方法，其中沿該些軌跡熔接該第一板件與該第二板件的步驟是施加於該第二板件的外表面上。
12. 一種太陽能集熱器，包括： 一第一板件； 一第二板件，與該第一板件相疊合，且該第一板件與該第二板件在多個軌跡上相互接合，而形成多個條狀接合部； 多個管道，該些管道是藉由在該第一板件與該第二板件之間填入一高壓介質，而使該些條狀接合部之外的該第一板件與該第二板件受壓力作用而相對遠離所形成，且該些管道被該些條狀接合部分隔；以及 一太陽能選擇性塗層，配置於該第一板件的外表面上。
13. 如申請專利範圍第12項所述的太陽能集熱器，其中該高壓介質包括液體或氣體。
14. 如申請專利範圍第12項所述的太陽能集熱器，其中該第一板件與該第二板件的材質包括金屬或塑膠。
15. 如申請專利範圍第12項所述的太陽能集熱器，其中熔接後的該第二板件的外表面的表面平整度小於該第一板件的外表面的表面平整度。