专利名称：竖置式三维太阳集能板芯的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能利用技术，尤其是一种竖置式三维太阳集能板芯技术。
背景技术：
太阳能集热器是太阳能利用的核心部件，根据安装倾角分斜面安装系统和墙面安装系统，竖置式太阳能集热器是一种墙面系统，主要适合于集热器在墙面竖置或垂直安装，也适合于其他任意位置的安装，竖置式墙面安装的太阳能集热器板芯包括传热导管和吸热翅片等，其工作面往往被设计成具有反射吸收的形状，特点是能吸收来自多个方向上入射的直射光与反射光，将光能转为热能、电能或两者输出，其有效工作面积是二维集热器板芯的一倍以上，此外，其吸热工作面通常与水平面间呈一定夹角，因而，往往被设计成斜面等，用作集热器时还同时要求竖置安装后太阳能集热器能保持较高的吸热效率与传热效率，其中，吸热效率是靠翅片的吸收结构特性实现的，传热效率则是靠翅片与导热管的连接结构特性实现的，集热效率由吸热效率和传热效率两部分共同组成。
已公布的中国专利CN2410591Y涉及一种平板阳台拦板型垂直安装的三维太阳热水器，其特征是集热器横向水平放置，整体垂直安装，集热器内的管板式吸热体传热导管的翅片是倾斜放置的，其传热导管与其翅片是导热管的园柱面与翅片平面的线接触固定连接，因此，其传热导管亦呈水平放置，因而，其插入联集管的传热管的端部是带向上摆头的，这种形式的集热器易做成拦板式结构而与建筑阳台有机结合，以避免倾斜安装对建筑外观的影响。上述技术方案中翅片吸热工作面的设计根据附图是直齿锯齿型的，其中，向上的受光工作直齿面与入射阳光垂直，又根据附图所示，非受光直齿面与其垂直，这样便可接受来自地面反射方向上的反射光，但光强与距离的平方成反比，实际来自地反射的光强很低，由于两者间呈垂直，所以，上齿面上的反射光方向与下齿面近似平行，而下齿面对来自上齿面的反射光吸收能力很小，因此，这种直齿锯齿型翅片的反射吸收效率很低，除此之外，也不适合于其他任意位置的安装。
另一个中国专利CN2284934采用了陷落式直板叶片集热装置，其方法是采用垂直于传热导管的平行涂黑吸收叶片与传热导管组成平板三维集热器的板芯，其中，吸收叶片的非向阳端部至少有一折边，用于拦截吸收陷落在集热装置内的直射阳光，适于在屋面斜置安装使用。采用这种技术方案时，集热装置的吸收效率固然能大大提高，但是其传热效率将由于其吸收叶片与传热导热管间仅为圆环型线接触传热且存在配合间隙而大幅度降低，因而，势必造成整体的集热效率低下；并且，每个叶片上的多个传热连接配合孔洞必须要分别与多个导热管间相适配，加工工艺与精度要求十分高，制造成本上升。
综上所述，现有技术的缺陷有待于进一步解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于包括垂直竖置安装在内的可任意角度安装使用的竖置式三维太阳集能板芯，这种竖置式三维太阳集能板芯能同时具备良好的吸收性能与传热性能，加工容易工效高、成本低，并同时适于用作太阳能光热转换与光电转换中的集能与传热板芯的基材体。
本发明是通过以下技术方案来实现的本发明采用一种竖置式三维太阳集能板芯，由导热管与多个吸热翅片等组成，其特征在于，所述的吸热翅片是集能传热翅片，集能传热翅片与导热管传热连接处的相互设置是其平面与导热管的轴线垂直相交，同时，集能传热翅片的向阳端带有一斜折面，该斜折面与集能传热翅片原平面间呈一锐夹角α，且多个斜折面间相互平行。所述的集能传热翅片的斜折面截面长度与其斜折面间平行间距尺寸之比B介于1-4，其最佳范围在1.5-2.5。所述的集能传热翅片的斜折面上带有太阳能波长选择性或非选择性的表面吸收层。所述的集能传热翅片与导热管间，在其连接处构成传热连接包括了焊接连接、胀套连接、粘接连接或其组合。所述的集能传热翅片原平面与其斜折面间的锐夹角α可介于正负3°-75°。所述的基材可是金属或非金属或是其组合。所述的板芯包括平板式集热(能)器的集能板芯或真空管式集热(能)器中玻璃集热(能)管的集能管芯。所述的太阳能波长选择性或非选择性的表面吸收层可是光热转换吸收层、或是光电转换吸收层、或是两者的组合。所述的集能传热翅片可带有后置阻挡翼片，后置阻挡翼片在集能传热翅片的非向阳端设置。所述的集能传热翅片可是由单一或非单一的基材外设置了表面吸收层所组成。
本发明与现有技术相比较的优点如下由于在集能传热翅片的向阳端带有一斜折面，且相互平行的斜折面与其集能传热翅片原平面间呈一锐夹角α，这使得板芯可适合于任意位置的安装使用，特别是在垂直安装使用时能对直射光、地反射光及漫反射光均有多次反射吸收能力，板芯的适用范围得到扩大；此外，又由于集能传热翅片与导热管传热连接处的相互设置是其平面与导热管的轴线相互交义，使得两者间传热连接的加工工艺性得到提高，传热连接的质量易于得到保障，有利于提高传热效率和达到整体集能效率的提高，并有利于降低制造成本。
本发明的具体应用及与现有技术的比较效果如下(1)安装位置适用性与现有技术相比，本发明的竖置式三维太阳集能板芯适用于在任意位置安装使用，如在垂直竖置时，可选择设定集能传热翅片的向阳端所带的斜折面与集能传热翅片原平面间的锐夹角，使得所接收的直射阳光的反射折向板芯内侧，即可在相互平行的斜折面间产生多次反射与吸收，当所采用的太阳能波长选择性表面吸收层的吸收率在90％时，即使冬至日早晚太阳低角度时与春分日太阳高角度正午入射角的最大变化值在45°，只要集能传热翅片的斜折面截面长度与其斜折面间平行间距尺寸之比B介于1-4，即保证吸收到所产生的三次反射，其吸收的效率之和可达到90％×cos45°+36.36％×cos45°+10.66％×cos45°＝96.87％，优于现有最佳材料斜置时的吸收率指标性能。
(2)传热连接结构的加工适应性能提高集能传热翅片与导热管轴线垂直相交，能使得两者间传热连接的加工工艺性得到提高，如适合于采用类同空调冷凝器管翅间的胀套连按、钎焊、导热粘接、胀套后浸钎焊或熔融钎焊(Braze)等复合连接的加工工艺，与现有技术由于相交角度限制的加工适应性相比，有利于加工和提高传热接触面积及效率，降低生产成本。
图1是本发明实施例的结构示意图；图2是图1的剖视具体实施例方式按图1、图2所示，本发明实施例的竖置式三维太阳集能板芯由导热管1、多个吸热翅片2等组成，吸热翅片是集能传热翅片，集能传热翅片与导热管传热连接处的相互设置是其平面与导热管的轴线垂直相交，同时，集能传热翅片的向阳端带有一斜折面，该斜折面与集能传热翅片原平面间呈一锐夹角α，该锐夹角α可介于正负3°-75°，具体可根据适用地的地理纬度与安装场合的角度要求等确定，多个斜折面间相互平行。根据经验，集能传热翅片的斜折面截面长度与其斜折面间平行间距尺寸之比B介于1-4倍，其最佳范围选择在1.5-2.5倍，此时，便能使得入射光的前三次反射全部落在斜折面上而被吸收。
集能传热翅片的斜折面上带有太阳能波长选择性或非选择性的表面吸收层，太阳能波长选择性或非选择性的表面吸收层可是光热转换吸收层、或是光电转换吸收层、或是两者的组合。所述的金属吸热翅片的工作面上带有的太阳能利用功能性材料层可以是太阳选择性吸收光热转换层、或太阳能光伏电池贴片、或光电转换膜、或是任意前两者的组合，如阳光的正入射斜折面上带太阳能光伏电池贴片，反射入射斜折面上带太阳选择性吸收光热转换层，从而形成混合型的光热集能器。集能传热翅片可是由单一或非单一的基材外设置了表面吸收层所组成。所述的基材可是金属或非金属或是其组合，前者如铝材或陶瓷成型材料，或是铝材与陶瓷绝缘导热材料层间的粘接组合。基材与导热管间构成传热连接后成为板芯基材体，再经其集能传热翅片上设置表面吸收层和导热管与联汇管连接后则成为三维太阳集能板芯。所述的导热管可是带导热液体的金属流道管或是热管。
所述的集能传热翅片斜翼面沿该集能器板芯纵向的分布密度根据经验应介于10～1000个/米之间，带光电转换层时应取10-100个/米之间。
所述的集能传热翅片与导热管间可是多个集能传热翅片与一个导热管间的连接、或是多个集能传热翅片与多个导热管间的连接。板芯的应用包括作为平板式集热(能)器的集能板芯或真空管式集热(能)器中玻璃集热(能)管的集能管芯。
集能传热翅片可带有后置阻挡翼片，后置阻挡翼片在集能传热翅片的非向阳端设置。设置了后置阻挡翼片会使板芯的热容增大，这对于提高板芯的集热灵敏度不利。
此外，集能传热翅片与导热管间，在其连接处构成的传热连接包括了焊接连接、胀套连接、粘接连接或其组合。由于集能传热翅片与导热管轴线采用垂直相交，能使得两者间传热连接的加工工艺性提高，便于采用类同空调冷凝器管翅间的胀套连接加工，其中，集能传热翅片可采用铝材，可经一次性冲裁压成型，仅比现有的空调冷凝器翅片多一个斜折面，加工成本低、工效高，并且，胀套后可经浸钎焊或熔融钎焊(Braze)或导热粘接等组合连接工艺的辅助加强，与现有技术由于相交角度限制的加工适应性相比，有利于加工和提高传热接触面积及效率。
工作原理竖置式三维太阳集能板芯适用于在任意位置安装使用，如在垂直竖置时，太阳照射在作为平板式集热(能)器的集能板芯或真空管式集热(能)器中玻璃集热(能)管的集能管芯上，如选择设定集能传热翅片的向阳端所带的斜折面与集能传热翅片原平面间的锐夹角，以北京地区为例，地理纬度角近似为40°，太阳纬度角的变化在22°，因此，理论锐夹角α可取90°-40°-22°＝28°，考虑集能板芯与斜折面的加工和安装误差，实际另加5°-7°作为补偿，保证使得所接收的直射阳光及地反射光的的入射反射光在集能传热翅片的向阳端所带的斜折面上产生的反射均折向板芯内侧，当集能传热翅片的斜折面截面长度与其斜折面间平行间距尺寸之比B介于1-4，对于北京地区集能板芯垂直竖置时，其最佳范围可选择在1.5-2.5倍，即所采用的太阳能波长选择性表面吸收层的吸收率在90％时，即使冬至口早晚太阳低角度时与夏至日太阳高角度正午入射角的最大变化值实际取28°，也能保证吸收到所产生的三次反射，集能板芯吸收太阳能后，传导给与其相连接的导热管，经其循环换热管路与水箱换热，从而将集能板芯上的热量源源不断的输出。
权利要求
1.竖置式三维太阳集能板芯，由导热管与多个吸热翅片等组成，其特征在于，所述的吸热翅片是集能传热翅片，集能传热翅片与导热管传热连接处的相互设置是其平面与导热管的轴线垂直相交，同时，集能传热翅片的向阳端带有一斜折面，该斜折面与集能传热翅片原平面间呈一锐夹角α，且多个斜折面间相互平行。
2.根据权利要求1所述的竖置式三维太阳集能板芯，其特征在于，所述的集能传热翅片的斜折面截面长度与其斜折面间平行间距尺寸之比B介于1-4，其最佳范围在1.5-2.5。
3.根据权利要求1所述的竖置式三维太阳集能板芯，其特征在于，所述的集能传热翅片的斜折面上带有太阳能波长选择性或非选择性的表面吸收层。
4.根据权利要求1所述的竖置式三维太阳集能板芯，其特征在于，所述的集能传热翅片与导热管间，在其连接处构成传热连接包括了焊接连接、胀套连接、粘接连接或其组合。
5.根据权利要求1所述的竖置式三维太阳集能板芯，其特征在于，所述的集能传热翅片原平面与其斜折面间的锐夹角α可介于正负3°-75°。
6.根据权利要求1所述的竖置式三维太阳集能板芯，其特征在于，所述的集能传热翅片可是由单一或非单一的基材外设置了表面吸收层所组成。
7.根据权利要求1所述的竖置式三维太阳集能板芯，其特征在于，所述的板芯包括平板式集热(能)器的集能板芯或真空管式集热(能)器中玻璃集热(能)管的集能管芯。
8.根据权利要求3所述的竖置式三维太阳集能板芯，其特征在于，所述的太阳能波长选择性或非选择性的表面吸收层可是光热转换吸收层、或是光电转换吸收层、或是两者的组合。
9.根据权利要求1所述的竖置式三维太阳集能板芯，其特征在于，所述的集能传热翅片可带有后置阻挡翼片，后置阻挡翼片在集能传热翅片的非向阳端设置。
10.根据权利要求6所述的竖置式三维太阳集能板芯，其特征在于，所述的基材可是金属或非金属或是其组合。
全文摘要
本发明涉及一种竖置式三维太阳集能板芯，由导热管与多个吸热翅片等组成，其特征在于，所述的吸热翅片是集能传热翅片，集能传热翅片与导热管传热连接处的相互设置是其平面与导热管的轴线垂直相交，同时，集能传热翅片的向阳端带有一斜折面，该斜折面与集能传热翅片原平面间呈一锐夹角α，且多个斜折面间相互平行。由于在集能传热翅片的向阳端带有一斜折面，且相互平行的斜折面与其集能传热翅片原平面间呈一锐夹角α，这使得板芯可适合于任意位置的安装使用，特别是在垂直安装使用时能对直射光、地反射光及漫反射光均有多次反射吸收能力，使板芯的适用范围得到扩大。
文档编号F24J2/46GK1858515SQ20051002565
公开日2006年11月8日 申请日期2005年5月8日 优先权日2005年5月8日
发明者潘戈 申请人:潘戈