专利名称：太阳能“平板式”热水器铝质黑体集热面钣的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能“平板式”热水器的集热面钣，特别是一种能明显提高“平 板式”热水器的集热效能，且能大幅度降低集热面钣的材料成本，属于太阳能运用领域。
背景技术：
现有技术的太阳能“平板式”热水器的有效集热面积为0. 96mX 1. 94m(平板面积 IMX 2M)，有效面积利用率达93%，玻板的透射比α为93%，集热面钣的辐射吸收比α为 88%，则理论可达的最大能效为93% Χ93% Χ88%=76%。而太阳能“真空玻璃集热管” 热水器理论可达的最大能效仅有55 %，扣除管内留存热水能量，实际33. 5 %，但“平板式” 的冬季热效却不如后者。特别是由于“平板式”热水器的保温性差，导致冬季热效低，以至 在长江中下游地区，冬季都不能提供足够温度的洗浴用水。原因除保温性能差外，还在于其 集热面钣的热传递速率q偏低，导致面钣收集的辐射能量不能及时导出，被白白浪费掉。且 面钣的辐射吸收比α相比“真空玻璃集热管”的金属吸热涂层的α值仍不够高，尚有较大 的改善余地。太阳能“平板式”热水器的集热面钣采用0. 25mm厚的整张铜质面钣焊接在铜质导 热铜管上，导热铜管与下端进水、上端出水管道成“工”字型排列焊接连通，面钣0. 96m的宽 度上(集热器1MX2M)均布8根导热铜管，用于携带走面钣收集的太阳辐射能量。“平板 式”热水器的集热面钣的另一种安装方式为用“水铜热管”替代导热铜管，以获得更好的传 热效能。以北纬32°冬季太阳平均辐照功率750W/M2计，平均每管所占1/2面积的辐照功 率为86W。虽铜的导热系数高，但由于传热面的截而积仅达(0.000485M2)、平均传热距离为 (0. 026M)，导致面钣收集的能量不能及时传导出去，使面钣温度升高。根据热传导的传递速 率q的公式计算，其q比面钣的平均温度与传热介质间的温度差q/T值仅达7. 2W/°C，面钣 的平均温度比吸热管道内的传热介质高出11. 94°C，而最远点即两管间的中间点(0.052M) 的温度将更高。因“平板式”热水器的保温性差，导致热水器面钣温度与环境温度之间的差值不 大，当面钣温度与环境温度间的温度差达到该差值时，即达到基本平衡稳定状态。所以在太 阳辐照强度和环境温度不变的条件下，热水器储水的最高水温不会随太阳辐照时间的增加 而发生变化，也不会随集热面钣的面积增加而升高。这也是平板式热水器冬季不能提供足 够温度的洗浴用水的原因之所在。通过增加面钣的厚度可提高热传递速率，降低面钣温度，减小集热面钣与储水间 的温度差，则在上述环境温度不变的条件下提高了热水器内的水温。对于100升的太阳能 热水器，集热面钣温度每降低一度，则水温就升高一度，既可多获得418. 2KJ的热量。同样， 提高面钣的辐射吸收比α，相当于增加了太阳辐照强度，集热面钣温度将升高，则储水温度 也得以提高。如将集热面钣厚度由现0. 25mm增加到0. 8mm，将使面钣的q/T值达23. 6W/°C，可 使面钣的平均温度与导热铜管内的传热介质的温度差由11.94°C降到3. 65°C。但因太阳能“平板式”热水器是现有家用太阳能热水器包括其他类热水器中成本和售价均最高的产品， 且成倍高出。又因铜材价值高，单位密度大，集热面钣在其成本中占有较大比重，将厚度增 加到0. 75mm，仅面钣材料成本将增加3倍达千元，而增加导热铜管数量将增加面钣与导热 铜管的焊接量，增加导热铜管的两端与进、出水铜管成“丁”字型管道接头焊接量，且材料成 本仍将增加。同时要将厚度很薄的铜质面钣加工处理成所谓黑体表面，以提高辐射吸收比 α，也存在较大的工艺难度，这也是目前面钣辐射吸收比α比较低的原因。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述太阳能“平板式”热水器的不足之处，设计一种能较 大幅度提高“平板式”热水器的热效，特别是冬季热效，减少冬季耗能，具有太阳辐射吸收比 α高，热传递速率快，结构合理，工艺简单、成本低、安装使用方便，易于大批量生产的高可 靠度的太阳能“平板式”热水器铝质黑体集热面钣。本发明的太阳能“平板式”热水器铝质黑体集热面钣，结构主要包括铝质面钣、进 水铜管、导热铜管、出水铜管，所述铝质面钣安装在导热铜管上，所述导热铜管的两端分别 与进水铜管和出水铜管成“丁”字型接头焊接。所述铝质面钣与导热铜管的安装选用导热铜管装入铝质面钣的槽道中卡合挤压 固定、或选用焊接夹紧固定。所述选用焊接夹紧固定的铝质面钣下设有铝质夹板，所述导热铜管置于铝质面钣 与铝质夹板之间夹紧焊接。所述铝质夹板选用分体式结构，或选用整体式结构。所述铝质面钣的仰光面上选用喷砂或选用化学腐蚀处理加工成亚光面，所述铝质 夹板的仰光面上选用喷砂或选用化学腐蚀处理加工成亚光面，所述亚光面选用铝的电化处 理获得黑色表面。本发明的集热面钣选用纯铝制造。铝具有优良的导热性能，虽铝的导热系数低 于铜，但由于，铜钣与铝钣的材料单位成本相比达3. 2倍，铜与铝的比重相比达3. 3倍，总 计达10. 6倍，即使将面钣的厚度增加到1. 5mm,达到铜面钣厚度0. 25mm的六倍，材料成本 仍将降低40%以上。这将大幅度提高集热面钣的热传递速率q，在铝质面钣厚度达1. 5mm 时，热传递速率q比面钣的平均温度与传热介质间的温度差q/T值，将由现在的7. 2W/V 提高到23. 6W/°C，使面钣的平均温度与导热管道内的传热介质温度差由11. 94°C降低到 3. 650C (等同于0. 8mm厚的铜质面钣的传热性能)，热水器水温得以提高8. 3度，而材料成 本仅为0. 8mm厚的铜质面钣的18%。本发明铝质面钣的安装结构保证了铝质面钣与导热铜管贴合面能良好的结合和 固定，保证了相互间良好的热传导性能，克服了需要良好贴合面的结构和工艺难度，且避免 铝与铜之间采用焊接连接存在的工艺难度大，设备投资大的问题。由于，铝材具有优良的冷 挤压拉升性能，从而可完全满足结构加工的需求，且工艺成熟、加工费用低、适合大批量生产。由于，铝质面钣表面易于通过喷砂或化学腐蚀处理加工成亚光面，选用先喷砂再 做化学腐蚀处理可获得极佳的亚光面(因喷砂处理的凹点表面是光滑面)，最后经电化处 理形成所谓黑体表面。故能使集热面钣的辐射吸收比α提高到92%以上，而铜质面钣要做 同样的处理则工艺要求和成本都要大许多。
本发明的太阳能“平板式”热水器铝质黑体集热面钣，由于改变了现有结构、材料 和工艺，通过面钣表面的亚光黑体处理，可使辐射吸收比α提高到92%以上，使总体集热 效率得以提高3. 5%。通过增加面钣厚度，提高面钣的热传递速率q，使面钣的q/T值由
7.2W/°C提高到23. 6ff/°C，达到0. 8mm铜质面钣的导热性能，而材料成本仅是其1/5，面钣 的平均温度与导热铜管内的传热介质温度差由11. 94°C降低到3. 65°C，相比等于提高水温
8.3以冬季储水水温提高9. 5°C计，达到每吨水节电11度的效果。以冬季自来水温度 6°C，“平板式”热水器的水温由32°C增加到41. 5°C计，比0. 25mm厚的铜质面钣，降低面钣材 料成本44%，而提高熱效则达36%，具有结构合理，工艺简单、成本低、效果明显之特点。
附图1是本发明的实施例中的一种结构示意图；附图2是本发明的几种安装截面结构示意图。附图1中1是铝质面钣，2是进水铜管，3是导热铜管，4是出水铜管，5是铝质夹 板。附图2中1是铝质面钣，3是导热铜管，5. 1是分体式结构铝质夹板，5. 2和5. 3是 整体式结构铝质夹板，A是卡合挤压固定，Bi、B2、B3是焊接夹紧固定。
具体实施例方式附图是以太阳能“平板式”热水器铝质黑体集热面钣为例，非限制性公开了本发明 的具体实施例，对于其它平面型的太阳能集热器同样适用。结合附图对本发明作进一步描 述如下。参见附图1 本发明的太阳能“平板式”热水器铝质黑体集热面钣，结构主要包括铝质面钣1、进 水铜管2、导热铜管3、出水铜管4，所述铝质面钣1安装在导热铜管3上，所述导热铜管3的 两端分别与进水铜管2和出水铜管4成“丁”字型接头焊接。参见附图2 所述铝质面钣1与导热铜管3的安装选用导热铜管3装入铝质面钣1的槽道中卡 合挤压固定A、或选用Bi、B2、B3焊接夹紧固定。所述选用B1、B2、B3焊接夹紧固定的铝质面钣1下设有铝质夹板5，所述导热铜管 3置于铝质面钣1与铝质夹板5之间夹紧焊接。所述铝质夹板选用5. 1分体式结构，或选用 5. 2或5. 3整体式结构。所述铝质面钣1的仰光面上选用喷砂或选用化学腐蚀处理加工成亚光面，所述铝 质夹板5的仰光面上选用喷砂或选用化学腐蚀处理加工成亚光面，所述亚光面选用铝的电 化处理获得黑色表面。而选用先喷砂再做化学腐蚀处理可获得极佳的亚光面(因喷砂处理 的凹点表面是光滑面)，最后经铝的电化处理形成所谓黑体表面。所述选用A卡合挤压固定结构的加工方式为a、完成导热铜管3与进水铜管2和 出水铜管4的焊接，构成铜管组合部件；b、将铝质面钣1预拉升成型，槽道宽度略大于导热 铜管3的外径；C、将预拉升成型的铝质面钣1置于挤压模具，将铜管组合部件卡入铝质面钣 1的槽道中，通过以进水铜管3M型面支撑挤压槽道两侧壁使之均产生塑性变形，贴合固定。
最后应说明的是显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并 非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做 出其它不同形式的变化或变动。这里也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出 的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
权利要求
1.一种太阳能“平板式”热水器铝质黑体集热面钣，结构主要包括进水铜管，导热铜管， 出水铜管，铝质夹板，其特征在于包括铝制面钣，所述铝质面钣安装在导热铜管上，所述导 热铜管的两端分别与进水铜管和出水铜管成“丁”字型接头焊接。
2.如权利要求1所述的太阳能“平板式”热水器铝质黑体集热面钣，其特征还在于，所 述铝质面钣与导热铜管的安装选用导热铜管装入铝质面钣的槽道中卡合结构挤压固定，或 选用焊接夹紧固定。
3.如权利要求1或2所述的太阳能“平板式”热水器铝质黑体集热面钣，其特征还在于， 所述选用焊接夹紧固定的铝质面钣下设有铝质夹板，所述导热铜管置于铝质面钣与铝质夹 板之间夹紧焊接。
4.如权利要求1或3所述的太阳能“平板式”热水器铝质黑体集热面钣，其特征还在 于，所述铝质夹板选用整体式结构，或选用分体式结构。
5.如权利要求1所述的太阳能“平板式”热水器铝质黑体集热面钣，其特征还在于，所 述铝质面钣的仰光面上选用喷砂或选用化学腐蚀处理加工成亚光面。
6.如权利要求5所述的太阳能“平板式”热水器铝质黑体集热面钣，其特征还在于，所 述亚光面选用电化处理成深色表面。
全文摘要
本发明的太阳能“平板式”热水器铝质黑体集热面钣，其结构主要包括铝质面钣，进水铜管，导热铜管，出水铜管，铝质夹板。经亚光及电化处理的集热面钣形成了所谓黑体表面结构，使其表面的辐射吸收比α得到较大幅度的提高；通过提高面钣的热传递速率q，使q比面钣的平均温度与传热介质间的温度差q/T值由现技术的7.2W/℃提高到23.6W/℃，达到0.8mm铜质面钣的导热性能，而材料成本仅是其1/5，面钣的平均温度与导热管道内的传热介质间的温度差由12℃降低到4℃以下，储水温度得以升高8℃，故能提高“平板式”太阳能热水器的冬季水温9.5℃，达到冬季每吨洗浴用水节电11度的效果。相比0.25mm厚的铜质面钣，降低面钣材料成本44％，提高熱效率达36％，具有结构合理，工艺简单、成本低、效果明显之特点。
文档编号F24J2/50GK102062489SQ201110023039
公开日2011年5月18日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者李光华, 谢河 申请人:南京绿盾电气设备有限公司