全封闭内聚光中温太阳能平板集热器的制造方法
【专利摘要】本实用新型属于太阳能集热器【技术领域】，更具体的说是一种全封闭的板式太阳能集热器，该集热器可以提供一百度以上的热水或者蒸汽的中温集热器领域。全封闭内聚光中温太阳能平板集热器，集热器由外壳、玻璃盖板、太阳能集热板以及集热管路组成，空腔部分填充有保温材料，太阳能集热板芯由截面为圆弧形的聚光板和吸热管组成，聚光板弧形的圆心位于吸热管的外圆周上，且吸热管位于聚光板内圆弧上方，吸热管表面镀制有吸热涂层，外壳为盆状，其上设置玻璃盖板，玻璃盖板与边框所述的聚光板下部与集热器边框通过密封条密封，聚光板下方与集热器空腔中填充有保温材料，吸热管与热水循环管路连通。本实用新型可以提供一种在具有高集热面积但同时减少散热面积的新型平板集热器，同时还通过采用全封闭箱体的结构，彻底避免了平板型太阳能集热器的呼吸现象。
【专利说明】全封闭内聚光中温太阳能平板集热器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于太阳能集热器【技术领域】，更具体的说是一种全封闭的板式太阳能集热器，该集热器可以提供一百度以上的热水或者蒸汽的中温集热器领域。
【背景技术】
[0002]目前市场上的太阳能集热器存在以下优缺点:
[0003]优点:
[0004]1、太阳能平板集热器的规格统一，一致性好。现在国内外基本都是采用2米Xl米的标准规格，具有成本低，便于建筑安装设计，同时安装使用可靠，安装在建筑物外观后与建筑物呈一体化，甚至建筑物直接作为幕墙使用。相对而言真空管集热器则规格大小不一，杂乱无章。只能用于高层壁挂同时安装后，因此现在国内外的做法是，国内不再推广，国外严禁使用。
[0005]太阳能平板集热器有效采光面积大，集热效率高。吸热板的面积与太阳能的面积与太阳能的集热器面积接近，有效采光面积达到95%。相对之下，太阳能真空管集热器的有效采光面积就小得多。就目前常用的0 58太阳能真空管集热器，其有效采光面积只占集热器面积的50%。其原因是真空管之间的间隙，真空管内部吸热管与外罩玻璃所占面积之和的间隙，以及集热器下部底托，上部保温联箱等都占有了很多有效采光面积。
[0006]但是不同的太阳能集热器同时存在以下缺点:
[0007]1、目前市场上的太阳能平板集热器的箱体是由四条框架、底板、盖板、玻璃拼装而成。框架与框架之间，框架与底板之间是用拉钉或铆钉连接固定。箱体存在很多缝隙，不密闭而透气。
[0008]平板型集热器器白天在阳光照射下温度达到60°C左右，夜间降至0°C左右，所以白天空气受热膨胀由框架的缝隙处排出，夜间又将相对湿度较大的湿空气吸入箱体内。这种现象太阳能行业的行话称之为“呼吸”现象。箱体内的保温是由岩棉或玻璃棉组成，这二种都是吸湿性很强的材料。所以早晨看到盖板玻璃内壁表面凝聚水汽。由此而导致以下几种影响太阳能平板集热器的集热效果:其一是玻璃盖板的内壁水汽影响了玻璃的透射率。行业标准规定透射率大于0.9，由于水汽的影响透射率大受影响，降至0.6左右。经过1-2小时的光照，水汽逐步排去，但严重影响了太阳能平板集热器的工作效率。另一方面这种“呼吸”现象昼夜循环，时间长了空气中的微小杂质吸入箱体随水汽蒸发而吸附在玻璃上，年长日久形成水溃，这种水溃在箱体内又无法清除，使盖板玻璃的透射率降低，影响集热效率。同时箱体内吸热板表面也会附上进入箱体内空气中的杂质。吸热板表面的吸收膜层的表面镀制是非常精密的，在镀膜时稍有变化就会很大程度上影响吸收率。所以空气中的杂质附上吸收膜层会导致太阳能平板集热吸收率严重下降。同时减少了太阳能平板集热器的使用寿命。其二是箱体内的岩棉和玻璃棉保温材料吸入湿气后本身就降低了保温性能，热损加大。在太阳照射下保温材料里的水汽获得能量被不断蒸发，等水汽蒸发完太阳热平板集热器才正常运行。期间获取的太阳能被水汽带走。其三是由于箱体内湿空气的存在，此时太阳能集热器向环境散发的热损较大。在盖板玻璃凝结水汽的情况下箱体内的空气相对湿度接近100%。以100%的湿空气与干空气的导入系数比较，湿空气入=5990W/ mk，干空气Λ =259ff/ mk，二者相差了 23 倍。
[0009](2)导致太阳能平板集热器运行温度低的另一原因是:平板集热器有效采光面积大，吸热效果好，但随着与环境温度的温差加大，向外散出的热损也大。导热、对流与热辐射这三种热传导方式都有存在着跟传热体的表面积成正比，和温差成正比。太阳能平板集热器的吸热板吸热时是正面向阳光一面吸热，计算热损时是正面、背面同时向环境传热。
[0010]目前普通太阳能平板集热器的吸热过程是太阳光照射金属吸热板表面，再由吸热板传热给与吸热板连成一体的金属管(金属管内是流动的水)，二根金属水管的平行距离约10-12公分，两根金属管的中间距离约5cm。温度只能从高传到低，由此中间点到水管的5cm距离有一个温度梯度，中间点为最高温度，太阳能平板集热器所需求的温度是金属管内的水温，但吸热板的平均温度要高出水温许多才能达到平衡。由于提高了吸热板的平均温度，吸热板与环境的温差大，因而热损也大。
[0011]上述的二个原因导致太阳能平板集热器运行温度低，目前主要市场在我国南方地区，其主要功能还局限于提供生活用热水。
【发明内容】
[0012]本实用新型的目的提供一种在具有高集热面积但同时减少散热面积的新型平板集热器，同时还通过采用全封闭箱体的结构，彻底避免了平板型太阳能集热器的呼吸现象。
[0013]为了达到上述 的技术目的，本实用新型采用的技术解决方案包括以下技术内容:
1.全封闭内聚光中温太阳能平板集热器，所述的集热器由外壳、玻璃盖板、太阳能集热板芯以及集热管路组成，空腔部分填充有保温材料，其特征在于:所述的太阳能集热板芯由截面为圆弧形的聚光板和吸热管组成，所述的聚光板弧形的圆心位于吸热管的外圆周上，且吸热管位于聚光板内圆弧上方，吸热管表面镀制有吸热涂层，所述的外壳为盆状，其上设置玻璃盖板，玻璃盖板与集热器边框之间及聚光板下部与集热器边框通过密封条密封，聚光板下方与集热器构成的空腔中填充有保温材料，所述的吸热管与热水循环管路连通。
[0014]所述的板芯由吸热管和片聚光板组成，所述的吸热管截面为圆形，聚光板截面为圆弧形，所述的聚光板为两片对称设置在吸热管截面圆心的下方，且内圆弧向上，所述的聚光板表面呈镜面状，所述的吸热管表面设置有太阳能吸热涂层。
[0015]所述的聚光板的圆弧形截面的圆心，位于吸热管外圆周的第四象限，在大于等于吸热管半径与11/10吸热管半径构成的四分之一圆环区域内。
[0016]所述的聚光板为两块，且两块聚光板的边缘相互紧贴在一起，使其截面形成一个双圆弧结构，再将上述的上述两块聚光板结合位置焊接在吸热管圆心垂线位置的外壁上。
[0017]所述的聚光板内圆弧设置有反射层，由金属或者塑胶材料制成。
[0018]所述的外壳为冲压工艺制作的一体结构的盆状，其边缘设置有安装楞，该安装楞通过铝合金型材安装条和密封条将外壳与玻璃盖板之间密封。
[0019]所述的保温材料为聚氨酯或者酚醛树脂。
[0020]所述的吸热管的截面为圆形。
[0021]所述的吸热管和外壳之间的间隙采用熔接、焊接、粘接任意一种方式进行固定和密封。
[0022]本实用新型通过采用上述的技术解决方案，本实用新型获得了以下积极的技术效果:
[0023]本实用新型所述的集热器箱体采用一次性整体冲压或铸造成型，利用盆状外壳替代传统箱体的边框、底板，彻底避免了边框、底板安装中相互之间的缝隙。进而通过在外壳边缘冲压出与玻璃盖板形状相配合的安装楞，再配合铝合金安装条和密封条的结构，简单可靠的实现了玻璃盖板和外壳之间的密封，获得了一种全封闭的平板型集热器箱体。从而彻底杜绝了太阳能行业行话所谓的“呼吸”弊病。提高了太阳能集热效率，保证了平板太阳集热器的使用寿命。同时降低了太阳能热利用的投资成本。
[0024]采用了内聚光技术制作的新型集热器板芯，将聚光板和吸热管共同构成的板芯设置在全封闭的箱体内，不进灰，长年使用反光率不受影响。采用内聚光技术的另一优点表现在:即保持了太阳能平板集热器有效采光而大的优点又克服了散热面积大的缺点。经计算本实用新型所述的吸收管表面积的总和是同样采光面积的太阳平板集热器的吸热板正、背二个面积的60%，因此同样温度下减少了 40%的热损。
[0025]本实用新型所述的聚光板是一种不跟踪聚光。目前常见的应用CPC复合抛物面聚光原理。复合抛物面是上世界七十年代美国人实用新型的，是由二个抛物面复合而成。由于抛物面的每点曲率半径都不同，制作精度相当高。采用冲压成型后离开模具后都有不同程度的变形。再放入固定位置使其恢复原形时都无法保证原来曲面每个点曲率半径。因此达不到所需的设计精度要求。正是由于这种理想化的设计精度要求与生产施工无法完成实现之间的矛盾，导致了因而至今已有四十年仍未得到推广。
[0026]本实用新型的聚光槽是复合圆弧曲面，其横截面是二个半径相等的弧线。由于圆弧上每个点的曲率半径相同，冲压成型后每点的应力相同，离开模具后的变形，待其放置固定位置时恢复原样时其曲率半径还是相同的。从而保证了聚光效果，在大幅度的降低了聚光板的生产加工难度的同时显著减低了生产成本。
[0027](4)本实用新型所述的保温层采用聚氨脂一次发泡制成，所制成的保温层是粘附填充在外壳和聚光板之间的空腔中。保温层和外壳之间不存在空气间隙。
[0028]与普通平板太阳能热水器采用垫放硬质岩棉和玻璃棉相比较有二个优点:首先是聚氨酯发泡材料的保温性能好，三种材料的导热系数聚氨脂入=0.021W/mk，岩棉入=0.037ff/mk玻璃棉入=0.038ff/mk,由此可见采用聚氨脂保温导热热损可减少43%。另外普通太阳能热水的保温层与箱体之间间隙有空气，随着箱内温度变化，间隙内的空气会产生自然对流，对流的挨热系数比空气的导热系数大得多。
[0029]综上所述，本实用新型的全封闭内聚光中温型平板集热器其优点在于:
[0030]Φ运行温度高，冬季-10度环境可提供90度热水，在北方地区不仅提供热水还可以用作保暖。夏季可提供150度的蒸气，供工业加热。
[0031]冬季采暖耗能占全球总能耗的16%，生活用热水占全球总能耗的2%，所以本实用新型所述的全封闭内聚光中温型平板太阳能集热器，商业前景和社会效益都很明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本实用新型所述全封闭内聚光太阳能平板集热器实施例的主视图。[0033]图2是本实用新型所述全封闭内聚光太阳能平板集热器实施例的横截面图。
[0034]图3是本实用新型所述全封闭内聚光太阳能平板集热器实施例中的聚光槽和吸热管的横截面放大图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
[0036]本实用新型是一种新型的全封闭内聚光中温太阳能平板集热器，其结构基本与传统的平板式太阳能集热器结构相同，即有集热器由外壳6、玻璃盖板7、太阳能集热板以及吸热管路组成，空腔部分填充有保温材料9，但是本实用新型进行了结构改进。首先是采用了全新的太阳能集热器板芯所述的太阳能集热板芯由截面为圆弧形的聚光板2和吸热管I组成，所述的聚光板2弧形的圆心位于吸热管I的外圆周上，而聚光板2的形状为标准的圆弧形状，且吸热管I位于聚光板内圆弧上方，这样就可以通过聚光板2将阳光反射到吸热管I表面，吸热管I表面镀制有吸热涂层，该涂层一般采用选择性吸收涂层，而这些吸热涂层可以在吸收照射到吸热管I表面上的阳光同时，还同时吸收由聚光板2反射来的阳光中的太阳能。吸热管I两端分别连接进水管和分流管，这样既可由吸热管I直接将热量传导给其中的水带走。由于这种传导过程非常直接，仅仅间隔了吸热管I的管壁，因此吸热I管表面的热能会迅速传递给其中的水，因此热效率非常高。另外所述的外壳6为盆状，该外壳6相对于传统太阳能集热器中的边框加底板。该外壳6是有金属板直接冲压而成的，这整体呈带有圆角的长方形状，因此外壳6具有整体结构。所述的外壳6为冲压工艺制作的一体结构的盆状，其边缘设置有安装楞10，该安装楞10通过铝合金型材安装条11和密封条12将外壳6与玻璃盖板7之间密封。这样就可以使上述的箱体得到全封闭的效果。彻底避免了由于温差造成的呼吸现象所产生的弊端。板芯和吸热管路等均设置在该封闭外壳6中，聚光板2下方与集热器空腔之间填充有保温材料9，所述的吸热管与吸热管路连通。吸热管路与外壳6之间设置有通孔，用于穿过上述的吸热管路。但该吸热管路与外壳6之间采用焊接或者熔接的方式固定为一体，这样在穿入吸热管路后，整个集热器相同依然处于密封状态。本实用新型采用的保温材料9为聚氨酯或者酚醛树脂发泡材料。当集热器板芯和吸热管路完全固定在外壳6中之后，即可在聚光板2下部与外壳6之间的空隙中填充上述的保温材料9。最后安装玻璃盖板7即可完成整个集热器的制作。
[0037]本实用新型的另外一个技术核心就是采用的全封闭内聚光中温太阳能平板集热器板芯，主要的技术改进是采用了聚光板2的结构，用于提升集热器板芯的热效率，同时降低集热器板芯的成本。现有的平板式太阳能集热器板芯基本都是采用复合集热器板芯，力口工时需要将板芯的翅片和吸热管进行压制复合，然后再在其上镀制吸热涂层，无论压制复合还是镀制涂层，其制作成本都非常高。为了提高集热片的热效率同时降低生产成本，本实用新型对传统的集热器板芯进行了一下的技术改进。设计了一种全封闭内聚光中温太阳能平板集热器板芯，主要的技术改进是采用了聚光板2的结构，具体为所述的板芯由吸热管I和聚光板2组成，所述的吸热管I截面为圆形，而且吸热管I表面设置有太阳能吸热涂层，一般情况下镀制的为选择性吸收膜层。所述的聚光板2截面为标准的圆弧形，且聚光板2为两片对称设置在吸热管I截面圆心的下方，或者这说聚光板2与吸热管I圆心垂线两侧对应设置，为了获得最大的采光面积，最好将上述的两块聚光板2紧贴设置，这样既可方便安装固定，同时也可以最大程度的利用有效的采光面积。所述的聚光板2表面呈镜面状，本实用新型中的聚光板2为金属或者塑胶镀制反光层构成。当然采用抛光金属板，例如:抛光铝板等具有良好反光性能的金属板直接压制也可以。以便将收集到的阳光聚光后反射到吸热管上，本实用新型中两块聚光板2的边缘相互紧贴在一起，即使其截面形成一个双圆弧结构，再将上述的上述两块聚光板2结合位置通过焊接固定在吸热管圆心垂线位置的外壁上。当然聚光板和吸热管二者之间的固定方式可以有很多种方式，例如:采用固定支架将二者连接在一起，或者在组装集热器的时候，分别固定在集热器上均可。所述的每个聚光板的圆弧形截面的圆心，位于吸热管外圆周的第四象限，即在大于等于吸热管半径与11/10吸热管半径构成的四分之一圆环区域内。这样可以保证聚光板反射的光线落到吸热管上。一般来讲，上述的聚光板的圆心最好坐落在吸热管外圆周，与水平呈45度夹角的位置，这样可以获得较好的聚光效果。
[0038]下面结合附图对本实用新型进行详细的描述:如图1所示聚光板2面的横截面为标准圆弧构成的双圆弧线，本实用新型在实际使用的时候，采用两片聚光板对称设置在吸热管I下方的两侧。该吸热管I横截面为标准的圆形。而聚光板2的截面标准圆弧形，且其圆弧形的内侧向上，即面朝太阳。左右两个聚光板2对称设置在吸热管I圆心所做垂线的两侧。如图1所示，二个圆弧形的聚光板的园心分别为O’标注为3和O”(标号4)，圆心O’和O’ ’落在吸热管I的截面的外圆周上，O’和O’ ’的吸热管截面的吸热管I圆心O (标号为5)为对称中心，F点是二对称圆弧的高点。S1、S2、S3是不同方向太阳光射在左边O’为圆心的圆弧而上，S1、S2光线在O’的左侧射入，根据几何定律，其反射光线一定在O’的右侧返回。由于F点贴近圆O的圆周，所以S1、S2的反射只能落在吸热管圆心O的圆周上被吸热管4表面上的选择性吸收垫层，所吸收转为热能，再将热量传导给吸热管4中的水。S3射落在O’的右侧，由于O’在圆O的圆周线上，在O’右侧射入太阳光均落在圆O的圆周线上。同理太阳光不同角度射向O’’的圆弧线上，其反射光也一定会射落到吸热管圆心O的圆周线上。另外图中的多条平行线为入射阳光反射的示意，这就证明了本实用新型所述的聚光板2可以将不同角度射入的太阳光线全部反射到吸热管I的表面，从而起到了完全的聚光效果。通过上面的描述可知，采用结构的聚光板2，由于聚光板2的聚光作用，在相同光照条件下，可以获得更高的吸热管表面温度，从而达到大幅提升集热器整体水温的目的，通过实验可知，采用这种结构的集热器可以使水温进入到一百度以上的中温集热器领域中。
[0039]以上所描述的仅为本实用新型的较佳实施例，上述具体实施例不是对本实用新型的限制。在本实用新型的技术思想范畴内，可以出现各种变形及修改，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本实用新型所保护的范围。
【权利要求】
1.全封闭内聚光中温太阳能平板集热器，所述的集热器由外壳、玻璃盖板、太阳能集热板芯以及集热管路组成，空腔部分填充有保温材料，其特征在于:所述的太阳能集热板芯由截面为圆弧形的聚光板和吸热管组成，所述的聚光板弧形的圆心位于吸热管的外圆周上，且吸热管位于聚光板内圆弧上方，吸热管表面镀制有吸热涂层，所述的外壳为盆状，其上设置玻璃盖板，玻璃盖板与集热器边框之间及聚光板下部与集热器边框通过密封条密封，聚光板下方与集热器构成的空腔中填充有保温材料，所述的吸热管与热水循环管路连通。
2.根据权利要求1所述的所述的全封闭内聚光中温太阳能平板集热器，其特征在于:所述的板芯由吸热管和片聚光板组成，所述的吸热管截面为圆形，聚光板截面为圆弧形，所述的聚光板为两片对称设置在吸热管截面圆心的下方，且内圆弧向上，所述的聚光板表面呈镜面状，所述的吸热管表面设置有太阳能吸热涂层。
3.根据权利要求1所述的全封闭内聚光中温太阳能平板集热器，其特征在于:所述的聚光板的圆弧形截面的圆心，位于吸热管外圆周的第四象限，在大于等于吸热管半径与11/10吸热管半径构成的四分之一圆环区域内。
4.根据权利要求1所述的全封闭内聚光中温太阳能平板集热器，其特征在于:所述的聚光板为两块，且两块聚光板的边缘相互紧贴在一起，使其截面形成一个双圆弧结构，再将上述的上述两块聚光板结合位置焊接在吸热管圆心垂线位置的外壁上。
5.根据权利要求1所述的全封闭内聚光中温太阳能平板集热器，其特征在于:所述的聚光板内圆弧设置有反射层，由金属或者塑胶材料制成。
6.根据权利要求1所述的全封闭内聚光中温太阳能平板集热器，其特征在于:所述的外壳为冲压工艺制作的一体结构的盆状，其边缘设置有安装楞，该安装楞通过铝合金型材安装条和密封条将外壳与玻璃盖板之间密封。
7.根据权利要求1所述的全封闭内聚光中温太阳能平板集热器，其特征在于:所述的保温材料为聚氨酯或者酚醛树脂。
8.根据权利要求1所述的全封闭内聚光中温太阳能平板集热器，其特征在于:所述的吸热管的截面为圆形。
9.根据权利要求1所述的全封闭内聚光中温太阳能平板集热器，其特征在于:所述的吸热管和外壳之间的间隙采用熔接、焊接、粘接任意一种方式进行固定和密封。
【文档编号】F24J2/24GK203810762SQ201420183740
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2013年4月24日
【发明者】俆鸿胜, 唐云铠, 赖来建 申请人:深圳市鹏桑普太阳能股份有限公司