具有储热功能的太阳能集热平板的制作方法

本发明涉及太阳能集热板技术领域，具体涉及一种具有储热功能的太阳能集热平板。

背景技术：

太阳能集热板是一种吸收太阳辐射能量并向工质传递热量的装置，目前用于对水加热的太阳能集热板一般采用先将水箱与太阳能集热板上的介质循环管连接，使太阳能集热板对介质循环管内的介质加热，再通过介质循环泵将加热后的介质引流到水箱内的介质层，使热介质对水箱内的水进行加热。这一加热方式就必须要使用水箱和介质循环管，而对于使用太阳能集热板的用户，尤其是家庭用户，水箱的安装会占用一定的室内空间，而且产品制造成本高，导致产品价格高。

相变材料(pcm-phasechangematerial)是一种随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质。在太阳能集热领域，可以采用相应型号和种类的相变材料进行储热，通过相变材料中存储的热能对水进行加热。但是将相变材料存储在封闭空间内需要考虑相变材料汽化而产生的体积变化，相变材料在吸收热量后达到汽化温度后会从固态转变为液态，随着温度的上升，会继续从液态转变为气态，例如部分相变材料的汽化温度在70℃左右，一旦温度高于该汽化温度70℃，相变材料则会发生汽化转变为气态，体积膨胀，因此对于存储相变材料的容器需要极高的强度。

技术实现要素：

本发明提供了一种太阳能集热平板，内置相变材料，利用相变材料储热并直接对水进行加热，具有储热功能，减少对水箱和介质循环管的使用。

本发明的技术方案包括壳体、吸热板、吸热管及水循环管，所述吸热板上具有多个交替排列的突出部和凹陷部，所述突出部的截面为弧形结构，吸热板的每个突出部背光侧对应设置一根吸热管，吸热管外壁与吸热板背光侧紧贴，所述吸热管内设置水循环管，吸热管内壁与水循环管之间填充相变材料，所有水循环管依次通过短管连通形成单向通路，通路一端连接外界水源，另一端连接热水用户端。

所有吸热管两端通过端盖封闭，同侧的端盖通过管支架连接，所述管支架包括u形支架和连接板，每个端盖外端面固定连接一u形支架，吸热管同侧的u形支架通过连接板连接，所述连接板与壳体内侧壁固定连接。

上述结构的有益效果在于：上述结构的太阳能集热平板摒弃传统的采用介质加热后介质在水箱内对水进行加热的方式，不需要使用水箱、介质及介质循环管，吸热管直接与吸热板背光侧紧贴连接，使相变材料吸热后存储热能并对水循环管内的水进行加热，再供给用户使用，结构更加简单，对于城市用户来说，不需要在室内安装水箱，大大释放了室内空间，不影响室内的装修和美观。

在上述发明的基础上，本发明还提供了一种太阳能集热平板，内置相变材料，除了利用相变材料储热并直接对水进行加热，减少对水箱和介质循环管的使用外，吸热板和吸热管采用可分离式设计，能够有效对相变材料进行温度控制，防止出现相变材料因持续受热发生汽化而导致吸热管炸裂的问题。

本发明的技术方案在于：包括壳体、吸热板、吸热管、水循环管、管支架、支架推移机构及微控制器，所述吸热板上具有多个交替排列的突出部和凹陷部，所述突出部的截面为弧形结构，吸热板的每个突出部对应设置一根吸热管，多根吸热管两端分别通过管支架连接，所述吸热管内设置水循环管，吸热管内壁与水循环管之间填充相变材料，所述支架推移机构包括驱动机构和传动机构，所述驱动机构连接微控制器和传动机构，传动机构连接管支架，以带动管支架移动，使吸热管既能够与吸热板接触又能够与吸热板分离。

作为上述方案的优选，所述壳体前侧面设置开口，吸热板纵向设于开口处，吸热板上侧边和下侧边分别与壳体内侧固定，吸热板突出部的轴线沿水平方向，凹陷部的背光侧设有多根支撑杆，所述支撑杆另一端固定在壳体底部，吸热管设于吸热板突出部的背光侧，所述壳体开口处吸热板的迎光侧还设有导光板，所述导光板固定在壳体开口处的侧壁。

作为上述方案的优选，所述吸热管两端通过端盖封闭，所述管支架包括u形支架和连接板，每个端盖外端面固定连接一u形支架，吸热管同侧的u形支架通过连接板连接，所述连接板外侧设有顶块，所述顶块与传动机构连接。

作为上述方案的优选，所述壳体内的左、右侧面各设有两处槽体，每处槽体内均设有驱动机构和传动机构。

作为上述方案的优选，所述驱动机构为步进电机，所述步进电机输出轴上套设齿轮，传动机构为齿条，所述齿条垂直壳体前侧面设于槽体的下侧面，齿条与齿轮啮合，齿条下方设有滑槽，齿条下底面设有滑块，所述滑块与滑槽配合，所述齿条一端固定连接所述管支架上的顶块。

作为上述方案的另一种优选，所述驱动机构为步进电机，传动机构为传送带，步进电机连接传送带，所述顶块固定在传送带上。

作为上述方案的优选，所述吸热管内的水循环管依次通过短管连接，并与外界水源及用户端连接，形成单向通路，吸热管的一侧端盖内侧面设有温度传感器，用以检测相变材料的实时温度，所述传感器与微控制器连接。

作为上述方案的优选，所述壳体内还设有保温装置，所述保温装置包括底板及设于底板上的多组保温板组件，每组保温板组件包括两块水平平行设置的保温板单体及一块截面为半圆弧形的连接板，两块保温板单体的悬臂端为弹性部，能够相对弯曲，形成半圆柱状包覆面，且两保温板单体悬臂端弯曲后的侧面能够接触，两块保温板单体内设置一块连接板，所述连接板的弧形开口侧朝向吸热管，连接板内侧壁为保温层，每根吸热管对应由一组保温板组件的两块保温板单体夹持，当吸热管朝向吸热板移动时，每组保温板组件的两块保温板单体悬臂端克服弹力向外张开，将吸热管前侧面露出与吸热板接触，当吸热管背向吸热板移动时，每组保温板组件的两块保温板单体悬臂端在弹力作用下向内合拢，直至两悬臂端的侧面接触，将吸热管前侧面包覆，同时连接板的内侧壁与吸热管后侧壁贴合。

作为上述方案的优选，所述保温装置底板上相邻两组保温板组件之间的区域设有多个用以支撑杆穿过的通孔。

作为上述方案的优选，所述保温板单体包括一块硬质平板及与该硬质平板连接且具有弹性的金属板，同组保温板组件两块保温板单体的金属板相对弯曲成四分之一圆柱面结构，同组保温板组件的两块保温板单体的金属板上相对的侧面设有保温层。

本发明的有益效果在于：

1、上述结构的太阳能集热平板摒弃传统的采用介质加热后介质在水箱内对水进行加热的方式，不需要使用水箱、介质及介质循环管，吸热管直接与吸热板背光侧紧贴连接，使相变材料吸热后存储热能并对水循环管内的水进行加热，再供给用户使用，结构更加简单，对于城市用户来说，不需要在室内安装水箱，大大释放了室内空间，不影响室内的装修和美观。

2、本领域技术人员应知晓，相变材料一旦超过汽化温度，会汽化成为气态，如果集热平板没有温控措施，则需要高强度的吸热管才能防止因相变材料汽化发生的吸热管炸裂的问题，本发明中即采用了相应的温控措施，驱动机构能够根据吸热管内相变材料的温度及微控制器中设定的参数控制吸热管于吸热板接触和分离，从而能够有效控制相变材料吸收的热量，以控制相变材料的温度，防止相变材料因温度过高而发生汽化，使吸热管的强度要求降低。

3、在本发明中，可以有效对吸热管进行保温，降低吸热管在未与吸热板接触时的热量散失。

附图说明

图1和图2为本发明实施例一的整体结构示意图。

图3为本发明实施例一的内部结构示意图。

图4为本发明实施例一的吸热管与管支架连接的结构示意图。

图5和图6为本发明实施例二的整体结构示意图。

图7为本发明实施例二的内部结构示意图。

图8为图7中的局部结构放大示意图。

图9为本发明实施例二中支架推移机构的结构示意图。

图10和图11为本发明实施例二中吸热板的结构示意图。

图12和图13为本发明实施例二中吸热管与管支架连接的结构示意图。

图14为本发明实施例二中保温装置的结构示意图。

图15为本发明实施例二保温装置中保温板组件的结构示意图。

图16为本发明实施例二中吸热管与吸热板接触时的示意图。

图17为本发明实施例二中吸热管与吸热板分离后的示意图。

图18为本发明实施例二中保温装置的立体结构示意图。

图19为本发明实施例二中电气控制系统的示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的实施例。

实施例一

如图1-图4所示，本发明的技术方案包括壳体1、吸热板2、吸热管3及水循环管9，所述吸热板2上具有多个交替排列的突出部201和凹陷部202，所述突出部201的截面为弧形结构，吸热板2的每个突出部背光侧对应设置一根吸热管3，吸热管3外壁与吸热板2背光侧紧贴，所述吸热管3内设置水循环管9，吸热管3内壁与水循环管9之间填充相变材料7，所有水循环管9依次通过短管连通形成单向通路，通路一端连接外界水源，另一端连接热水用户端。

所有吸热管3两端通过端盖封闭，同侧的端盖通过管支架8连接，所述管支架8包括u形支架801和连接板802，每个端盖外端面固定连接一u形支架801，吸热管3同侧的u形支架801通过连接板802连接，所述连接板802与壳体1内侧壁固定连接。

在本实施例中，采用吸热管与吸热板紧贴设计，通过吸热板吸收太阳能热量，直接传递给吸热管，再通过吸热管传递给相变材料，相变材料将热量存储，并对水循环管内的水进行加热，这一方式相比于传统太阳能集热板，减少了对加热介质、介质循环管以及水箱的使用，水直接通过水循环管加热后送到热水用户端，快捷方便，加热效率高，太阳能利用率高，减少了能量损失，而且结构简单，有效节省室内空间。

但是考虑到部分相变材料的汽化温度较低，如果吸热管持续接受吸热板的热量对相变材料进行加热，有可能会导致相变材料发生汽化而体积膨胀，如果吸热管的抗压强度不够，则有可能导致吸热管炸裂。为了解决这一问题，提出实施例二的技术方案。

实施例二

如图5-图19所示，本实施例的结构包括壳体1、吸热板2、吸热管3、水循环管8、管支架8、支架推移机构及微控制器，所述吸热板2上具有多个交替排列的突出部201和凹陷部202，所述突出部201的截面为弧形结构，吸热板2的每个突出部201对应设置一根吸热管3，多根吸热管3两端分别通过管支架8连接，所述吸热管3内设置水循环管8，吸热管3内壁与水循环管8之间填充相变材料7，所述支架推移机构包括驱动机构和传动机构，所述驱动机构连接微控制器和传动机构，传动机构连接管支架8，以带动管支架8移动，使吸热管3既能够与吸热板2接触又能够与吸热板2分离。

在本实施例中，所述壳体1前侧面设置开口，吸热板2纵向设于开口处，吸热板2上侧边和下侧边分别与壳体1内侧固定，吸热板2突出部201的轴线沿水平方向，凹陷部202的背光侧设有多根支撑杆203，所述支撑杆203另一端固定在壳体1底部，吸热管3设于吸热板2突出部201的背光侧，所述壳体1开口处吸热板2的迎光侧还设有导光板10，所述导光板固定在壳体1开口处的侧壁。

在本实施例中，所述吸热管3两端通过端盖封闭，所述管支架8包括u形支架801和连接板404802，每个端盖外端面固定连接一u形支架801，吸热管3同侧的u形支架801通过连接板404802连接，所述连接板404802外侧设有顶块803，所述顶块803与传动机构连接。

在本实施例中，所述壳体1内的左、右侧面各设有两处槽体，每处槽体内均设有驱动机构和传动机构。

在本实施例中，所述驱动机构为步进电机5，所述步进电机5输出轴上套设齿轮12，传动机构为齿条6，所述齿条6垂直壳体1前侧面设于槽体的下侧面，齿条6与齿轮12啮合，齿条6下方设有滑槽14，齿条6下底面设有滑块13，所述滑块13与滑槽14配合，所述齿条6一端固定连接所述管支架8上的顶块803。

在本实施例中，所述吸热管3内的水循环管8依次连接，并与外界水源及用户端连接，形成通路，吸热管3的一侧端盖内侧面设有温度传感器，用以检测相变材料7的实时温度，所述传感器与微控制器连接。

在本实施例中，所述壳体1内还设有保温装置4，所述保温装置4包括底板401及设于底板401上的多组保温板组件，每组保温板组件包括两块水平平行设置的保温板单体402及一块截面为半圆弧形的连接板404，两块保温板单体402的悬臂端403为弹性部，能够相对弯曲，形成半圆柱状包覆面，且两保温板单体402悬臂端弯曲后的侧面能够接触，两块保温板单体402内设置一块连接板404，所述连接板404的弧形开口侧朝向吸热管3，连接板404内侧壁为保温层405，每根吸热管3对应由一组保温板组件的两块保温板单体402夹持，当吸热管3朝向吸热板2移动时，每组保温板组件的两块保温板单体402悬臂端克服弹力向外张开，将吸热管3前侧面露出与吸热板2接触，当吸热管3背向吸热板2移动时，每组保温板组件的两块保温板单体402悬臂端在弹力作用下向内合拢，直至两悬臂端的侧面接触，将吸热管3前侧面包覆，同时连接板404的内侧壁与吸热管3后侧壁贴合。

在本实施例中，所述保温装置底板上相邻两组保温板组件之间的区域设有多个用以支撑杆穿过的通孔。

在本实施例中，所述保温板单体402包括一块硬质平板及与该硬质平板连接且具有弹性的金属板，金属板设于硬质平板的悬臂端403，同组保温板组件两块保温板单体402的金属板相对弯曲成四分之一圆柱面结构，同组保温板组件的两块保温板单体402的金属板上相对的侧面设有保温层405。

上述结构的工作原理如下：

假定吸热板2圆弧形突出部201的背光侧先与吸热管3外壁贴合，吸热板2吸收太阳光的热量，并将热量传递给吸热管3(吸热管3采用铜管)，吸热管3吸收热量后将热量存储在相变材料7内，相变材料7对内部的水循环管8加热，从而使水循环管8内的水温度逐渐升高，以达到对水加热的目的。在这一加热过程中，不需要使用加热介质循环到水箱内对水加热，直接通过相变材料7对水加热，减少使用水箱和介质循环管以及介质，从而不需要在室内安装水箱，有效节省空间，以及减少管路的布设。

但是上述过程中，持续加热会使吸热管3内的相变材料7温度不断升高，而当前的部分相变材料7在温度过高时，会发生汽化现象，一旦相变材料7汽化，则体积发生膨胀，因此如果不控制相变材料7的温度，则需要使用抗高压的吸热管3。对此，在本实施例中，采用控制相变材料7的温度来解决这一问题。

在壳体1内设置驱动电机和传动齿条6，齿条6与管支架8固定连接，通过电机驱动齿条6发生水平方向的往复直线移动，能够带动吸热管3整体朝向或者背向吸热板2移动，以实现吸热管3与吸热板2的接触和分离。而控制电机启动的则是设置于吸热管3两端盖内侧的温度传感器，温度传感器能够实时检测相变材料7的实时温度，一旦相变材料7实时温度超过了预设温度，微控制器启动电机工作，电机带动齿条6通过管支架8拉动吸热管3向后移动，与吸热板2分离，一般吸热管3与吸热板2分离，则相变材料7温度不会再上升，存储在相变材料7内的热量会继续持续对水循环管8加热。当相变材料7温度降低到预设温度以下，则微控制器驱动电机反转，使吸热管3与吸热板2再次接触，吸热板2对吸热管3进行加热。这一过程即可有效防止相变材料7的温度过高而发生汽化的问题。在这一过程中，微控制器控制电机转动的角度为特定值，即每次齿条6的前进和后退距离为定值，只要保证吸热管3与吸热板2分离和接触即可。

由于吸热板2为弯曲的薄板件，因此在吸热板2的背光侧设置多跟支撑杆，用以对吸热板2进行支撑，防止吸热管3与吸热板2接触时，吸热板2发生前凸现象而损坏。

在本实施例中，对于吸热管3的保温也提出了相应的技术方案。即在壳体1内设置了保温装置，尤其用于吸热管3与吸热板2分离后的保温。保温板单体402的悬臂端为具有弹性的金属板，金属板内侧面设置保温层405，金属板前端始终保持与吸热管3外壁接触，在吸热管3与吸热板2接触时，保温板单体402由于其弹力作用，会夹持在吸热管3的上侧和下侧，当吸热管3逐渐离开吸热板2时，吸热管3相对于保温板单体402向后滑动，在金属板回复力的作用下，金属板逐渐向前将吸热管3前侧包覆，直至吸热管3与保温板单体402之间的半圆弧形连接板404内侧面接触时，两块弹性金属板完全将吸热管3包覆，此时在金属板和连接板404的共同包覆下对吸热管3进行保温，以有效减少吸热管3内相变材料7温度的散失。

对于本实施例中的支架推移机构还可以采用电机皮带传动的方式，驱动机构为步进电机，传动机构为传送带，步进电机连接传送带，顶块固定在传送带上，以实现对吸热管的推移。

在本实施例中，家用电路为电机和微控制器供电，微控制器通过接收温度传感器的温度信号后控制步进电机动作属于现有技术，因此在本实施例中不具体描述微控制器与温度传感器和步进电机的具体结构及连接情况。

上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。