专利名称：承压式真空平板太阳能集热器的制作方法
技术领域：
承压真空平板太阳能集热器由双层真空玻璃板作为盖板，挤塑保温材料作为底
板和封边密封保温，铝制扁平管带作为介质流道。本发明属于太阳能应用技术领域，特 别涉及太阳能集热器、太阳能热泵集热/蒸发器结构设计。
背景技术：
太阳能集热器是太阳能热利用的主要部件。 国内应用较为广泛的是玻璃真空管的太阳能集热器，随着能源问题加剧，高层 建筑迫切需要应用太阳能集热器提供生活热水或进行冬季供暖，但是普通玻璃真空管集 热器不易与建筑物完美结合。而平板集热器由于造型美观，易于铺设在建筑物的顶面或 者立面上，与建筑物可以有机结合，因此受到越来越多的青睐。普通的太阳能平板集热 器覆盖的是聚碳酸酯透明盖板或者单层玻璃盖板，获得的太阳辐射热往往又通过辐射、 导热、玻璃外表面的空气对流散失到集热器周围的空气中，因此平板集热器的集热效率 一般低于玻璃真空管集热器。 普通的太阳能集热器的另一个缺点是无太阳辐射时，或者冬季太阳辐射不足 时，集热器因为辐射量不足而无法使水温升高到需要的温度。鉴于太阳能热水器的在阴 雨天无法提供合适温度热水的缺陷， 一种太阳能-空气复合热源热泵系统受到广大技术人 员的重视。太阳能热泵利用热泵工质在集热器中吸收太阳辐射蒸发，通过压縮机提高压 力后在高温下冷凝放热，可以提供较高温度的热水；而在没有太阳辐射时，热泵工质又 能够从空气中吸收热量，生产生活热水。 因此有必要发展一种既有利于与建筑物有机结合的高效平板集热器，这种集热 器既可以适用于普通的太阳能热水器，同时也可以作为太阳能-空气复合热源热泵的蒸发 器，可以全年有效的提供热水。
发明内容
技术问题本发明的任务是提出了一种适合太阳能-空气复合热源热泵用的新型 承压真空平板太阳能集热器。该集热器具有效率高、防冻性好、不易破裂等特点；并且 能够实现太阳能和空气双热源，解决了传统太阳能热水器受天气影响而系统不能全天候 运行的缺点；该集热器将平板集热器与高换热效率的管带式换热器以及翅片集于一体， 不仅可以以水为介质，作为普通的太阳能热水器集热器，还可以以制冷剂做为介质(作为 蒸发器)，构成太阳能-空气复合热源热泵运行。
技术方案本发明的承压式真空平板太阳能集热器包括玻璃盖板、端挡板、 底板、灌流风机、侧挡板、止回风阀、底部保温层、侧保温层、集热板、传热管、铝管 带、传热翅片；其中玻璃盖板由上玻璃盖板、下玻璃盖板、以及四周密封条构成； 相对的两个端挡板和相对的两个侧挡板围成一个空间，玻璃盖板和底板分别位于端挡板 和侧挡板的上下两侧形成一个整体；灌流风机位于端挡板上，止回风阀位于侧挡板的内侧，底部保温层位于底板上，侧保温层位于侧挡板内侧，在底部保温层上设有集热板， 在集热板上表面设有传热管，在集热板下表面设有传热翅片，铝管带位于集热板的下 方，铝管带上有若干热泵工质通道。 在上玻璃盖板、下玻璃盖板之间设置若干细珠，通过胶水粘结固定于上玻璃盖 板、下玻璃盖板之间，从而增加玻璃盖板的承压能力。 集热板与传热管焊接连接，尽可能减小传热管和集热板之间的接触热阻；水在 传热管中流动，集热板的背面连接铝制铝管带，铝管带的另一面焊接传热平铝板后再连 接传热翅片，热泵工质在铝管带中流动。 本发明提出的新型的承压真空平板太阳能集热器，真空平板采用双层玻璃盖 板，在上玻璃板盖板和下玻璃盖板之间放置一些细小的珠子，提高两玻璃板的承压能 力；并且上玻璃板盖板和下玻璃盖板之间的间隙抽成真空，其主要目的是通过两板之间 的真空，减少集热板对环境的对流热损失，提高集热器的集热效率；集热板与管带换热 器以及翅片集合为一体，同时在集热器的侧面安装风机，该平板集热器作为蒸发器可以 构成太阳能-空气复合热源热泵系统，在没有太阳辐射或太阳辐射很弱的时候，开启风 机，平板换热器可以从空气中吸取热量，通过热泵系统提升热量的品位，获得较高温度 的热水；在平板集热器的两端设置止回风阀，在不开启风机的时候，集热器内部空间不 会与外界空气相通，减少了太阳辐射强烈时集热器对外界环境的热损失。
利用该平板集热器可以组成如图6所示的太阳能-空气复合热源热泵热水器。在 太阳辐射强烈时，热泵系统不需运行，平板集热器与水箱构成分离式的真空平板太阳能 热水器运行。而在太阳辐射不够强烈时，热泵系统开启，风机不开，平板集热器吸收到 的太阳辐射热量被热泵工质吸收，通过热泵循环制取热水。在冬季或阴雨天等基本没有 太阳辐射情况下，由于无法吸收太阳辐射热，系统中水温无法升高。此时可以开启风机 和压縮机，热泵工质从空气中吸收热量，通过热泵压縮机，经热泵循环提高热量品位， 可以获得较高温度的热水。 有益效果本承压式真空平板太阳能空气集热器可以作为平板太阳能集热器运 行，同时也可以作为热泵的蒸发器运行。其有益效果为 l.系统采用在玻璃盖板中设置细微玻璃珠，增强玻璃盖板的承压能力，杜绝普 通玻璃在抽真空后容易受压破裂的弊端。 2.该真空平板太阳能空气集热器在太阳辐射强烈时可以作为太阳能热水器的平 板集热器使用。 3.该真空平板太阳能集热器在太阳辐射较弱的时候，作为太阳能热泵的蒸发器 运行，高效制取热水。 4.该真空平板太阳能集热器设置风机和止回风阀，在没太阳辐射的时候，作为 热泵的蒸发器运行，开启风机，制冷剂从空气中吸收热量，通过热泵循环获得较高温度 的热水。 该承压真空平板太阳能集热器可以有效的减少对环境的辐射和对流散热，而铝 扁平管带可以有效提高吸热效率，而且可以承受较高的压力。该集热器既可以作为普通 的水为介质的太阳能集热器，也可以作为太阳能热泵的蒸发器。集热器安装带有止回阀 的风机，在没有太阳辐射时，通过风机抽取空气进行强制对流，扁平管带中的热泵工质
4可以从空气中吸取热量。
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述 图1是本发明承压真空平板太阳能集热器外形示意图， 图2是本发明承压真空平板太阳能集热器端面示意图， 图3是本发明承压真空平板太阳能集热器A-A截面示意图， 图4是本发明承压真空平板太阳集热器B-B截面示意图， 图5，图6是本发明承压真空平板太阳集热器换热管、翅片的局部放大图， 图7是本发明承压真空平板太阳集热器构成的太阳能空气复合热源热泵系统图。
具体实施例方式
本发明的承压真空平板太阳能集热器18主要由玻璃盖板1，端挡板2，底板13， 灌流风机3，侧挡板4，止回风阀6，底部保温层12、侧保温层14，集热板15，传热管 11，铝管带IO，传热翅片16组成。玻璃盖板l由上玻璃盖板8，下玻璃盖板9，细珠7 以及四周密封条5构成。铝管带10上有若干热泵工质通道17。 真空平板集热器的热损失主要集中在通过真空玻璃盖板1向周围空气的传热。 为了减少传热。本设计中主要措施是将两玻璃板之间抽成真空，减少了集热板15对环境 的热量损失。高真空度可能造成玻璃盖板受压破裂，本发明提出在两块玻璃盖板之间设 置若干细珠7，通过胶水粘结固定于上玻璃盖板8、下玻璃盖板9之间，从而增加玻璃盖 板的承压能力。 集热板15与传热管11焊接，确保传热管和集热板之间接触热阻最小。水在传热 管中流动。集热板的背面焊接铝管带10，铝管带10的另一面焊接传热翅片16，热泵工 质在铝管带中流动。附着在集热器吸热板上的吸热涂层的优劣直接影响了太阳能热水器 的性能。吸热涂层总体上可分为非选择性涂层与选择性涂层两大类，区分它们吸热性能 的重要指标是其吸收比a与发射比e的比值a/e 。非选择性吸热涂层的a/e = 1 ; 选择性吸热涂层的a" >1，而且同为选择性吸热涂层， 一般比值越大者，性能越好。 吸热涂层的另一个重要指标是其耐候性，它的好坏关系到涂层以至热水器使用寿命的长 短。选择性阳极化涂层是目前广泛应用于平板式太阳能集热器上较理想的涂层，其a/e >3，使用寿命在十年左右。综合其吸热性能和使用寿命，本设计采用选择性阳极化涂 层。 在太阳辐射强烈的时候，热泵不工作，水在传热管ll中流动，吸取集热板15吸 收的辐射热量，水温升高后通过水管19进入水箱20，水箱中低温的水再进入传热管中继 续被加热。如此不断循环，获得所需温度的热水。 在太阳辐射不够强烈，水箱20中水只通过传热管11吸收辐射热量无法达到所需 温度时，可以开启热泵压縮机24。此时风机3可以不开，集热板15吸收的太阳辐射热量 传递给热泵工质，热泵工质在铝管带10中蒸发后变成气体，进入热泵压縮机24，升温升 压后进水箱中的螺旋盘管21中向水放出热量，热泵工质在螺旋盘管21中放出热量变为液体后，通过连接管22，节流阀23继续进入铝管带10中蒸发吸取集热板15吸收的热量。
在冬季或阴雨天没有太阳辐射时，水无法通过集热板15吸收太阳辐射。此时可 以开启热泵压縮机24。同时开启风机3，通过传热翅片16与空气的强制对流换热，热泵 工质可以高效吸取空气中的热量，吸热后的热泵工质在铝管带10中蒸发后变成气体进入 热泵压縮机24，升温升压后进水箱中的螺旋盘管21中，向水箱中的水释放热量。热泵工 质在螺旋盘管21中放出热量变为液体后，通过连接管22，节流阀23继续进入铝管带10 中蒸发，通过传热翅片16吸收空气中的热量。 在平板太阳能集热器的两端设置止回风阀6，止回风阀只允许空气向一个方向流 动，而且阻止其向另一个方向流动。通常这种阀门是自动工作的，在一个方向流动的流 体压力作用下，阀瓣打开；流体反方向流动时，由流体压力和阀瓣的自重合阀瓣作用于 阀座，从而切断流动。同时，旋启式止回阀在完全打开的状况下，流体压力几乎不受阻 碍，因此通过阀门的压力降相对较小，风机的能耗减少。止回风阀在风机不开的时候自 然关闭，集热器内空气与集热器外空气不会产生对流，因此平板集热器集热板得到的太 阳辐射热量不会由于集热器内空气与集热器外空气对流导致热损失。而风机开启时候， 在风机压头作用下，止回风阀会在压差的作用下自动开启。
权利要求
一种承压式真空平板太阳能集热器，其特征在于该集热器包括玻璃盖板(1)、端挡板(2)、底板(13)、灌流风机(3)、侧挡板(4)、止回风阀(6)、底部保温层(12)、侧保温层(14)、集热板(15)、传热管(11)、铝管带(10)、传热翅片(16)；其中玻璃盖板(1)由上玻璃盖板(8)、下玻璃盖板(9)、以及四周密封条(5)构成；相对的两个端挡板(2)和相对的两个侧挡板(4)、分别位于端挡板(2)和侧挡板(4)的上下两侧的玻璃盖板(1)和底板(13)共同位形成一个整体；灌流风机(3)位于端挡板(2)上，止回风阀(6)位于侧挡板(4)的内侧，底部保温层(12)位于底板(13)上，侧保温层(14)位于侧挡板(4)内侧，在底部保温层(12)上设有集热板(15)，在集热板(15)上表面设有传热管(11)，在集热板(15)下表面设有传热翅片(16)，铝管带(10)位于集热板(15)的下方，铝管带(10)中有若干热泵工质通道(17)。
2. 根据权利要求1所述的承压式真空平板太阳能集热器，其特征在于在上玻璃盖板 (8)、下玻璃盖板(9)之间设置若干细珠(7)，通过胶水粘结固定于上玻璃盖板(8)、下玻璃 盖板(9)之间，从而增加玻璃盖板的承压能力。
3. 根据权利要求1所述的承压式真空平板太阳能集热器，其特征在于集热板(15)与传 热管(ll)焊接连接，尽可能减小传热管和集热板之间的接触热阻；水在传热管中流动， 集热板的背面连接铝制铝管带(IO)，铝管带(IO)的另一面焊接传热平铝板后再连接传热翅 片(16)，热泵工质在铝管带中流动。
全文摘要
承压式真空平板太阳能集热器中，玻璃盖板(1)由上玻璃盖板(8)、下玻璃盖板(9)、以及四周密封条(5)构成；相对的两个端挡板(2)和相对的两个侧挡板(4)、分别位于端挡板(2)和侧挡板(4)的上下两侧的玻璃盖板(1)和底板(13)共同位形成一个整体；灌流风机(3)位于端挡板(2)上，止回风阀(6)位于侧挡板(4)的内侧，底部保温层(12)位于底板(13)上，侧保温层(14)位于侧挡板(4)内侧，在底部保温层(12)上设有集热板(15)，在集热板(15)上表面设有传热管(11)，在集热板(15)下表面设有传热翅片(16)，铝管带(10)位于集热板(15)的下方，铝管带(10)中有若干热泵工质通道(17)。
文档编号F25B39/02GK101691954SQ20091003620
公开日2010年4月7日 申请日期2009年9月25日 优先权日2009年9月25日
发明者张小松, 张月红, 李舒宏, 杨磊 申请人:东南大学