CN103411321B - 一种平板式太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平板式太阳能集热器，包括本体、集热板芯和玻璃板，所述集热板芯采用蛇管式板芯，其特征在于所述本体由一块金属板材弯折焊接成一面开口的盒体，且该盒体的其中两个相对边往内部弯折成阶梯状，使盒体的内部空间在靠近开口处形成一个与玻璃板的尺寸吻合的凹槽安装位，所述玻璃板固定在该凹槽安装位上，所述集热板芯固定在凹槽安装位的阶梯状背面，集热板芯与本体之间形成一密闭空间，该密闭空间填充有发泡保温材料，集热板芯与玻璃板之间形成一散热空间，该散热空间的距离与阶梯厚度等同。本发明结构简单，刚性好，方便连接和检漏补救。提高了翅片效率和集热效率。减薄了集热器内部的空气厚度，降低了对流散热，也提高了保温性能。

Description

一种平板式太阳能集热器

技术领域

    本发明属于太阳能集热器结构领域，特别是涉及一种平板型太阳能集热器。

背景技术

由于能源的短缺和常规能源带来的环境污染，环保的可再生能源的利用成为一大热点。而“取之不尽，用之不竭”的太阳能越来越受到人们的重视和青睐。对太阳能的热利用也有常规的太阳能热水器向太阳能热泵，太阳能采暖，太阳能复合空调方向发展，所以高承压，抗冻，简单，可靠，寿命长，可以满足多种工质运行需要的多功能，高性能太阳能集热器成为解决这一问题的关键。

太阳能集热器是将太阳辐射能转化为热能的主要部件。根据集热方式和工作温度不同，一般分为聚焦式和非聚焦式两类。在非聚焦式中，主要有闷晒式集热器、平板式集热器和真空管式集热器等。能够采用制冷剂作为工质的只有平板式集热器。

平板太阳能热水器经过了几十年的发展，技术已经更趋成熟和完善，并具备了其它类型太阳能所不具备的优势特点。

1.特别适合与建筑一体化要求。平板太阳能热水器由于其平面结构特性，在太阳能的建筑一体化应用中，形态结构灵活随意，设计时不受形态或尺寸的约束，易于实现与建筑构件的结合。再加上它的集热板为金属材质，可方便采用丝结、焊接等连接方式，为安装、维护和使用提供了便利。

2.具有较高的热效率。平板太阳能集热器却是一个连续的平面，整个集热器表面都可以接受太阳光。所以，在相同的采光面积和日照强度下，平板太阳能热水器的日平均效率一般要高于真空管太阳能热水器。

3.具有良好的承压性能。由于平板太阳能集热器的吸热板是由金属管材料制成的，集热器与其他部件的连接也采用金属零件，因此，可承受较大的压力。

4.组成大***时性能稳定。对于一些大型的场所，如宾馆、游泳馆、工厂等地方，在使用太阳能热水器时，往往需要很多块太阳能集热器组成大规模的***。

现有常见的平板式太阳能集热器如附图1所示，由边框架11、密封压条12、采光玻璃13、保温气层14、吸热片15、传热介质管16、保温层17组成，采光玻璃13和吸热片15均卡装在边框11上，保温气层14位于采光玻璃13和吸热片15之间，保温层17固定设置在吸热片15的背面，传热介质管16等间隔分布在吸热片15中，采光玻璃13由密封压条12压封在边框1上。现有的平板式太阳能集热器大多使用翼片管为主的集热器条带，用连接管焊接组合成集热器板芯，其存在的主要问题如下：

1.这种结构的平板太阳能集热器的保温性能比较差，吸热片所吸收的热量一部分传递给传热介质管中的传热介质，成为可用的热量；而另一部分使保温气层内的气体温度升高，保温气层中的部分热量通过金属边框架和采光玻璃散失掉；还有一部分热量以长波辐射的形式直接穿过玻璃散失到外界。由于各部件之间接触不够紧密，存在较大的漏热。

2.这种结构的平板集热器构件比较多，刚性差，强度低，导致其机械性能比较低，安装的技术要求和限制多。

3.焊接接口多，焊接处容易发生腐蚀，承压能力差，容易泄漏，影响了寿命。

4.标准化程度比较低，不适合大规模标准化生产，最终产品的尺寸精度低。

采用密封压条结构，寿命短，易损件过，发生损坏时的维修比较困难。

采用总管结构，其传热工质的流速低，分配不均匀，影响了换热能力。

针对翼管式集热管芯的不足，现有技术也采用了蛇管式，如中国专利申请号为201010256406.8公开了一种板芯，用于平板型太阳能集热器，具体可以是管板式板芯或蛇管式板芯，包括吸热板和焊接在所述吸热板上的排管，所述排管具有与所述吸热板板面相接触的焊接平面，在横截面上可以呈“D”字形、矩形、三角形、开口闭合的“C”字形或开口闭合的“U”字形等形状。

但现有的集热器不管是采用翼管式还是蛇管式，其集热板芯和玻璃盖板安装在本体上，都是通过在本体的边框上设置支撑架，集热板芯和玻璃盖板放置在支撑架上并固定，该结构不仅存在安装复杂，强度低等问题，而且使得集热板芯和玻璃盖板之间，以及集热板芯、玻璃盖板和本体之间形成的散热空间较大，使得能耗流失严重。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种构件少，刚性好，安装和连接方便，效率高，适合与建筑结合的平板太阳能集热器。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种平板式太阳能集热器，包括本体、集热板芯和玻璃板，所述集热板芯采用蛇管式板芯，所述本体由一块金属板材弯折焊接成一面开口的盒体，且该盒体的其中两个相对边往内部弯折成阶梯状，使盒体的内部空间在靠近开口处形成一个与玻璃板的尺寸吻合的凹槽安装位，所述玻璃板固定在该凹槽安装位上，所述集热板芯固定在凹槽安装位的阶梯状背面，集热板芯与本体之间形成一密闭空间，该密闭空间填充有发泡保温材料，集热板芯与玻璃板之间形成一散热空间，该散热空间的距离与阶梯厚度等同。本发明的技术方案通过由一块金属般通过弯折焊接形成本体，且在弯折的过程还形成在本体的内部呈阶梯状，该阶梯状的两面分别安装玻璃板和集热板芯，使得本发明结构简单，所采用的构件最少，安装和连接均比较方便，而且可以通过设置阶梯状的具体结构，调整玻璃板与集热板芯之间的散热距离，且在集热板芯与本体所形成的空间填充发泡保温材料，有效降低了集热板芯的热能损耗。

所述的散热空间的距离可根据实际情况做出调整，提供为5-25mm，优选采用10mm。

所述本体采用整块钢板，钢板的四角均切掉一个长方形块，四边弯折焊接形成盒体，对应较长的相对两边弯折成阶梯状。

本发明的工作介质为水或制冷剂，故既能以工作介质为水的传统太阳能热水器方式使用，又能够以制冷剂作为工作介质的直膨式太阳能热泵蒸发器使用。

本发明的优点：用水或者制冷剂做载冷剂就可用，功能多，适应能力强；集热能力强，保温效果好，集热效率高；管路采用单根换热管，承压能力强，换热效果好；可以在无动力状态下靠自然对流方式运行，利于气液分离，提高了换热效果；寿命长，质量稳定，标准化程度高，适合大规模生产；厚度小，构件少，刚度好，易于安装，可以直接作为建筑外墙或屋面保温材料；方便连接，更换和维修方便。

附图说明

图1为常规平板式太阳能集热器示意图。

图2为本发明集热板芯的示意图。

图3为本发明本体的示意图。

图4为本发明组装的示意图。

图5为本发明外形与接管的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明的结构如附图4所示，包括本体1、集热板芯6、玻璃板4和保温材料5组成，所述集热板芯6由焊接一起的吸热板2和蛇管3组成。

其中本发明的本体结构如附图3所示，采用1-2mm的冷轧钢板，首先切掉四角，然后将四个边折成预设的阶梯状，成为边框，然后将四个角采用常规电弧焊焊接起来，制成平板太阳能集热器的本体1。

本发明的集热板芯6结构如附图2所示，将铜管弯制成所需的回路，形成蛇管3，并与整块铜板或者铝板所构成的吸热板2焊接成一个整体，在吸热板2的采光面上喷涂选择性吸收材料。

将集热板芯6放入本体1内，空腔内填充发泡保温材料5，起到保温，提高刚度的作用。在上部加盖高透光率的单层或者多层玻璃板4。本体1背板或者侧向预先焊接了支架连接件，与标准的支架相连。

更进一步，整个装置才外观看只有本体、玻璃板和支架三部分构成，只有两个外露的连接口8，减少了接口数量，并且是外露的，方便现场连接和检漏，补救也相对容易的多。蛇管3与吸热板2之间采用密实的焊接，减小接触热阻，提高了翅片效率和集热效率。采用选择性涂层增强太阳能吸收能力，而整块的吸热板2增大了接收面积，避免了采用翼片管时存在的缝隙，减薄了集热器内部的空气厚度，降低了对流散热，也提高了保温性能。

本发明的具体制备过程如下：

1、蛇管采用导热性能良好的铜管材料，适当增加管壁厚度，提高其承压能力，使工作介质当为水，采用较大管径的光管，从而降低随流动阻力，避免积垢和堵塞。用自动弯管机将铜管弯制成既定的蛇形，蛇形管由等间距的直线和相连接的圆弧构成封闭图形，根据出口接管位置不同而进行调整。蛇管以下进上出的方式布置，由于采用水做载冷工质，可以利用升温后密度降低而引起的浮升力，在无动力条件下按自然对流方式运行。

2、将整块的铜板或者铝板作为吸热板，将吸热板与弯制好的蛇管密实焊接，从而可以减小吸热板与蛇管之间接触热阻，提高换热性能。焊接之后可能存在较大的变形，需要经过一次冲压定形，这就获得了集热板芯。

3、将集热板芯无蛇管的一侧进行选择性吸收涂层，可以根据需要选择涂层的种类。

4、本体采用1-2mm的冷轧钢板，首先切掉四角，并预留集热板芯出口接管的开孔，然后根据图纸要求将四个边折成预设的阶梯状，成为边框，然后将四个角采用常规电弧焊焊接起来。根据安装的需要在背面或者侧面焊接支架连接件。

5、对本体进行去锈，酸洗，然后用环氧乙烷喷涂。可以提高本体的抗腐蚀能力，也可以采用不同的颜色，提高美观性，更好的与建筑结合。

6、将集热板芯放入本体内，依靠定位用的钢板定位。从预留的小孔注入聚氨酯发泡材料，靠专用的工具定位，带发泡完毕后，清理发泡形成的毛刺，特别是吸热板上的一定要清理干净。

7、将单层或者双层的高透光玻璃的四周垫上密封胶条，放入本地上部的卡槽内，靠不锈钢金属件固定，玻璃板的厚度与本体预留的槽等厚，这样安装好之后整个太阳能集热器成为一个平板，其尺寸稳定，刚度好，方便安装。

8、将集热板芯的外伸的两个接管上焊接阀门连接件，或者扩管，休整，现成安装时采用焊接或者卡套方式与总过连接，从而形成太阳集热器阵列。

Claims (8)

1.一种平板式太阳能集热器，包括本体、集热板芯和玻璃板，所述集热板芯采用蛇管式板芯，其特征在于，所述本体由一块金属板材弯折焊接成一面开口的盒体，且该盒体的其中两个相对边往内部弯折成阶梯状，使盒体的内部空间在靠近开口处形成一个与玻璃板的尺寸吻合的凹槽安装位，所述玻璃板固定在该凹槽安装位上，所述集热板芯固定在凹槽安装位的阶梯状背面，集热板芯与本体之间形成一密闭空间，该密闭空间填充有发泡保温材料，集热板芯与玻璃板之间形成一散热空间，该散热空间的距离与阶梯厚度等同，所述的散热空间距离为5-25mm，所述本体采用整块钢板，钢板的四角均切掉一个长方形块，四边弯折焊接形成盒体，对应较长的相对两边弯折成阶梯状。

2.根据权利要求1所述的平板式太阳能集热器，其特征在于所述的集热板芯放入本体内，用紧固件或钢片定位，所述的玻璃板位于本体内部上方，玻璃板采用压条或者螺栓固定，玻璃板与本体之间夹一层密封条，玻璃板与本体之间的侧向缝隙则采用耐候密封胶填充。

3.根据权利要求1所述的平板式太阳能集热器，其特征在于所述集热板芯由蛇管焊接在吸热板上构成，所述蛇管由单根铜管用自动弯管机弯成而成，蛇管的两个端口伸出本体外，成为两个外露的连接口，蛇管内注入水或者制冷剂，所述吸热板由铜板或铝板制作。

4.根据权利要求3所述的平板式太阳能集热器，其特征在于所述吸热板的采光面上喷涂选择性吸收材料。

5.根据权利要求1所述的平板式太阳能集热器，其特征在于所述本体的背板或边框处焊接有支架连接件，采用夹持或螺栓的连接方式与支架相连。

6.根据权利要求1所述的平板式太阳能集热器，其特征在于所述本体采用厚度为1-2mm的冷轧钢板制成。

7.根据权利要求1所述的平板式太阳能集热器，其特征在于所述玻璃板采用单层或多层高透过率玻璃盖板。

8.根据权利要求1所述的平板式太阳能集热器，其特征在于所述发泡保温材料为聚氨酯保温材料。