CN204345947U - 整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器，属于能源类节能技术领域。该集热器包括边框、背板、底部保温材料、侧部保温板、具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯、太阳能光谱选择性吸收涂层、透明盖板、上集管和下集管，具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯上设有若干微流通道，全部微流通道下部与下集管连接并相通，全部微流通道上部与上集管连接并相通。该太阳能集热器强化换热流体与集热器板芯换热壁面的对流换热性能，降低集热器板芯的热损，以有效提高平板式太阳能集热器集的光热转化效率和集热效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器，属于能源类节能技术领域。
背景技术
取之不尽用之不竭的太阳辐射资源是世界上最重要的可再生能源之一，合理开发利用太阳能可有效降低常规能源的使用量，对节能减排具有重要意义。平板式太阳能集热器由于具有制造成本低廉、使用方便等优点，目前在太阳能热水与太阳能采暖***中获得了较广泛的应用。目前广泛应用的平板式太阳能集热器的板芯多采用管翅式结构，由多根管翅式集热单元并联而成。管翅式结构平板太阳能集热器翅片较薄、管径较大。翅片吸收太阳辐射能，温度升高，通过热传导将热量传至管壁。一方面，由于翅片较薄，其收集的太阳辐射能难以快速地传至管壁，并且翅片远离管壁部分的温度较高，热损失大。另一方面，由于管径较大，管内的流速较低，对流换热系数小，传至管壁的热量也难以快速传递给管内的水。因此，管翅式结构平板太阳能集热器的集热效率均较低。
目前，也有微热管阵列平板太阳能集热器的文献报道。微热管阵列平板太阳能集热器采用微热管阵列作为集热部件，通过热管内部工质的相变进行换热。工质在热管蒸发段吸热气化，流向热管冷凝端冷凝放热。当热管***漏及管内无不凝性气体时，热管传热性能优良。但微热管生产时需先抽真空，再充注工质，加工工艺复杂，制造成本高。由于热管的管内为负压，易发生泄漏。此外，在使用过程中，热管管内的工质与管壁发生反应，生成不凝性气体。一旦发生泄漏或生成不凝性气体，热管的换热性能急剧下降。可见，微热管阵列平板太阳能集热器使用寿命短，性能衰减快。
与常规的管内对流换热相比，管板式微流结构通道内的对流换热系数显著增加。在提高换热性能的同时，还可实现结构轻量化，并降低其自身热容。此外，管板式微流结构可采用挤压成型，加工工艺简单，制造成本低。管板式微流结构的外表面可用作太阳辐射的吸热面，且板面温度均匀。因此，管板式微流结构用于平板太阳能集热器，可有效提高平板太阳能集热器的热性能。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本实用新型提供一种整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器。本实用新型的目的在于提高平板式太阳能集热器的传热性能，强化换热流体与集热器板芯换热壁面的对流换热性能，降低集热器板芯的热损，以有效提高平板式太阳能集热器集的光热转化效率和集热效率，本实用新型通过以下技术方案实现。
本实用新型采用具有微流结构的长直微通道金属板作为太阳能集热板芯。长直微通道金属板的表面进行黑色阳极氧化处理，或在其采光面喷涂一层太阳能光谱选择性吸收涂层，以提高太阳能集热板芯对太阳辐射的吸收率。长直微通道金属板内的微流通道作为换热流体（水或者防冷液）的通道，换热流体与太阳能集热板芯均匀地充分接触，以减少传热热阻及强化水与集热器板芯换热壁面的对流换热性能，并降低集热器板芯的热损。在有太阳辐射的时候，换热流体流经长直微通道金属板内的微通道，有效地将太阳能集热板芯收集的太阳辐射能带走，用于向太阳能热水***供热。
一种整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器，包括边框8、边框8底部的背板10、边框8底部内部设有的底部保温材料9、边框8侧面内部的侧部保温板7、边框8上部内部并紧靠底部保温材料9的具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3、具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3上的太阳能光谱选择性吸收涂层4、边框8顶部的透明盖板6（玻璃或阳光板）、上集管1和下集管2，具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3上设有若干微流通道5，全部微流通道5下部与下集管2连接并相通，全部微流通道5上部与上集管1连接并相通。
所述有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3为单块长直微通道金属板或多块狭长的长直微通道金属板。
所述长直微通道金属板的材质为铝或铜，长度为1~3m，金属板的厚度为0.5~2m。
所述单个微流通道5截面长为0.5~5mm，宽为0.5~5mm。
所述上集管1和下集管2材质为铜管或铝管，分别采用钎焊、铝焊或铜焊与微流通道5焊接并相通。
所述太阳能光谱选择性吸收涂层4能采用对具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3表面进行黑色阳极氧化处理替换。
该整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器的工作原理为：
（1）太阳辐射透过透明盖板投射到具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3，具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3吸收太阳辐射能，温度升高；
（2）换热流体在热虹吸压头（对于自然循环太阳能热水***）或循环水泵（对于强制循环太阳能热水***）的作用下通过下集管2流入到具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3中，流经具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3的微流通道5有效地将太阳能集热板芯收集的太阳辐射能带走，用于向太阳能热水***供热；
（3）最后经热传递的水从上集管1中流出并进行储存。
本实用新型的有益效果是：本实用新型可有效强化强化换热流体与集热器板芯换热壁面的对流换热性能，减少集热器板芯传热热阻，集热器板芯表面温度较均匀，集热效率高，具有很强的实用性，可广泛适用于各种太阳能热水***。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图。
图中：1-上集管，2-下集管，3-具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯，4-太阳能光谱选择性吸收涂层，5-微流通道，6-透明盖板，7-侧部保温板，8-边框，9-底部保温材料，10-背板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。
实施例1
如图1所示，该整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器，包括边框8、边框8底部的背板10、边框8底部内部设有的底部保温材料9（厚度为5.0cm）、边框8侧面内部的侧部保温板7（厚度为5.0cm）、边框8上部内部并紧靠底部保温材料9的具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3、具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3上的太阳能光谱选择性吸收涂层4（以提高该集热器对太阳辐射能的光热转化效率）、边框8顶部的透明盖板6（高透光率的玻璃板，与具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3之间的空腔的高度取2cm）、上集管1和下集管2，具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3上设有若干微流通道5，全部微流通道5下部与下集管2连接并相通，全部微流通道5上部与上集管1连接并相通。
以制造采光面积为2m2的集热器为例，有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3采用10块宽长直微通道金属板（每块金属板长度为1m、宽度为0.1m）焊接组成，有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3的材质为铝，长度为1m，厚度为2m，单个微流通道5截面长为2mm，宽为1mm。
其中上集管1和下集管2材质为铜管，分别采用钎焊与微流通道5焊接并相通；侧部保温板7、底部保温材料9采用聚苯乙烯泡沫板或聚氨酯。
实施例2
该整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器，包括边框8、边框8底部的背板10、边框8底部内部设有的底部保温材料9、边框8侧面内部的侧部保温板7、边框8上部内部并紧靠底部保温材料9的具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3、具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3上的太阳能光谱选择性吸收涂层4、边框8顶部的透明盖板6（阳光板）、上集管1和下集管2，具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3上设有若干微流通道5，全部微流通道5下部与下集管2连接并相通，全部微流通道5上部与上集管1连接并相通。
其中有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3为单块长直微通道金属板；长直微通道金属板的材质为铜，长度为3m，宽度为1m，金属板的厚度为0.5m；单个微流通道5截面长为0.5mm，宽为0.5mm；上集管1和下集管2材质为铝管，分别采用铝焊与微流通道5焊接并相通；
实施例3
该整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器，包括边框8、边框8底部的背板10、边框8底部内部设有的底部保温材料9、边框8侧面内部的侧部保温板7、边框8上部内部并紧靠底部保温材料9的具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3、具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3上的太阳能光谱选择性吸收涂层4、边框8顶部的透明盖板6（阳光板）、上集管1和下集管2，具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3上设有若干微流通道5，全部微流通道5下部与下集管2连接并相通，全部微流通道5上部与上集管1连接并相通。
其中有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3为两块长直微通道金属板钎焊而成；长直微通道金属板的材质为铜，长度为1.5m，宽度为0.5m，金属板的厚度为1m；单个微流通道5截面长为5mm，宽为5mm；上集管1和下集管2材质为铝管，分别采用与微流通道5焊接并相通；太阳能光谱选择性吸收涂层4能采用对具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯3表面进行黑色阳极氧化处理替换。
上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器，其特征在于：包括边框（8）、边框（8）底部的背板（10）、边框（8）底部内部设有的底部保温材料（9）、边框（8）侧面内部的侧部保温板（7）、边框（8）上部内部并紧靠底部保温材料（9）的具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯（3）、具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯（3）上的太阳能光谱选择性吸收涂层（4）、边框（8）顶部的透明盖板（6）、上集管（1）和下集管（2），具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯（3）上设有若干微流通道（5），全部微流通道（5）下部与下集管（2）连接并相通，全部微流通道（5）上部与上集管（1）连接并相通。
2.根据权利要求1所述的整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器，其特征在于：所述有微流结构强化换热的太阳能集热板芯（3）为单块长直微通道金属板或多块狭长的长直微通道金属板。
3.根据权利要求2所述的整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器，其特征在于：所述长直微通道金属板的材质为铝或铜，长度为1~3m，金属板的厚度为0.5~2m。
4.根据权利要求3所述的整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器，其特征在于：所述单个微流通道（5）截面长为0.5~5mm，宽为0.5~5mm。
5.根据权利要求1至4任意所述的整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器，其特征在于：所述上集管（1）和下集管（2）材质为铜管或铝管，分别采用钎焊、铝焊或铜焊与微流通道（5）焊接并相通。
6.根据权利要求1至4任意所述的整体板式微流结构强化换热平板太阳能集热器，其特征在于：所述太阳能光谱选择性吸收涂层（4）能采用对具有微流结构强化换热的太阳能集热板芯（3）表面进行黑色阳极氧化处理替换。
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