專利名稱：一種相變太陽能集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相變太陽能集熱器，尤指一種集熱器吸光翅板角度可設(shè)定的、可懸置安裝使用的平板式太陽能集熱器。
平板式太陽能集熱器是太陽熱利用中最常見的能量采集與轉(zhuǎn)換器，用于吸收來自各個方向的入射的直射光與散射光，將光能轉(zhuǎn)為熱能輸出，最常見的應(yīng)用是與儲水箱等組成太陽能熱水器。
由于太陽能輻射能是一種密度較低的且時常在變化的能量，其接收面累積輻射強(qiáng)度隨太陽緯度和一天中日光高度的變化呈規(guī)律性的變化。根據(jù)太陽入射四季的變化，入射角在0°～90°間接受光強(qiáng)的變化可達(dá)17％，雖然在0°～45°間，此種變化對光強(qiáng)的影響較小，但變化范圍超過45°，地處低緯度地區(qū)及日光不足的三類日光輻照區(qū)域，消除這種變化產(chǎn)生的損失帶來的增益對諸如太陽能熱水器使用效率的提高還是很有意義的。
除此之外，如果能對接收平面內(nèi)輻射接收面方向作出較佳的技術(shù)調(diào)整，使得一日中太陽隨日照高度變化中隨入射角度變化的平面內(nèi)，被反射及散射出的太陽能集熱器輻射能得到最大程度的截留與利用，則隨日照方向的變化，在集熱器上可獲得的光輻射增益連同調(diào)節(jié)跟蹤太陽緯度變化所產(chǎn)生的增益之和可增加20％以上，這種增益對于日平均熱效率已近55％左右的平板式太陽能熱水器是難得的；對于冬季日光不足、產(chǎn)生熱水溫度在35℃左右的三類日照輻射區(qū)域的平板式太陽能熱水器是寶貴的。
現(xiàn)有技術(shù)對平板集熱器平板吸熱表面進(jìn)行了除選擇性吸收表面涂鍍外的結(jié)構(gòu)改進(jìn)；如中國專利CN2421591公布了一種由大小不同的復(fù)合鋸齒狀吸熱表面結(jié)構(gòu)設(shè)計的分體安裝懸置式太陽能熱水器，其利用復(fù)合鋸齒面減少反射光，同時又通過增加吸收表面積以提高對散射光的吸收效率而提高吸熱效率，使日光的反射吸收率得到提高，但是，通過對復(fù)合鋸齒面的反射分析可知其入射光經(jīng)過2～4次反射吸收后便折離集熱器，因此從能量的觀點(diǎn)來看，吸收損失較大。
另一個中國專利CN2284934采用了陷落式直板葉片集熱裝置的吸熱面結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過集熱管軸向平行的葉片及與葉片γ夾角為0°～179°的平板型等的折邊設(shè)置，增加對日光反射能量的多次反射與吸收。顯而易見，當(dāng)平行葉片間距較大時，或當(dāng)葉片與折邊的γ夾角大于90°后，隨著該夾角的增大、日照高度變化入射角增大時，日光輻射或反射穿越葉片寬度漏出的能量損失也越大。
此外，分體式安裝的懸置式太陽能平板集熱器，希望垂直設(shè)置或盡可能地與建筑墻面貼緊，此時，上述技術(shù)中采用的吸熱面設(shè)置都偏近在水平面，這對于在22°以下的低緯度地區(qū)使用尤其不利，冬季集熱器垂直懸置設(shè)置時，由于太陽緯度角最小，加上日照高度的變化，使得相當(dāng)部分日光的入射角大于45°，集熱器效率很低；若將集熱器安裝底角調(diào)大，使入射光與吸熱面近似垂直，則底角近45°度時，外傾部分會明顯過于凸出，這會給通常建筑層間高度在3.10米以下的下層住戶造成窗戶采光遮擋，如此還會損害集熱器與建筑立面結(jié)合的外觀和諧，造成新的視覺污染。
另一方面，太陽能集熱器在室外長期使用后易積塵、積污和積雪，造成日光輻射的透射率降低，需要定期進(jìn)行清洗，因此，易清洗性是保證太陽能集熱器熱效率穩(wěn)定性的一個重要指標(biāo)，一般集熱器使用一段時間后，由于積塵不便造成透射率降低可達(dá)20％以上，使熱效率難以保持穩(wěn)定，集熱器懸空外伸尺寸越大，清潔保養(yǎng)與使用維護(hù)越不便；對于在中高層建筑中使用的室外懸置式集熱器，由于高空風(fēng)力比地面大，所以集熱器懸空外伸尺寸越大，所以風(fēng)力負(fù)荷越大，安全性也越差。
由此可見，現(xiàn)有技術(shù)中適合于樓層建筑立面安裝的分體式平板太陽能集熱器因難以同時滿足這幾方面的要求，存在改進(jìn)的需要。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，即，一種相變式太陽能集熱器，包括集熱器箱體、集熱器保溫層、透明蓋板層以及集熱管板，其特征在于，還包括多個沿集熱管板垂直方向設(shè)置的翅條板，所述的翅條板包括一底板和與之相連的面板，面板上設(shè)有空腔，該翅條板通過其底板與該集熱管板面固接，并且該翅條板面板與該集熱管板面形成一夾角；所述的翅條板的面板與該集熱管板面之間的銳夾角介于10°～90°之間；所述的翅條板的面板上的空腔，系為沿該集熱管板面水平方向形成的一個或一個以上分隔的封閉中空腔，腔內(nèi)注有相變傳熱工質(zhì)；所述的封閉中空腔內(nèi)可帶吸液芯；所述的翅條板的面板與底板之間的連接是一個底板與一個或一個以上的面板相連接；所述的翅條板的底板與其面板可以是一體制成或是分體連接制成；所述的翅條板的面板可以是從其底板端部連出或是從其底板端部以外的其它部分連出；所述的翅條板面板沿該集熱管板垂直方向的分布密度介于2～500個/米之間；所述的翅條板底板與集熱管板的固接，系采用焊接、或粘接、或用壓力加工連接；所述的翅條板面板在集熱管板面上最好是水平設(shè)置。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于采用集熱器的采光面上分布著多個與集熱管板面帶一定夾角的平行輻射吸收翅條板，懸置時支架僅需作較小的傾角調(diào)整或不作調(diào)整，使相變集熱器的外傾尺寸減少到最小，因而風(fēng)載減少，重量輕、易于清洗維護(hù)，與建筑物結(jié)合的和諧性提高，并由于翅條板內(nèi)的反射阻擋使反射出集熱器的日光輻射能量大幅度減少，使相變集熱器達(dá)到高效的瞬間傳熱效率，使熱量的采集與傳遞比現(xiàn)有方法能達(dá)到更好的效果。
圖2是

圖1的A-A剖視圖。
圖3是本發(fā)明集熱器的翅條板實施例之一。
圖4是本發(fā)明集熱器的另一個翅條板實施例。
圖5是本發(fā)明集熱器的又一個翅條板實施例。
圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12是本發(fā)明集熱器的翅條板的結(jié)構(gòu)實施例。
其典型應(yīng)用包括太陽能熱水器系統(tǒng)，通常這種太陽能熱水器系統(tǒng)由管板式平板集熱器、換熱器、儲水箱和系統(tǒng)管路閥門組成，在投入運(yùn)行之前，首先在集熱器翅條板相變腔內(nèi)充裝一定量的工質(zhì)，經(jīng)加抽真空或加熱排除不凝性氣體后封閉形成密封腔，密封腔內(nèi)還可加吸液芯，對于重力型的熱管，其工作過程是在陽光照射下，中、低沸點(diǎn)工質(zhì)在相變集熱器內(nèi)由液體吸熱相變成氣體，氣體由集熱器翅條板相變腔中上升至頂端與集熱管板接觸帶，在那里氣態(tài)工質(zhì)冷凝，放出潛熱，并將熱量通過集熱管板傳給其它傳熱介質(zhì)，凝結(jié)后的液態(tài)工質(zhì)在重力作用下經(jīng)相變腔壁下降返回集熱器翅條板的最低端，重新受熱后相變蒸發(fā)，如此反復(fù)傳熱循環(huán)將熱量傳輸集熱管板，并通過系統(tǒng)管路閥門和其它傳熱介質(zhì)，將熱量傳輸給儲水箱中的水。
參閱圖1，本發(fā)明的相變式太陽能集熱器，包括集熱管板1、相變翅條板2、透明蓋板層3、集熱器箱體4、集熱器保溫層5、管道6以及懸置式支架7，其中，集熱管板1設(shè)置在集熱器保溫層5中間，而集熱管板1和集熱器保溫層5共同置于集熱器箱體4之中，其上覆蓋有透明(例如玻璃)蓋板層3，此外，集熱管板1的上下段分別經(jīng)橫向聯(lián)匯后，與管道6連接供輸出熱能。
結(jié)合參閱圖3、圖4、圖5翅條板2包括一底板22，以及與該底板相連的面板21，在面板21上設(shè)有空腔23，而該底板22與集熱管板1相固接，并且翅條板2的面板21與集熱管板1的面相互之間有一夾角，該夾角α(銳角)一般介于10°～90°之間，另外，為保證被相變翅條板2反射的太陽輻射能被充分地吸收，所述的翅條板2沿太陽能集熱器安裝的方向，即垂直方向，應(yīng)該多于一個，根據(jù)經(jīng)驗，其分布密度介于2～500個/米，即每米長度上，可設(shè)置有2～500個這樣的相變翅條板2。
圖3給出了翅條板2的一種實施例，如圖所示，翅條板2的面板21在水平方向帶有多個分離的封閉中空腔，腔內(nèi)充有一定量的工質(zhì)，如正戊烷，并且其內(nèi)帶吸液芯，在抽真空后密封，翅條板2的面板21與集熱管板1之間的銳夾角α為15°，用于調(diào)節(jié)地理緯度角為15°時集熱器對入射光輻射的接收角，而翅條板2在垂直方向的分布密度為15個/米。另外，翅條板2的面板與底板是一體制成，采用如圖6所示的板金彎邊成形加工方法成形后再加中空腔結(jié)構(gòu)制成，面板21從底板22的二個端部連出，由2個面板與1個底板相連接，翅條板2與集熱管板1的固接可通過前者的底板22經(jīng)焊接或?qū)崮z連接，而且如圖3所示，翅條板2在集熱管1面上以其水平線為準(zhǔn)逆時針旋轉(zhuǎn)一角度(例如5°)設(shè)置。
圖4給出了翅條板2的另一種實施例，如圖所示，翅條板2面板21在水平方向帶有一封閉中空腔，中空腔內(nèi)充有一定量的復(fù)合傳熱介質(zhì)作為工質(zhì)，不帶吸液芯，經(jīng)加熱排除不凝氣體后封閉形成一密封腔，圖中顯示的翅條板2的面板21與集熱管板1之間的銳夾角α為72°，用于調(diào)節(jié)地理緯度角與太陽緯度角之和為72°時集熱器對入射光輻射的接收角，而翅條板2在垂直方向的分布密度為40個/米。另外，翅條板2的面板21與底板22是一體制成，采用如圖7所示的板金沖壓成形加工方法成形、同時形成中空腔結(jié)構(gòu)制成，面板從底板除端部以外處連出，由40個面板與1個底板相連接，翅條板2沿集熱管板1的板面水平設(shè)置，并且翅條板2的底板22經(jīng)壓力加工(如滾壓)連接在集熱管板1的板面上。
圖5給出了本發(fā)明集熱器的又一種實施例，如圖5所示翅條板2的面板21在水平方向上形成多個分離的封閉中空腔，腔內(nèi)充有一定量的工質(zhì)，如正戊烷，并且其內(nèi)帶有吸液芯，在抽真空后密封，翅條板2與集熱管1之間的銳夾角α為45°，用于調(diào)節(jié)地理緯度角為45°時集熱器對入射光輻射的接收角，翅條板2在垂直方向的分布密度為65個/米，翅條板2的面板與底板是一體制成，采用如圖8所示的板金彎邊成形加工方法成形后，再加中空腔結(jié)構(gòu)制成，面板從底板的一個端部連出，1個面板與1個底板相連接。另外，翅條板2與集熱管1的固接是前者的底板22與集熱管1的接觸線經(jīng)焊接連接而直接組成集熱管板，翅條板2沿集熱管1的接觸線所在面內(nèi)水平設(shè)置。
另外，所述的相變翅條板2可采用鋁材，表面經(jīng)陽極氧化電解著色太陽能選擇性吸收化學(xué)鍍層處理；也可采用不銹鋼，其表面經(jīng)黑鉻太陽能選擇性吸收化學(xué)鍍層處理。為了減輕集熱管板的重量和提高加工工藝性與加工效率，集熱管板的板芯，可以采用由一塊含多個均布的波浪型、梯型、矩形等凹槽的型板與一平板兩板焊接等接合的加工方式，經(jīng)兩端加聯(lián)匯管焊接后制成帶管腔的集熱管板，以取代傳統(tǒng)的平板與圓管焊接加聯(lián)匯管的結(jié)構(gòu)形式。
所述的集熱管板1包括集熱管與集熱管板，集熱管可采用多管式列管兩端加聯(lián)匯管焊接而成；集熱管板可采用一半圓形鋁型板與一鋁平板兩板經(jīng)板——板焊接、再經(jīng)兩端加聯(lián)匯管焊接而成；也可采用不銹鋼平板與不銹鋼管經(jīng)板——管焊接、再經(jīng)兩端加聯(lián)匯管焊接而成。所述的集熱管板面包括上述集熱管板的板面、及集熱管與相變翅條板底板固接接觸線所在的接觸管面。
所述的相變翅條板2的面板21與底板22之間的連接，可以是面板21的底端與底板22的側(cè)端處連接，如圖8所示的實施例；也可以是面板21的底端與底板22側(cè)端以外處連接，如圖7所示的實施例；除此之外，面板21與底板22之間可以是一體化制成，如按圖6實施例所示采用板金沖壓成形加工方法成形后再加中空腔結(jié)構(gòu)制成；或是按圖12實施例所示采用帶中空腔結(jié)構(gòu)的澆鑄成形加工方法制成；也可以是非一體化制成，如按圖9實施例采用左右兩部經(jīng)板金卷邊成形加工方法成形；或是如按圖10實施例所示上下兩部由面板21的端側(cè)與底板22經(jīng)焊接連接制成；或是如按圖11實施例所示上下兩部由面板21的端側(cè)邊與底板22經(jīng)沖壓或焊接后連接制成，再加中空腔結(jié)構(gòu)制成。
圖8、圖10所示是翅條板2的結(jié)構(gòu)的一個實施例，其中，翅條板是由1個面板21與1個底板22相連接而制得。
圖6、圖7所示是翅條板2的結(jié)構(gòu)的另一實施例，其中，相變翅條板是由1個以上的面板21與1個底板22相連接而制得的。
本發(fā)明太陽能集熱器使用時可垂直懸置安裝，為此，懸置式支架包括上下兩端與箱體4鉸鏈連接，并且，兩端帶有與支架相連的螺栓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以輔助調(diào)節(jié)太陽緯度角變化時入射光輻射對集熱器翅條板采光面的入射角。
本發(fā)明相變太陽能集熱器實施例工作過程如下當(dāng)日光輻射經(jīng)透明玻璃蓋板層3后，被翅條板2吸收——反射——再吸收，輻射經(jīng)多次反射被吸收，加熱復(fù)合介質(zhì)或加熱正戊烷形成汽化蒸氣，將熱量快速傳遞至最高段其底板與集熱管板1連接處，經(jīng)集熱管板1內(nèi)的傳熱介質(zhì)進(jìn)行換熱而冷凝，液體經(jīng)吸液芯表面張力作用或在重力下返回翅條板最低端進(jìn)行傳熱循環(huán)，以此將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能輸出。
權(quán)利要求
1.一種相變式太陽能集熱器，包括集熱器箱體、集熱器保溫層、透明蓋板層以及集熱管板，其特征在于，還包括多個沿集熱管板垂直方向設(shè)置的翅條板，所述的翅條板包括一底板和與之相連的面板，面板上設(shè)有空腔，該翅條板通過其底板與該集熱管板面固接，并且該翅條板面板與該集熱管板面形成一夾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變式太陽能集熱器，其特征在于，所述的翅條板的面板與該集熱管板面之間的銳夾角介于10°～90°之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的相變式太陽能集熱器，其特征在于，所述的翅條板的面板上的空腔，系為沿該集熱管板面水平方向形成的一個或一個以上分隔的封閉中空腔，腔內(nèi)注有相變傳熱工質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的相變式太陽能集熱器，其特征在于，所述的封閉中空腔內(nèi)可帶吸液芯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變式太陽能集熱器，其特征在于，所述的翅條板的面板與底板之間的連接是一個底板與一個或一個以上的面板相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變式太陽能集熱器，其特征在于，所述的翅條板的底板與其面板可以是一體制成或是分體連接制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變式太陽能集熱器，其特征在于，所述的翅條板的面板可以是從其底板端部連出或是從其底板端部以外的其它部分連出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的相變太陽能集熱器，其特征在于，所述的翅條板面板沿該集熱管板垂直方向的分布密度介于2～500個/米之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的相變式太陽能集熱器，其特征在于，所述的翅條板底板與集熱管板的固接，系采用焊接、或粘接、或用壓力加工連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的相變太陽能集熱器，其特征在于，所述的翅條板面板在集熱管板面上最好是水平設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種相變式太陽能集熱器，包括集熱器箱體、集熱器保溫層、透明蓋板、集熱管板以及多個沿集熱管板垂直方向設(shè)置的翅條板，其中，翅條板包括一底板和與之相連的面板，在面板上設(shè)有空腔，翅條板通過其底板與集熱管板面固接，并且，翅條板面板與集熱管板面之間形成一夾角。利用翅條板間的反向阻擋使得折離集熱器的日光輻射能損失減少，從而提高集熱器的傳熱效率，并且還可使集熱器的外傾尺寸減小，易于清洗維護(hù)并提高與建筑物結(jié)合的和諧性。
文檔編號F24J2/30GK1432768SQ0214088
公開日2003年7月30日 申請日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月18日
發(fā)明者潘戈 申請人:潘戈