專利名稱：一種太陽能熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能熱水器，尤其是一種集熱器集熱管板帶輻射吸收翅條板、可與儲水箱分體使用的平板式太陽能熱水器。
現(xiàn)有技術(shù)對平板式集熱器集熱面結(jié)構(gòu)進行的改進是除了選擇性吸收表面涂層外，將各種壓紋、波紋或鋸齒狀等二維集熱面改進成三維集熱面，如中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熱科學(xué)和能源工程系袁偉林等人的研究(參見《三維立體式太陽能集熱器熱性能剖析》，太陽能學(xué)報vol.17，NO.2，Apr.1996)，其方法是采用垂直于集熱管的平行涂黑吸收肋片與集熱管組成三維集熱面，其中，吸收肋片在集熱器厚度方向上的尺寸(肋片寬度)為其平行間距的幾十倍，使得入射到吸收肋片間的太陽輻射有可能在兩肋片間被多次反射和多次吸收，增加集熱器對太陽能的吸收率，雖然采用這種方法時，在高度角較大時的太陽輻射下，例如，在集熱器垂直懸置安裝時能使得相對日均高度角最大；入射光與肋片間的入射角最小，太陽輻射能在肋片間被最大程度地多次反射和多次吸收，集熱器的有效吸收率可近似為1，但是在早、晚太陽高度角較小時，特別是冬季時，日光入射角增大，反射輻射極易穿透肋片寬度而漏出，這種多次反射——吸收增熱效因便大幅度下降，使得能量損失較大，除此之外，由于肋片寬度的增大，集熱器的有效發(fā)射率隨其吸收肋片表面積的增大也迅速增大；這會導(dǎo)致傳熱效率的損失和熱容的增大，集熱器因肋片寬度的增大其厚度尺寸增加，也會導(dǎo)致太陽能熱水器成本上升。
已公布的中國專利CN2284934采用了類似的陷落式直板葉片(肋片)集熱裝置，其平板型等的折邊與葉片間的夾角(γ角)范圍在1°～179°，顯而易見，當(dāng)γ角大于90°后，隨著γ角的增大、日照高度變化入射角增大時，日光輻射或反射輻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°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，如此也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。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明采用一種太陽能熱水器，包括儲水箱、支架、管路、集熱器等；所述的集熱器包括透明蓋板層、集熱管板、集熱器保溫層、箱體，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，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；所述的翅條板的與底板之間連接是1個底板與1個或1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的端部連出或是從其底板端部以外的其他部分連出；翅條板沿該集熱管板垂直方向的分布密度介于2～2000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；所述的翅條板在集熱管板面上最好是水平設(shè)置。
本發(fā)明的優(yōu)點是由于采用集熱管板的受光面上還包括多個沿集熱管板垂直方向設(shè)置、與該集熱管板面形成一夾角的翅條板，使分體式熱水器中懸置集熱器的外傾尺寸減少到最小，因而風(fēng)載減少，易于清洗；此外，在屋頂設(shè)置太陽能熱水器，能省去支架或免調(diào)角度，使用安全；由于翅條板的反射阻擋使反射出集熱器的熱輻射大幅度減少，避免了散熱與傳熱上的不利影響，使光能的采集與熱量的傳遞比現(xiàn)有方法達到更好的效果，集熱效率與穩(wěn)定性比現(xiàn)有技術(shù)提高，同時與現(xiàn)有建筑物的結(jié)合性大大改善。
圖2是本發(fā)明太陽能熱水器實施例的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明太陽能熱水器實施例之一的集熱器局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明太陽能熱水器實施例之二的集熱器局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明太陽能熱水器實施例之三的集熱器局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6、圖7、圖8、圖9、

圖10、圖11是本發(fā)明太陽能熱水器的集熱器翅條板的結(jié)構(gòu)實施例示意圖。
如圖3、圖4、圖5所示，翅條板包括面板431與底板432，翅條板43的底板432與集熱管板42相固接，并且整個翅條板43的面板431與集熱管板42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，為保證被翅條板43反射的太陽輻射被充分地吸收，所述的翅條板43沿太陽能集熱器安裝的方向，即垂直方向，應(yīng)該大于等于2個，根據(jù)經(jīng)驗，其分布密度介于2～2000個/米。
所述的翅條板43的面板431與底板432之間的連接，可以是面板431的底端從其底板432的端部連出，如圖6所示的實施例；也可以是面板431的底端從其底板端部以外的其他部分連出，如圖7所示的實施例；另外，面板431與底板432之間可以是一體制成，如圖6實施例所示采用板金彎邊成形加工方法成形后制成；或是按圖7實施例所示采用板金沖壓成形加工方法成形后制成，也可以是分體連接制成，如按圖10實施例所示采用板金彎邊成形加工方法成形后左右兩部經(jīng)中縫焊接連接制成；或是按圖11實施例所示采用一個板金彎邊成形加工的中間折邊條分別與面板及底板兩部分焊接連接制成，除此之外，面板431與底板432之間可以是1個底板與1個面板相連接，如圖6實施例所示；或可以是1個底板與多個面板相連接，如圖8、圖9實施例所示。
圖3所示為本發(fā)明太陽能熱水器實施例之一的集熱器局部結(jié)構(gòu)示意集熱器包括透明蓋板層41、集熱管板42、翅條板43、集熱器保溫層44、箱體45。其中，翅條板43在集熱管板垂直方向分布密度為15個/米；翅條板43與集熱管42之間的α銳夾角為25°，用于調(diào)節(jié)地理緯度角為25°時集熱器對入射光輻射接收角；另外，翅條板43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制成，面板431從底板432的一個端部連出，由1個底板與1個面板相連接，翅條板43在集熱管板面上水平設(shè)置，翅條板43采用碳鋼制件，其底板432與集熱管42的接觸線經(jīng)焊接連接而直接組成集熱管板，該集熱管板設(shè)置在集熱器保溫層44中間，兩者同置于透明(例如玻璃)蓋板層41之下、集熱器箱體45之中。
太陽能熱水器包括儲水箱1、懸掛支架2、管路3、集熱器4、傳熱介質(zhì)5，其中，太陽能集熱器垂直懸置安裝，整個集熱器4設(shè)置在懸掛支架2上；懸掛支架2與立墻固定，懸置支架2上下兩端與箱體的鉸鏈連接，通過絲杠傳動與鉸鏈頂桿調(diào)節(jié)集熱器仰角，使之與太陽緯度角變化時的入射光取得垂直。集熱管板42的上下端經(jīng)橫向聯(lián)匯后與管路3相連接，經(jīng)管路3分別接入設(shè)置在集熱器高度之上的儲水箱1的上下兩端，從而形成自然循環(huán)的工作回路，傳熱介質(zhì)5是水，利用熱虹吸原理進行傳熱循環(huán)。
圖4所示為本發(fā)明太陽能熱水器實施例之二的集熱器局部結(jié)構(gòu)示意集熱器包括透明蓋板層41、集熱管板42、翅條板43、集熱器保溫層44、箱體45、傳熱工質(zhì)46、聯(lián)匯換熱器47。其中，翅條板43在集熱管板垂直方向的分布密度為40個/米；翅條板43與集熱管板42之間的α銳夾角為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；另外，翅條板43的面板與底板是一體制成，采用如圖7所示的板金沖壓成形加工方法制成，面板從底板端部以外的中間處連出，由1個底板與40個面板相連接，翅條板43與集熱管板42均采用鋁制件，工作表面經(jīng)氧化銅黑太陽能選擇性吸收鍍層處理，并且翅條板43與集熱管板42的固接可通過前者的底板經(jīng)壓力加工(如滾壓)連接在集熱管板42的面板上，而且如圖所示，翅條板43在集熱管板面上以水平線為準(zhǔn)逆時針旋轉(zhuǎn)一β角度(例如8°)設(shè)置。集熱管板42設(shè)置在集熱器保溫層44中間，兩者同置于透明(如塑料)蓋板層41之下、集熱器箱體44之中。
太陽能熱水器包括儲水箱1、懸掛支架2、管路3、集熱器4、傳熱介質(zhì)5、水箱換熱器6、循環(huán)水泵與控制線路7，其中，太陽能集熱器同上所述垂直懸置安裝，集熱管板42的上下端與橫向聯(lián)匯管中的換熱器47連接，第一循環(huán)回路內(nèi)的傳熱工質(zhì)46采用防凍冷卻液如乙二醇；聯(lián)匯換熱器47的換熱輸出兩端口與管路3相連接，經(jīng)管路3、循環(huán)水泵與溫控線路7分別接入儲水箱1中的上下兩端，與其中的換熱器6連接，形成以水為傳熱介質(zhì)5的第二自然循環(huán)回路，從而構(gòu)成一個雙回路工作系統(tǒng)。水泵7由其溫控線路根椐集熱器與儲水箱兩處的溫差決定開啟，進行強迫傳熱循環(huán)。
圖5所示為本發(fā)明太陽能熱水器實施例之三的集熱器局部結(jié)構(gòu)示意集熱器包括透明蓋板層41、集熱管板42、翅條板43、集熱器保溫層44、箱體45。其中，翅條板43在集熱管板垂直方向的分布密度為60個/米；翅條板43與集熱管板42之間的α銳夾角為55°，用于調(diào)節(jié)地理緯度角與太陽緯度角之和為55°時集熱器對入射光輻射的接收角；另外，翅條板43的面板與底板是分體制成，采用如圖8所示左右兩部經(jīng)板金卷邊成形加工方法制成，面板從底板端部以外的的中間處連出，1個底板與60個面板相連接。翅條板43與集熱管板42均采用鋁制件，另外，翅條板43與集熱管板42的固接是前者的底板經(jīng)導(dǎo)熱膠粘接連接在集熱管板42的板面上，集熱管板42與翅條板43采用碳鋼制件，工作表面黑鉻太陽能選擇性吸收化學(xué)鍍層處理，翅條板43在集熱管板面上水平設(shè)置。集熱管板42設(shè)置在集熱器保溫層44中間，兩者同置于透明(如塑料)蓋板層41之下、集熱器箱體45之中。
太陽能熱水器包括儲水箱1、懸掛支架2、管路3、集熱器4、傳熱介質(zhì)5(相變介質(zhì))、水箱換熱器6，其中，太陽能集熱器同上所述垂直懸置安裝，集熱管板42的上下端經(jīng)橫向聯(lián)匯后與管路3相連接，經(jīng)管路3分別接入設(shè)置在集熱器高度之上的儲水箱1中的水箱對流換熱器6兩端，在投入運行之前，首先在重力型相變式平板集熱器的管路內(nèi)充裝一定量的相變傳熱介質(zhì)5(如正戊烷)，加抽真空或加熱相變集熱管板42去除不凝性氣體，形成封閉的相變傳熱循環(huán)管工作回路。陽光照射下相變傳熱介質(zhì)5受熱在集熱管板42內(nèi)由液體相變成氣體，氣體由集熱器管路上升進入換熱器內(nèi)，在那里氣態(tài)工質(zhì)冷凝，放出潛熱，凝結(jié)后的液態(tài)相變傳熱介質(zhì)5在重力作用下經(jīng)回流管下降返回集熱器，重新受熱后相變蒸發(fā)，如此反復(fù)進行相變傳熱循環(huán)。
所述的集熱管板42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。
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半圓型、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。集熱管板可采用鋁材，也可采用不銹鋼經(jīng)管板焊接、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，及集熱管與翅條板底板固接接觸線所在的接觸管面。
本實施例太陽能熱水器的工作過程如下當(dāng)日光輻射經(jīng)透明蓋板層41后，被集熱管板42上的翅條板43的面板431與底板432吸收—反射—再吸收，輻射經(jīng)多次反射幾乎達到被全部吸收，能量的吸收率近似等于1，采集的熱量經(jīng)翅條板43傳遞至其底板432與集熱管板42連接處，并加熱集熱管板內(nèi)的工作介質(zhì)，熱量經(jīng)管路3連接傳入儲水箱1中，如此經(jīng)上述的自然循環(huán)、強迫循環(huán)或相變循環(huán)回路的傳熱循環(huán)，最終將熱量不斷地傳入儲水箱1，加熱儲水箱1內(nèi)的水。
權(quán)利要求
1.一種太陽能熱水器，包括儲水箱、支架、管路、集熱器等；所述的集熱器包括透明蓋板層、集熱管板、集熱器保溫層、箱體，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，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所述的太陽能熱水器，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所述的太陽能熱水器，其特征在于，所述的翅條板的面板與底板之間連接是1個底板與1個或1個以上的面板相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能熱水器，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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能熱水器，其特征在于，所述的翅條板的面板可以是從其底板的端部連出或是從其底板端部以外的其他部分連出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能熱水器，其特征在于，所述的翅條板沿該集熱管板垂直方向的分布密度介于2～2000個/米之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能熱水器，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。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能熱水器其特征在于，所述的翅條板在集熱管板面上最好是水平設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集熱器集熱管板帶輻射吸收翅條板、可與儲水箱分體使用的平板式太陽能熱水器。包括儲水箱、支架、管路、集熱器等，所述的集熱器包括透明蓋板層、集熱管板、集熱器保溫層、箱體，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，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。它使得集熱器垂直懸置安裝時能量的吸收率近似為1，外傾尺寸減少到最小，風(fēng)載減小，避免了散熱與傳熱上的不利影響，使光能的采集與熱量的傳遞比現(xiàn)有方法達到更好的效果。
文檔編號F24J2/26GK1465939SQ0214088
公開日2004年1月7日 申請日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月24日
發(fā)明者潘戈, 戈 潘 申請人:曹琴娣, 潘戈