專利名稱：真空平板太陽能集熱器及所用單體吸熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種真空平板太陽能集熱器，以及所使用的單體吸熱器。
背景技術(shù)：
平板太陽能集熱器是一種吸收太陽輻射能量并向工質(zhì)傳遞熱量的裝置，它是一種特殊的熱交換器，集熱器中的工質(zhì)與遠(yuǎn)距離的太陽進(jìn)行熱交換。平板太陽能集熱器一般是由框型殼體、設(shè)置在框型殼體上的透明蓋板、位于框型殼體內(nèi)的吸熱板芯、保溫材料及有關(guān)零部件組成。在加接循環(huán)管道，保溫水箱后，即成為能吸收太陽輻射熱，使水溫升高。平板太陽能集熱器的基本工作原理十分簡(jiǎn)單。概括地說，陽光透過透明蓋板照射到表面涂有吸收層的吸熱體上，其中大部分太陽輻射能為吸收體所吸收，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并傳向流體通道中的工質(zhì)。這樣，從集熱器底部入口的冷工質(zhì)，在流體通道中被太陽能所加熱，溫度逐漸升高，加熱后的熱工質(zhì)，帶著有用的熱能從集熱器的上端出口，蓄入貯水箱中待用，即為有用能量收益。與此同時(shí)，由于吸熱體溫度升高，通過透明蓋板和外殼向環(huán)境散失熱量，構(gòu)成平板太陽集熱器的各種熱損失。平板型集熱器已廣泛應(yīng)用于生活用水加熱、游泳池加熱、工業(yè)用水加熱、建筑物采暖與空調(diào)等諸多領(lǐng)域。平板集熱器一般采用吸收率較高的選擇性吸收涂層或黑鉻等，但由于沒有真空結(jié)構(gòu)，空氣對(duì)流和傳導(dǎo)熱損失大，且僅采用保溫材料保溫，材料易吸潮，性能并不理想，導(dǎo)致了熱損失較大，且溫度越高，較普通真空管式集熱器的性能下降越明顯。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有太陽能集熱器多為真空管式，在相同的集熱器總面積情況下，平板集熱器的吸熱體面積要比真空管集熱器的吸熱體面積大，由于真空管在集熱器內(nèi)是間隔設(shè)置的，真空管的吸熱面積只占太陽能集熱器表面積的0.5^0.6左右，由于真空管的吸熱面積較小，導(dǎo)致在低溫段太陽能集熱器的熱效率比平板集熱器低。而平板太陽能集熱器的吸熱體多是吸熱板，吸熱板是平板太陽能集熱器內(nèi)吸收太陽輻射能并向傳熱工質(zhì)傳遞熱量的部件，其基本上是平板形狀。在平板形狀的吸熱板上，通常都布置有排管和集管。排管是指吸熱板縱向排列并構(gòu)成流體通道的部件；集管是指吸熱板上下兩端橫向連接若干根排管并構(gòu)成流體通道的部件。按吸熱板的結(jié)構(gòu)不同可分類為:管板式、翼管式、蛇管式、扁盒式、圓管式和熱管式。無論哪種結(jié)構(gòu)的吸熱板其最終都會(huì)拼接成板，再配合其他的平板太陽能集熱器的部件在吸熱板的法向是完全封閉的，風(fēng)阻比較大，對(duì)平板太陽能熱機(jī)器的安裝結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。至于前述的熱管，也可以成為集熱管，在一些應(yīng)用中采用真空集熱管的平板太陽能集熱器也已存在，但受限于平板太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，普通真空管集熱器上集熱管間的間隙也通過整體的蓋板封閉。從以上內(nèi)容可知，受限于當(dāng)前平板太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，當(dāng)前的平板太陽能集熱器的風(fēng)阻比較大。
發(fā)明內(nèi)容[0010]本實(shí)用新型克服第一層面的技術(shù)問題是降低真空平板太陽能集熱器的風(fēng)阻，從而提示一種真空平板太陽能集熱器及所用單體吸熱器。本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:一種真空平板太陽能集熱器，包括矩形的框體和安裝在該框體內(nèi)給定數(shù)量的平板真空管，以及相應(yīng)的聯(lián)集管路和配管，給定數(shù)量的所述平板真空管均分成多組，每組形成一個(gè)單體吸熱器，相鄰單體吸熱器間留有過風(fēng)間隙。從以上方案可以看出，依據(jù)本實(shí)用新型，不再采用普通平板太陽能集熱器在平板板面方向完全封閉的結(jié)構(gòu)，而采用若干單體的戲熱器替換原有的整體的吸熱器，相鄰的單體吸熱器之間留有過風(fēng)間隙，從而有效地降低平板太陽能集熱器的風(fēng)阻。另一方面，這種結(jié)構(gòu)看似顯著提高了平板集熱器的制作成本，其實(shí)可以理解的是，當(dāng)前存在真空管集熱管式的平板太陽能集熱器，其也含有單體的真空管集熱管，整體的制作成本也很高，如果產(chǎn)業(yè)化單體吸熱器，就能夠有效降低成本。上述真空平板太陽能集熱器，所述單體吸熱器的橫截面為等腰梯形，相鄰單體吸熱器互補(bǔ)配置，且相鄰兩腰肩形成的夾縫為所述過風(fēng)間隙；相應(yīng)地，互補(bǔ)配置的一對(duì)單體吸熱器的吸熱板芯上方為含有真空夾層的罩玻璃管，下側(cè)貼裝有流道。上述真空平板太陽能集熱器，吸熱板芯介于中位線與大底之間。上述真空平板太陽能集熱器，吸熱板芯位于靠近大底的距離e [l/4h，l/3h]，其中h為所述等腰梯形的高。上述真空平板太陽能集熱器，所述吸熱板芯的向陽面設(shè)有吸收涂層，而在單體吸熱器下底內(nèi)側(cè)設(shè)有減反層。上述真空平板太陽能集熱器，每個(gè)單體吸熱器配置有一支平板真空管。上述真空平板太陽能集熱器，所述等腰梯形的內(nèi)角中的銳角e [45° ,80° ]。加以對(duì)應(yīng)的，一種單體吸熱器，多個(gè)一組的作為真空平板太陽能集熱器的吸熱單元，其特征在于，至少設(shè)有含有真空加層的罩玻璃管，配置在罩玻璃管下側(cè)的流道容納室，其中罩玻璃管的流道容納室側(cè)設(shè)有流道。上述單體吸熱器，其橫截面為等腰梯形。

圖1為依據(jù)本實(shí)用新型的一種真空平板太陽能集熱器的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為相應(yīng)于圖1的中部剖面圖。圖中，1、集熱器本體，2、平板真空管，3、罩玻璃管，4、真空夾層，5、流道，6、吸熱板芯，7、夾縫，8、邊框，9、減反層。
具體實(shí)施方式
參照說明書附圖2，是圖1的中部剖面的結(jié)構(gòu)示意圖，類同于普通平板太陽能集熱器，具有矩形的邊框8 ;應(yīng)當(dāng)理解，這里的矩形應(yīng)知如圖1所示的俯視狀態(tài)下的邊框形狀。邊框8匹配集熱器的一般結(jié)構(gòu)，區(qū)分為頭端和尾端，頭端設(shè)有聯(lián)集管及保溫材料和外殼，兩邊配管，尾段一般設(shè)有尾座，對(duì)平板真空管2形成兩端支撐，如圖2所示的邊框?qū)?yīng)的下面的線條表示上下邊框。邊框采用鋁型材，制作成矩形框，鋁型材上設(shè)有高溫材質(zhì)制作的保溫塊，形成保溫邊框。當(dāng)前即便是普通的真空管太陽能集熱器，在真空集熱管的陣列面上也是完全封閉的，并且為了方便維護(hù)，大多也都配有覆蓋整個(gè)框架的玻璃蓋板。據(jù)此可知，當(dāng)前所有類型的真空管太陽能集熱器都不存在如圖2所示的減少風(fēng)阻的結(jié)構(gòu)形式。在如圖1和2所示的結(jié)構(gòu)中，一種真空平板太陽能集熱器，包括矩形的框體和安裝在該框體內(nèi)給定數(shù)量的平板真空管2，以及相應(yīng)的聯(lián)集管路和配管。關(guān)于所述數(shù)量與熱利用的給熱量和成本控制有關(guān)，與本文關(guān)聯(lián)不大，在此不再贅述。在以上的結(jié)構(gòu)中，給定數(shù)量的所述平板真空管均分成多組，提高一致性，以方便產(chǎn)業(yè)化。每組形成一個(gè)單體吸熱器，相鄰單體吸熱器間留有過風(fēng)間隙。單體吸熱器區(qū)別于整體的吸熱器，從而使得其具有布置靈活的特點(diǎn)，顯然，具有在相鄰單體吸熱器間留有過風(fēng)間隙提供前提條件。因此，進(jìn)一步的配置相應(yīng)的過風(fēng)間隙。過風(fēng)間隙起到連通作用，理論上風(fēng)道越短越有利于減少風(fēng)阻，但會(huì)影響有效吸熱面積，顯然這里也不排除矩形截面的單體吸熱器。過風(fēng)間隙在減少風(fēng)阻的同時(shí)，有利于提高真空平板太陽能集熱器的穩(wěn)定性，使得風(fēng)壓所產(chǎn)生的載荷更加均勻的的加載到支撐集熱器的支架上。通常過風(fēng)間隙在平板板面上所占的總面積不大于板面總面積的1/20，且不小于板面總面積的1/40，在降低風(fēng)阻的同時(shí)盡可能的減小對(duì)有效吸熱面積得影響。平板集熱器要保持相對(duì)平整的向陽面，為此，單體吸熱器采用相對(duì)規(guī)則的形狀，其橫斷面采用矩形或者梯形結(jié)構(gòu)，矩形結(jié)構(gòu)不可避免的會(huì)降低有效吸熱面積，為此，優(yōu)選梯形結(jié)構(gòu)，在降低風(fēng)阻的情況下，不會(huì)減少有效吸熱面積。因此，所述單體吸熱器的橫截面有選為等腰梯形，進(jìn)而，匹配梯形結(jié)構(gòu)，公知的，體型結(jié)構(gòu)基于同一腰的兩個(gè)內(nèi)角互補(bǔ)，那么兩個(gè)形狀一樣的梯形配對(duì)使用時(shí)，腰相同的部分對(duì)接，即形成相鄰單體吸熱器互補(bǔ)配置的結(jié)構(gòu)，從而相鄰兩腰肩形成的夾縫為所述過風(fēng)間隙。如圖2具有更加清楚地結(jié)構(gòu)指示，如圖2所示，相鄰的兩塊平板真空管2 (—個(gè)單體吸熱器含有一塊平板真空管)間，可以互補(bǔ)的形成平板結(jié)構(gòu)，可以將吸熱板芯6放置在不同的平面，從而形成吸熱板芯6的重合結(jié)構(gòu)，在陽光從不同方向射入時(shí)，極大地減少因間隙問題導(dǎo)致的能量損失，具有了與普通平板集熱器相同的甚至更高的采光能力。從而在以上的結(jié)構(gòu)中可以允許平板真空管2間存在間隙，該間隙將減少風(fēng)阻，保證大風(fēng)天氣的運(yùn)行穩(wěn)定性；由于玻璃真空管的表面存在較大的大氣壓力作用，在管的寬度較大的情況下，可以在上下面間增加多點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)理解，等腰梯形是一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，也可以選用不等腰的非直角梯形結(jié)構(gòu)，同樣不影響平板正空管或者說單體吸熱器在邊框8上的安裝。相應(yīng)地,互補(bǔ)配置的一對(duì)單體吸熱器的吸熱板芯6上方為含有真空夾層4的罩玻璃管，下側(cè)貼裝有流道5。在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，吸熱板芯6的總長(zhǎng)度要大于整體板芯的總長(zhǎng)度。圖2其實(shí)更清楚地反映的單體吸熱器的結(jié)構(gòu)，有選為一個(gè)單體吸熱器對(duì)應(yīng)有一個(gè)平板真空管2的結(jié)構(gòu)形式，便于制造。從向陽面開始據(jù)有罩玻璃管3，內(nèi)含真空加層，或者說頂層為罩玻璃，然后是真空加層4，罩玻璃管3的底層下面設(shè)有流道5。為了提高吸熱效率，所使用的罩玻璃優(yōu)選使用高透光率的，以提高透明度，一般透過率要>0.91，可以在玻璃的表面涂覆減反射膜，進(jìn)一步增加進(jìn)入真空平板集熱器的能量。另一方案是在罩玻璃板(向陽面)的內(nèi)側(cè)加低輻射涂層，是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜系產(chǎn)品。該鍍膜層具有對(duì)可見光高透過及對(duì)中遠(yuǎn)紅外線高反射的特性，可以減少由輻射引起能量損失，提高真空平板集熱器在高溫段的集熱效率。另外在罩玻璃板的(背陽面)的表面，優(yōu)選為內(nèi)表面增加一層低發(fā)射涂層，通?？梢允褂勉~膜或者鋁膜，可以進(jìn)一步的降低發(fā)射率，增加真空平板集熱器的效率。所述的真空夾層，由金屬端蓋和罩玻璃封接后，抽真空而形成?？梢詾槠ヅ涞姆饨右部梢允欠瞧ヅ涞?，并在端蓋處引出進(jìn)出水口。真空夾層具有較高的真空度，可以有效的減少因空氣對(duì)流導(dǎo)致的熱量損失。與普通平板集熱器相比，可以減少集熱區(qū)域內(nèi)的保溫材料的使用，從而可以減少集熱器的厚度，對(duì)邊框材料和保溫材料的用量將減少。金屬端蓋與玻璃封接可以是一端的，也可以兩端都采用玻璃金屬封接。流道用于將吸熱板吸收的熱量帶出平板真空管，在僅一端采用玻璃金屬封接時(shí)，另一端可以為同種玻璃的熔封，其流道形式使用U型連接，從同一金屬端蓋導(dǎo)出；在兩端都采用玻璃金屬封接時(shí)，流道為直通結(jié)構(gòu)，即從一層進(jìn)入，經(jīng)升溫后，從另一側(cè)導(dǎo)出。所述的吸熱板選用磁控濺射的太陽光譜選擇性吸收涂層，對(duì)太陽光譜具有較強(qiáng)的吸收，而發(fā)射比低。為了提高吸熱板芯6的總面積，吸熱板芯6介于平板真空管2的中位線與大底之間。中位線是數(shù)學(xué)術(shù)語，即梯形兩腰中點(diǎn)的連線，平行于梯形的上下底。優(yōu)選地，吸熱板芯位于靠近大底的距離e [l/4h，l/3h]，其中h為所述等腰梯形的高，使相鄰吸熱板芯6具有較大的重合度。越靠近大底，吸熱板芯6的面積就會(huì)越大，但互補(bǔ)配置時(shí)，相鄰的平板真空管2會(huì)對(duì)其采用產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，因此，最好不要過于靠近大底，以l/4h為限。所述等腰梯形的內(nèi)角中的銳角e [25°，80° ]。由于等腰梯形的腰斜度越大制作難度越大，且不利于多支平板真空管2的順此配置，因此，要控制所述的銳角不小于25°。對(duì)于最大銳角的設(shè)計(jì)，需考慮夾縫7的寬度，以及吸熱板芯到下底的距離，經(jīng)過簡(jiǎn)單推理即可得出，其設(shè)計(jì)重點(diǎn)在最小值，小于25度會(huì)使得大底過長(zhǎng)，很難處理結(jié)構(gòu)匹配關(guān)系。
權(quán)利要求1.一種真空平板太陽能集熱器，包括矩形的框體和安裝在該框體內(nèi)給定數(shù)量的平板真空管，以及相應(yīng)的聯(lián)集管路和配管，其特征在于，給定數(shù)量的所述平板真空管均分成多組，每組形成一個(gè)單體吸熱器，相鄰單體吸熱器間留有過風(fēng)間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空平板太陽能集熱器，其特征在于，所述單體吸熱器的橫截面為等腰梯形，相鄰單體吸熱器互補(bǔ)配置，且相鄰兩腰肩形成的夾縫為所述過風(fēng)間隙； 相應(yīng)地，互補(bǔ)配置的一對(duì)單體吸熱器的吸熱板芯上方為含有真空夾層的罩玻璃管，下側(cè)貼裝有流道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空平板太陽能集熱器，其特征在于，吸熱板芯介于中位線與大底之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的真空平板太陽能集熱器，其特征在于，吸熱板芯位于靠近大底的距離e [l/4h，l/3h]，其中h為所述等腰梯形的高。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4任一所述的真空平板太陽能集熱器，其特征在于，所述吸熱板芯的向陽面設(shè)有吸收涂層，而在單體吸熱器下底內(nèi)側(cè)設(shè)有減反層。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至4任一所述的真空平板太陽能集熱器，其特征在于，每個(gè)單體吸熱器配置有一支平板真空管。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至4任一所述的真空平板太陽能集熱器，其特征在于，所述等腰梯形的內(nèi)角中的銳角e [25° ,80° ]。
8.—種 單體吸熱器，多個(gè)一組的作為權(quán)利要求1所述的真空平板太陽能集熱器的吸熱單元，其特征在于，至少設(shè)有含有真空加層的罩玻璃管，配置在罩玻璃管下側(cè)的流道容納室，其中罩玻璃管的流道容納室側(cè)設(shè)有流道。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的單體吸熱器，其特征在于，其橫截面為等腰梯形。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種真空平板太陽能集熱器及所用單體吸熱器，真空平板太陽能集熱器包括矩形的框體和安裝在該框體內(nèi)給定數(shù)量的平板真空管，以及相應(yīng)的聯(lián)集管路和配管，給定數(shù)量的所述平板真空管均分成多組，每組形成一個(gè)單體吸熱器，相鄰單體吸熱器間留有過風(fēng)間隙。依據(jù)本實(shí)用新型能夠降低真空平板太陽能集熱器的風(fēng)阻；還公開了一種單體吸熱器，多個(gè)一組的作為真空平板太陽能集熱器的吸熱單元，至少設(shè)有含有真空加層的罩玻璃管，配置在罩玻璃管下側(cè)的流道容納室，其中罩玻璃管的流道容納室側(cè)設(shè)有流道。
文檔編號(hào)F24J2/05GK203163288SQ201320090569
公開日2013年8月28日 申請(qǐng)日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者王相民, 周廣彥, 劉希杰 申請(qǐng)人:山東力諾新材料有限公司