一種帶有相變蓄熱室模塊的太陽能平板集熱器的制造方法
【專利摘要】一種帶有相變蓄熱室模塊的太陽能平板集熱器，通過相變蓄熱室模塊和吸熱膜集熱板對傳熱工質實現(xiàn)兩級加熱，并與隔熱中空框、低鐵超白鋼化玻璃蓋板以及封裝有隔熱保溫材料的槽鋼支架底框組裝而成。相變蓄熱室模塊包括蓄熱室、一級集熱翅管和二級集熱翅管，蓄熱室內部為平行管式的套筒，外有耐壓保護殼，套筒內設有傳熱工質流經的換熱內管，換熱內管與套筒之間裝相變材料，套筒與耐壓保護殼之間采用氣凝膠氈作為保溫隔熱層，換熱內管的兩端通過連接的兩級集熱翅管與傳熱工質進出的集管連通構成集熱回路。本實用新型為中空隔熱、相變蓄熱及二次加熱功能的新型太陽能平板集熱器。
【專利說明】一種帶有相變蓄熱室模塊的太陽能平板集熱器

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于利用太陽能的集熱設備及綠色節(jié)能產品領域，具體涉及一種帶有相變蓄熱室模塊的太陽能平板集熱器。

【背景技術】
[0002]太陽能是可以利用的可再生、可持續(xù)的綠色清潔能源。太陽能集熱器是組成各種太陽能熱利用系統(tǒng)的關鍵部件，因此，集熱器熱性能對太陽能系統(tǒng)收益影響特別顯著。
[0003]平板型太陽集熱器是太陽集熱器中一種最基本的類型，其結構簡單、運行可靠、承壓能力強、吸熱面積大，是太陽能與建筑結合最佳選擇的集熱器類型之一。
[0004]平板型太陽能集熱器主要有吸熱板、透明蓋板、隔熱層和外殼等幾部分組成。工作時，太陽輻射穿過透明蓋板后，投射在吸熱板上，被吸熱板吸收并轉化成熱能，然后傳遞給吸熱板內的傳熱工質，使傳熱工質的溫度升高，作為集熱器的有用能量輸出；與此同時，溫度升高后的吸熱板不可避免的要通過傳導、對流和輻射等方式向四周散熱，成為集熱器的熱量損失。
[0005]目前，相變儲熱材料在太陽能回收利用中的應用得到了越來越廣泛的重視，它可以大大減小儲熱設備的體積，同時，可以彌補由于季節(jié)氣候的變化帶來的太陽能利用效率不足的問題。但基本上是作為系統(tǒng)中的儲熱設備置于用戶端的“后臺”，而最近國外實用新型的集成相變材料的太陽能集熱器(專利號:W02013/182916)，也僅僅是將相變儲熱器前移至集熱器，通過兩個循環(huán)導熱回路連接并組裝在一個平板集熱器內。其中，一個回路為內循環(huán)回路，由集熱管將吸熱板吸收的太陽能通過傳熱工質轉換到相變蓄熱器內，另一個回路是將相變儲熱器內的熱量通過傳熱工質轉換到集熱器以外的用戶設備。


【發(fā)明內容】

[0006]本實用新型的目的是直接將相變儲熱材料利用在平板太陽能集熱器內，提高相變蓄熱材料在平板太陽能集熱器的集成應用，提供一種具有兩級集熱同時蓄熱的熱交換效率高的帶有相變蓄熱室模塊的太陽能平板集熱器。
[0007]本實用新型提供的帶有相變蓄熱室模塊的太陽能平板集熱器，包括吸熱膜集熱板、透明蓋板、底板以及平板集熱器固定框，所述吸熱膜集熱板下面設置有一組相變蓄熱室模塊，相變蓄熱室模塊由蓄熱室、一級集熱翅管和二級集熱翅管組裝而成，蓄熱室外部為耐壓保護殼，蓄熱室內部設有平行管式的套筒，套筒內設有傳熱工質流經的換熱內管，換熱內管與套筒之間填裝相變蓄熱材料，套筒與耐壓保護殼之間采用氣凝膠氈作為保溫隔熱層，換熱內管的兩端分別與蓄熱室外的一級集熱翅管、二級集熱翅管的一端連通，一級集熱翅管、二級集熱翅管的另一端分別與下集管、上集管連通，各相變蓄熱室模塊中的一級集熱翅管、二級集熱翅管與傳熱工質進出的上集管、下集管共同組裝成集熱管束架，構成集熱回路；各相變蓄熱室模塊連同集熱管束架安裝在封裝有隔熱保溫材料的槽鋼支架底框上，槽鋼支架底框安裝在底板上，集熱管束架的四周設置有用于固定吸熱膜集熱板的內框，且吸熱膜集熱板與一級集熱翅管和二級集熱翅管緊密貼合，保證對一級集熱翅管、二級集熱翅管內的傳熱工質加熱。整體集熱回路，具有一、二級集熱翅管通過吸熱膜吸收太陽能，蓄熱室對一級集熱翅管流入的傳熱工質吸收的太陽能進行儲存，而蓄熱室又同時對流入二級集熱翅管的傳熱工質進行加熱。
[0008]所述的平板集熱器固定框包括隔熱中空框和槽鋼支架底框，隔熱中空框固定在槽鋼支架底框上，隔熱中空框為耐高溫、隔熱擠出型材，中間有一較長的豎腔，豎腔的兩側為對稱的小空腔，兩個小空腔及中間的豎腔形成一個凹槽，集熱管束架四周設置的內框嵌裝在隔熱中空框的凹槽內，隔熱中空框的上端通過施打丁基膠和結構密封膠固定透明蓋板。在所述隔熱中空框的集管出口處預裝適宜集管形變要求的密封管嘴，集管與隔熱中空框開孔的間隙進行丁基膠密封。所述的隔熱中空框上加裝的密封管嘴由外螺紋管嘴、方形鎖緊螺帽與保護螺帽構成，集管由外螺紋管嘴內通道穿過，在外螺紋管嘴與集管裝配形成的空隙處施打丁基膠進行密封，方形鎖緊螺帽為鋁板制成，呈扁平狀，中間開孔并有與外螺紋管嘴配合的內螺紋，方形鎖緊螺帽預先放置于中空框豎腔中且在開孔周圍，方形鎖緊螺帽與外螺紋管嘴形成的裝配空隙處施打丁基膠進行密封，丁基膠的密封面寬度3毫米以上。
[0009]所述的吸熱膜集熱板通過激光或超聲波焊接在集熱管束架周圍設置的內框上，集熱管束架的中心區(qū)對吸熱膜集熱板起內部支撐，保證吸熱膜集熱板張緊并保持表面的平難
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[0010]所述的槽鋼支架底框由大號槽鋼焊接成矩形外框，矩形外框內側等間距焊接一組小號槽鋼，小號槽鋼槽口朝下，頂端與矩形外框齊平，各相變蓄熱室模塊中的蓄熱室通過其兩側的固定耳板將各相變蓄熱室模塊連同集熱管束架固定在槽鋼支架底框上，槽鋼支架底框內側蓄熱室與底板之間填充保溫隔熱材料。
[0011]滿足承重要求的槽鋼支架底框與封裝有透明蓋板的隔熱中空框通過螺栓連接，在隔熱中空框與槽鋼支架及底板的外圍加裝帶有保溫層的裝飾框。
[0012]所述的相變蓄熱室模塊中的一級集熱翅管的外端口通過釬焊與傳熱工質進入的下集管連接相通，保證吸熱膜集熱板吸收的太陽能對一級集熱翅管內傳熱工質加熱，將熱量從相變蓄熱室的上端帶入并通過換熱內管與蓄熱室內相變蓄熱材料進行熱量交換并儲存，二級集熱翅管的外端口通過釬焊與傳熱工質流出的上集管連接相通，保證從相變蓄熱室下端經過熱交換的傳熱工質流經二級集熱翅管向上進入傳熱工質流出的上集管，從而使得吸熱膜集熱板對二級集熱翅管內的傳熱工質進行二次太陽能加熱。由于一、二級集熱翅管尺寸相同，所獲得的太陽能相等，當從相變蓄熱室下端流出并進入二級集熱翅管入口的傳熱工質溫度大于下集管流入一級集熱翅管的入口處的傳熱工質溫度，則使二級集熱翅管流入上集管的傳熱工質溫度升高，即集熱器的出口溫度高，因此，蓄熱室起到了對流經一級集熱翅管內的傳熱工質的太陽能回收，而蓄熱室又同時對流入二級集熱翅管的傳熱工質進行預熱。
[0013]所述的集熱管束架，是由多個相變蓄熱室模塊與上、下兩個集管釬焊連接相通制成，一、二級集熱翅管在蓄熱室的同側，與換熱內管呈相同的夾角，其外端口朝向相反，分別與上、下兩個集管釬焊連接內部連通，集熱翅管組中心區(qū)域向上拱起成一個平面以支撐吸熱膜集熱板，上、下集管低于該支撐面，集管的中心線與隔熱中空框豎腔的中心線在同一水平面，而多個相變蓄熱室模塊排列在集熱翅管組的背面，工作時背對太陽光的一面。
[0014]所述的集熱管束架周圍設置有內框，內框為鋁制方管，在對應上、下集管的位置開孔以便集管的穿過，采用連角器將鋁方管組裝成與吸熱膜集熱板尺寸相同的矩形框，在內框上平鋪吸熱膜集熱板，集熱管束架的中心區(qū)對吸熱膜集熱板起內部支撐，通過激光或超聲波焊接在內框上，保證吸熱膜集熱板張緊并保持表面的平整。
[0015]所述的透明蓋板采用低鐵超白鋼化玻璃，通過丁基膠和密封結構膠固定在隔熱中空框正面，與吸熱集熱板形成20毫米的空氣隔熱層，正面為工作時朝向太陽。
[0016]所述的裝飾外框，為鋁型材或鋁板制成，與中空框型材的間隙處，加裝保溫隔熱材料，也可靈活地與門窗幕墻系統(tǒng)的結構外框進行裝配。
[0017]本實用新型的優(yōu)點和積極效果:
[0018]1、通過在集熱器內使用相變蓄熱材料，使太陽能的吸收與儲存得到充分的利用。
[0019]2、通過隔熱中空框的丁基膠和密封結構膠的封裝，減少由于氣密性差導致的熱損失以及結露引起的太陽能吸收率低的問題。
[0020]3、集熱板與相變蓄熱室的高度集成，節(jié)約了空間以及換熱器及管路的熱損失，并使太陽能的連續(xù)供熱得到了保證。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是帶有相變蓄熱室的平板集熱器的橫向剖面示意圖。
[0022]圖2、圖3是相變蓄熱室集熱管模塊的示意圖。
[0023]圖4、圖5是集熱管束架的示意圖。
[0024]圖6是固定集熱管束架的槽鋼支架示意圖。
[0025]圖7是集熱管束架固定在槽鋼支架后的示意圖。
[0026]圖8是密封管嘴與隔熱中空框裝配示意圖。
[0027]圖9、圖10是帶有相變蓄熱室的平板集熱器局部裝配示意圖。
[0028]圖中，1、透明蓋板；2、吸熱膜集熱板；3、底板；4.1、一級集熱翅管；4.2、二級集熱翅管；4.3、換熱內管；5、集熱管束架；5.1、上集管；5.2、下集管；6、內框；7、蓄熱室；7.1、耐壓保護殼；7.2、氣凝膠氈；7.3、套筒；8、相變蓄熱材料；9、槽鋼支架底框；9.1、大號槽鋼；9.2、小號槽鋼；10、隔熱保溫材料(聚氨酯泡沫)；11、裝飾外框；12.1、外螺紋管嘴；12.2、方形鎖緊螺帽；12.3、保護帽；12.4、密封膠；13、隔熱中空框；14、排空閥；15、固定耳板；16、丁基膠；17、密封結構膠。

【具體實施方式】
[0029]實施例1:
[0030]如圖1所示，帶有相變蓄熱室模塊的平板太陽能集熱器，包括一組相變蓄熱室模塊、吸熱膜集熱板2、隔熱中空框13、透明蓋板I以及封裝有隔熱保溫材料10的槽鋼支架底框9。
[0031]如圖1、2、3所示，相變蓄熱室模塊由蓄熱室7、一級集熱翅管4.1和二級集熱翅管4.2組裝而成，蓄熱室7的內部為平行管式的套筒7.3，外部為耐壓保護殼7.1及帶有排氣閥14的壓蓋，可由鋁精密鑄造制成。套筒內設有傳熱工質流經的換熱內管4.3，換熱內管與套筒之間填裝相變蓄熱材料8，套筒與耐壓保護殼之間采用氣凝膠氈作為保溫隔熱層。一、二級集熱翅管與換熱內管4.3為同一管徑的銅管,將一根與一、二級集熱翅管和換熱內管3等長的直的銅管，先加裝套筒7.3并填充相變蓄熱材料8，加裝氣凝膠氈7.2保溫層后裝進鑄鋁制成的耐壓保護殼7.1內，加蓋好帶排氣閥14的密封蓋，直銅管在密封蓋的上下進口處釬焊封裝。將直銅管沿蓄熱室中心線煨彎成“小號”管身形狀，朝下折彎成一級集熱翅管
4.1，朝上折彎成二級集熱翅管4.2。
[0032]如圖4至圖7所示，集熱管束架5，是由多個相變蓄熱室模塊與上、下兩個集管釬焊連接相通制成，一、二級集熱翅管在蓄熱室7的同側，與換熱內管4.3呈相同的夾角，其外端口朝向相反，分別與上、下兩個集管釬焊連接內部連通。一級集熱翅管4.1的外端口通過釬焊與傳熱工質進入的下集管5.2連接相通，保證吸熱膜集熱板2吸收的太陽能對一級集熱翅管4.1內傳熱工質加熱，一級集熱翅管的傳熱工質從蓄熱室7的上端將熱量帶入并通過換熱內管4.3與蓄熱室內相變蓄熱材料8進行熱量交換并儲存。二級集熱翅管4.2的外端口通過釬焊與傳熱工質流出的上集管5.1連接相通，內經熱交換的傳熱工質從蓄熱室7下端流經二級集熱翅管4.2向上進入上集管5.2，從而使得吸熱膜集熱板2對二級集熱翅管4.2內的傳熱工質進行二次太陽能加熱。由于一、二級集熱翅管尺寸相同，所獲得的太陽能相等，當從蓄熱室7下端流出并進入二級集熱翅管4.2入口的傳熱工質溫度大于下集管5.2流入一級集熱翅管4.1的入口處的傳熱工質溫度，則使二級集熱翅管4.2出口并流入上集管5.1的傳熱工質溫度升高，因此，蓄熱室7起到了對流經一級集熱翅管4.1內的傳熱工質的太陽能進行儲存回收，而蓄熱室又同時對流入二級集熱翅管4.2的傳熱工質進行預熱。
[0033]如圖5所示，集熱管束架5的翅管組中心區(qū)域向上拱起成一個平面以支撐吸熱膜集熱板2，上、下集管5.1、5.2低于該支撐面，集管的中心線與隔熱中空框13豎腔的中心線在同一水平面，而多個蓄熱室7排列在集熱翅組的背面，工作時背對太陽光的一面。
[0034]如圖6所示，槽鋼支架底框9，由大號槽鋼9.1焊接成矩形外框，用小號槽鋼9.2對應蓄熱室兩側的耳板15間距等距分布焊接在矩形外框內側，小號槽鋼9.2槽口朝下，頂端與矩形外框的外沿齊平，用于安裝集熱管束架5，矩形外框背面內腔填充保溫隔熱材料10，用鍍鋅板做底板3焊接封裝制成槽鋼支架底框。通過蓄熱室7兩側的固定耳板15將集熱管束架5固定在槽鋼支架底框9上。
[0035]如圖1所示，集熱管束架5周圍設置有內框6，內框6為鋁制方管，在對應上、下集管5.1,5.2的位置開孔以便集管的穿過，采用連角器將鋁方管組裝成與吸熱膜集熱板2尺寸相同的矩形框，在內框上平鋪吸熱膜集熱板2，集熱管束架5的中心區(qū)對吸熱膜集熱板2起內部支撐，通過激光或超聲波焊接在內框6上，保證吸熱膜集熱板2張緊并保持表面的平難
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[0036]如圖1所示，隔熱中空框13采用改性聚氨酯為原料的擠拉型材，具有耐高溫、隔熱、耐候及機械性能好等特點。隔熱中空框13中間有一較長的豎腔，豎腔與低鐵超白鋼化玻璃蓋板I封裝一側為小空腔(見圖8)，與槽鋼支架底框封裝一側為向外開有槽口的矩形空腔，預裝與槽鋼支架底框連接的螺栓，同時豎腔兩側的空腔形成一個將內框6含住的凹槽。隔熱中空框的較長的豎腔，對應集管的進出口位置開孔，加裝用于封裝隔熱中空框13與集管連接部位的密封管嘴，密封管嘴由外螺紋管嘴12.1、方形鎖緊螺帽12.2與保護螺帽12.3構成，外螺紋管嘴12.1內徑管可穿過集管5.1,5.2，在外螺紋管嘴12.1與集管裝配形成的空隙處施打密封膠12.4進行密封，方形鎖緊螺帽12.2為4毫米鋁板制成，呈扁平狀，中間開孔并有內螺紋，預先放置于中空框豎腔中，在開孔周圍，方形鎖緊螺帽12.2與外螺紋管嘴形成的裝配空隙處施打密封膠進行密封，密封膠的密封面寬度3毫米以上。
[0037]所述的低鐵超白鋼化玻璃蓋板1，通過丁基膠和密封結構膠固定在隔熱中空框13正面，與吸熱膜集熱板2形成20毫米的空氣隔熱層，正面為工作時朝向太陽。
[0038]所述的裝飾外框11，為鋁型材或鋁板制成，與隔熱中空框型材的間隙處，加裝保溫隔熱材料10，也可靈活地與門窗幕墻系統(tǒng)的結構外框進行裝配。
【權利要求】
1.一種帶有相變蓄熱室模塊的太陽能平板集熱器，包括吸熱膜集熱板、透明蓋板、底板以及平板集熱器固定框，其特征在于:所述吸熱膜集熱板下面設置有一組相變蓄熱室模塊，相變蓄熱室模塊由蓄熱室、一級集熱翅管和二級集熱翅管組裝而成，蓄熱室外部為耐壓保護殼，蓄熱室內部設有平行管式的套筒，套筒內設有傳熱工質流經的換熱內管，換熱內管與套筒之間填裝相變蓄熱材料，套筒與耐壓保護殼之間采用氣凝膠氈作為保溫隔熱層，換熱內管的兩端分別與蓄熱室外的一級集熱翅管、二級集熱翅管的一端連通，一級集熱翅管、二級集熱翅管的另一端分別與下集管、上集管連通，各相變蓄熱室模塊中的一級集熱翅管、二級集熱翅管與傳熱工質進出的上集管、下集管共同組裝成集熱管束架，構成集熱回路；各相變蓄熱室模塊連同集熱管束架安裝在封裝有隔熱保溫材料的槽鋼支架底框上，槽鋼支架底框安裝在底板上，集熱管束架的四周設置有用于固定吸熱膜集熱板的內框，且吸熱膜集熱板與一級集熱翅管和二級集熱翅管緊密貼合，保證對一級集熱翅管、二級集熱翅管內的傳熱工質加熱。
2.如權利要求1所述的帶有相變蓄熱室模塊的太陽能平板集熱器，其特征在于:所述的平板集熱器固定框包括隔熱中空框和槽鋼支架底框，隔熱中空框固定在槽鋼支架底框上，隔熱中空框為耐高溫、隔熱擠出型材，中間有一較長的豎腔，豎腔的兩側為對稱的小空腔，兩個小空腔及中間的豎腔形成一個凹槽，集熱管束架四周設置的內框嵌裝在隔熱中空框的凹槽內，隔熱中空框的上端通過施打丁基膠和結構密封膠固定透明蓋板。
3.如權利要求2所述的帶有相變蓄熱室模塊的太陽能平板集熱器，其特征在于:在所述隔熱中空框的集管出口處預裝適宜集管形變要求的密封管嘴，集管與隔熱中空框開孔的間隙進行丁基膠密封。
4.如權利要求3所述的帶有相變蓄熱室模塊的太陽能平板集熱器，其特征在于:所述的隔熱中空框上加裝的密封管嘴由外螺紋管嘴、方形鎖緊螺帽與保護螺帽構成，集管由外螺紋管嘴內通道穿過，在外螺紋管嘴與集管裝配形成的空隙處施打丁基膠進行密封，方形鎖緊螺帽為鋁板制成，呈扁平狀，中間開孔并有與外螺紋管嘴配合的內螺紋，方形鎖緊螺帽預先放置于中空框豎腔中且在開孔周圍，方形鎖緊螺帽與外螺紋管嘴形成的裝配空隙處施打丁基膠進行密封。
5.如權利要求1至4任一項所述的帶有相變蓄熱室模塊的太陽能平板集熱器，其特征在于:所述的吸熱膜集熱板通過激光或超聲波焊接在集熱管束架周圍設置的內框上，集熱管束架的中心區(qū)對吸熱膜集熱板起內部支撐，保證吸熱膜集熱板張緊并保持表面的平整。
6.如權利要求1至4任一項所述的帶有相變蓄熱室模塊的太陽能平板集熱器，其特征在于:所述的槽鋼支架底框由大號槽鋼焊接成矩形外框，矩形外框內側等間距焊接一組小號槽鋼，小號槽鋼槽口朝下，頂端與矩形外框齊平，各相變蓄熱室模塊中的蓄熱室通過其兩側的固定耳板將各相變蓄熱室模塊連同集熱管束架固定在槽鋼支架底框上，槽鋼支架底框內側蓄熱室與底板之間填充保溫隔熱材料。
7.如權利要求1至4任一項所述的帶有相變蓄熱室模塊的太陽能平板集熱器，其特征在于:滿足承重要求的槽鋼支架底框與封裝有透明蓋板的隔熱中空框通過螺栓連接，在隔熱中空框與槽鋼支架及底板的外圍加裝帶有保溫層的裝飾框。
【文檔編號】F24J2/34GK204084905SQ201420572922
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月7日 優(yōu)先權日:2014年10月7日
【發(fā)明者】董欣然, 高峰 申請人:偉視幕墻（上海）有限公司