專利名稱：太陽能翅片熱板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬太陽能熱利用裝置，特別是關(guān)于既利用工質(zhì)相變傳熱技術(shù)，又可以以垂直狀態(tài)安裝在各種建筑物的陽臺、墻壁甚至框架之類的南向陽的立面上，采集太陽輻射熱能的太陽能翅片熱板。
太陽能是一種可自由利用、無污染、能量密度不高的持久能源。長期以來人們在探索太陽能熱利用方面做了大量的工作并取得了良好的成效。以清華大學(xué)研制而成的《全玻璃真空太陽能集熱管》，專利號85100142．4等項(xiàng)專利，及德國戴姆勒一奔馳宇航公司與北京市太陽能研究所合資研制的《熱管式真空管》為主要元件組裝而成的眾多品牌的太陽能熱水器已成為國內(nèi)市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，深受廣大用戶歡迎。然而這二類產(chǎn)品有一個共同的特征，即必須在房屋的頂層朝南傾斜安裝，而頂層以下的居室戶卻很難使用。為擺脫上述困境，人們又進(jìn)行艱苦的探索。其中，《分體式太陽熱水器》，專利號972255672．5，采用將熱管集熱器與水箱分離的方案，將熱管集熱器按豎向排列并懸掛在南向陽臺外側(cè)與水平面保持40～60度傾角，再加裝保護(hù)防護(hù)網(wǎng)。另一種是《陽臺用熱管式真空管太陽熱水器》(詳見“太陽能”雜志1999年第2期)，也采用熱管集熱器與水箱分離的方案，將熱管集熱器按橫向排列懸掛在南向陽臺的外側(cè)，要求熱管集熱器與水平面保持3°左右的傾斜，放熱段向上翹35°左右并加裝特殊的導(dǎo)熱塊，以便將與導(dǎo)熱塊連接的金屬管內(nèi)的水加熱。顯然，上述二種陽臺用的太陽能熱水器仍存在結(jié)構(gòu)上的缺陷。前者是加裝的防護(hù)網(wǎng)并不可靠，網(wǎng)的陰影影響采光效率，樓下的居室戶也會反對；后者是3°傾角將嚴(yán)重地影響熱管相變傳熱效率，甚至無法工作，導(dǎo)熱塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、效率低。導(dǎo)致上述缺陷的根本原因在于將采光面與熱傳導(dǎo)元件按共軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成的《全玻璃真空太陽能集熱管》和《熱管式真空管》，僅適合于傾斜安裝，而根本不適合垂直狀態(tài)下采集太陽輻射熱能。正因?yàn)槿绱?，上述二種以及與其相似的試圖將太陽能熱水器安裝在南向陽臺立面上的方案均未獲得成功。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能克服上述缺陷，采用將采光元件--太陽板傾斜，與傳熱元件--熱管垂直相結(jié)合的方案，產(chǎn)生一種完全新型的太陽集熱元件。其具體方案是將太陽板制成翅片，將若干塊翅片按照相同的交角、相等的間距套接在熱管上，并封裝在板框內(nèi)，放熱段裸露于框外，且處于幾何中心位置，即構(gòu)成太陽能翅片熱板。當(dāng)將這種太陽能翅片熱板以垂直狀態(tài)安裝在陽臺、墻壁或框架類南向陽立面上，并使翅片的向陽面朝南或略偏西南方向定位。此時，由于事先將翅片與熱管中心線之間的交角按照使用地所處的緯度相關(guān)聯(lián)的方案設(shè)定，所以翅片與太陽入射角接近垂直，能最大限度地吸收太陽輻射熱能，再通過翅片與熱管之間連接的金屬傳導(dǎo)熱，啟動熱管，實(shí)施相變傳熱。這種新型的太陽能集熱元件不僅具有熱容量小、啟動快、熱效率高、結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是能以完全垂直的狀態(tài)安裝在任何一種建筑物南向陽的立面上，徹底擺脫了傳統(tǒng)的太陽能熱水器只能安裝在屋頂?shù)木窒蓿瑯O大地?cái)U(kuò)大了采集太陽輻射熱能的使用范圍；既無積灰，又能避免冰雹砸碎玻璃板等損失，可構(gòu)成各種新型的太陽能熱利用裝置供各類地區(qū)使用。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的將銅或鋁質(zhì)太陽板制成翅片2，翅片2以傾斜角α連接在n根熱管1上，再將其封裝在由玻璃面板6和框架5構(gòu)成的板框內(nèi)，蓋板3封口，而熱管1的放熱段均裸露于框外，且處于幾何中心位置，即構(gòu)成太陽能翅片熱板。而翅片2是由縱斷面均成“L”形的正片和付片8貼合而成。二者直立面與傾斜面的夾角均為α角，α角按照使用地所處的緯度的φ互為余角設(shè)定，即α=90°-φ，通常α可在15°～75°范圍內(nèi)選定。此時，當(dāng)熱管1處于垂直狀態(tài)，傾斜的翅片2與太陽光入射角仍能保持接近垂直。二者直立面的中部相對應(yīng)的凹槽貼合成一空心管，空心管的中心線與直立面和傾斜面的交線相垂直。空心管內(nèi)可套接熱管1。翅片2的傾斜面為向陽面，呈矩形，且具有波浪狀。在翅片2的波浪形向陽面上涂鍍選擇性吸收涂層。將m塊翅片2套接在n根熱管1上，而n根熱管1的中心線相平行，間距相等，平直段均處于同一平面，且n≥2；而m塊翅片2之間的間距S相等，且m≥4。在熱管1的背陽面緊的貼墊板9，既可使熱管1定位又可減少傳導(dǎo)熱損。在熱管1放熱段的外表面涂不粘性涂層，可防止結(jié)垢。熱管1內(nèi)灌注純水和添加劑的混合液，且抽制成P≤5×10-2Pa真空。使用時，將翅片熱管垂直安裝在各種建筑物陽臺、墻壁之類的南向陽立面上，并使翅片2的向陽面朝南或略偏西南方定位，太陽光以近似垂直的入射角照在翅片2上，翅片2將吸收的太陽輻射熱能傳導(dǎo)至熱管1，管內(nèi)的水類工質(zhì)在真空狀態(tài)下以遠(yuǎn)低于正常沸點(diǎn)的溫度沸騰汽化，并迅即升騰至放熱段。在放熱段，管內(nèi)的氣態(tài)工質(zhì)將攜帶的汽化潛熱，經(jīng)管壁傳導(dǎo)給管外待加熱的水或其它工質(zhì)，隨即冷凝成液態(tài)，在重力的作用下水又流回至熱管1的下部。如此周而復(fù)始地實(shí)施液-汽-液相變傳熱，不斷地將翅片2上吸收到的太陽輻射熱能傳遞給待加熱的水或其它工質(zhì)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是采用翅片集熱、熱管傳熱技術(shù)研制而成的太陽能翅片熱板，可以以垂直狀態(tài)安裝在各種建筑物的陽臺、墻壁甚至框架之類的南向陽臺的立面上，傾斜的翅片2的向陽面與太陽光的入射角接近垂直，能更有效地采集太陽輻射熱能，徹底擺脫了現(xiàn)有的太陽能熱水器只能安裝在房屋項(xiàng)樓的局限，極大地?cái)U(kuò)大了利用太陽輻射熱能的范圍，為人類方便而有效的采集太陽熱能提供了可能。另外，太陽能翅片熱板呈垂直狀態(tài)，無積灰之慮，更避免了冰雹之類的重物砸碎玻璃板的損失。再則，采用相變傳熱技術(shù)，具有熱容量小、啟動快、傳熱效率高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)。可制成各種太陽能熱利用裝置，供各類地區(qū)使用。
本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下實(shí)施實(shí)例及附圖給出。
附


圖1是本實(shí)用新型太陽能翅片熱板實(shí)施實(shí)例的結(jié)構(gòu)簡圖。
本實(shí)用新型太陽能翅片熱板，由熱管1、翅片2、蓋板3、透明罩玻璃板6、框架5等部件所組成。將銅或鋁質(zhì)的太陽板制成正片和付片8，二者的縱斷面均成“L”形，再將正付片貼合成翅片2，且直立面與傾斜面的夾角為α，α角按使用地所處的緯度φ設(shè)定，即α=90°-φ，可在15°～75°范圍內(nèi)選擇。具體施工時，可按α等于25°、35°、45°等三種角度加工，以能適合我國絕大部分地區(qū)使用為準(zhǔn)。二者直立面的中部對應(yīng)部壓制的凹槽貼合成一空心管，且空心管的中心線與直立面和傾斜面的交線相垂直?？招墓軆?nèi)可套接熱管1。翅片2的傾斜面呈矩形，在有波浪狀的向陽面上涂鍍選擇性吸收涂層。將m塊具有相同α角度的翅片2按照間距相等的要求套接在n根熱管1上，翅片2之間的間距相等，且m≥4；n根熱管1的中心線相平行、間距相等、平直段處于同一平面，且n≥2；而m塊翅片2之間的間距相等，且m≥4；間距S以相鄰翅片之間的陰影干涉最少為宜。翅片2的塊數(shù)與選用的透明玻璃板框的有效高度L及間距s相關(guān)。熱管1內(nèi)灌注純水和添加劑的混合物，且制成P≤5×10-2Pa真空。添加劑不僅可以防止熱管1管內(nèi)腐蝕，還可以制成適合不同溫度的高、中、低溫?zé)峁?。在熱?的背陽面緊貼隔熱板9。將連接翅片2的熱管1封裝在透明罩玻璃面板6和框架5構(gòu)成的板框內(nèi)，蓋板3封口，管塞4可加強(qiáng)密封，放熱段裸露于管外，且處于幾何中心，即構(gòu)成翅片熱板。
使用時，將由太陽能翅片熱板構(gòu)成的太陽能熱水器安裝在各種建筑物的陽臺、墻壁或框架之類的南向陽立面上，使翅片2的向陽面朝南或略偏西南方向定位。此時，太陽光以近似垂直的入射角照射在翅片2上，翅片2吸收其輻射熱能并傳導(dǎo)至熱管1，使熱管1內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)實(shí)施相變傳熱，源源不斷地將放熱段一端的水類工質(zhì)加熱待用。同理，用本實(shí)用新型可以制造出各種不同類型的太陽能熱利用裝置加熱其它液態(tài)或氣態(tài)工質(zhì)，供各類地區(qū)使用。
權(quán)利要求1.太陽能翅片熱板，它包括熱管1、翅片2、透明罩玻璃面板6、框架5等部件所組成，其特征在于翅片2以傾斜交角α連接在n根熱管1上，再將其封裝在由面板6和框架5構(gòu)成的板框內(nèi)，蓋板3封口，而熱管1的放熱段均裸露于管外，且均處于幾何中心位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能翅片熱板，其特征在于交角α與該太陽能翅片熱板使用地所處的緯度φ互為余角，即α=90°-φ，α角可在15°～75°范圍內(nèi)選定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的翅片熱板，其特征在于n根熱管1的中心線相互平行、間距相等、平直段處于同一平面，且n≥2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能翅片熱板，其特征在于在n根熱管1上連接m塊翅片2，其交角α均相同、間距S均相等，且m≥4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的翅片熱管，其特征在于翅片2的向陽面呈波浪形且涂鍍選擇性吸收涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能翅片熱板，其特征在于熱管1背陽面緊貼隔熱墊板9。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能翅片熱板，其特征在于熱管1放熱段的外表面涂有不粘性涂層。
專利摘要一種太陽能翅片熱板,其特征在于將太陽板制成波浪形翅片,并按照與使用地緯度互為余角的傾角與熱管套接,再封裝在透明罩玻璃板框內(nèi),放熱段外露,且處于幾何中心。該裝置采用翅片集熱和熱管傳熱技術(shù),特別適合于在各種建筑物的陽臺、墻壁類南向陽立面上安裝采集太陽熱能。具有啟動快、熱效率高、經(jīng)久耐用、無積灰、可避免冰雹砸碎玻璃板等損失。徹底擺脫了傳統(tǒng)的太陽能熱水器只能在屋頂安裝的局限。
文檔編號F24J2/26GK2427780SQ00207109
公開日2001年4月25日 申請日期2000年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月23日
發(fā)明者鮑大同 申請人:鮑大同