專利名稱：太陽能集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及太陽能集熱部件技術(shù)，特別涉 及一種太陽能集熱器。
背景技術(shù)：
目前，真空集熱管是太陽能熱水器上普遍使用的集熱元件。第一代全玻璃式真空集熱管是由內(nèi)管，外管構(gòu)成，兩管之間抽成真空，內(nèi)管外壁上涂太陽能選擇性涂層，內(nèi)管中 流過水，依靠內(nèi)管外壁吸收太陽輻射能將水加熱，真空層起到保溫作用。這種真空集熱管由 于玻璃管內(nèi)腔有水，因此存在嚴冬時管內(nèi)結(jié)冰爆裂的情況，由于水質(zhì)引起的內(nèi)管結(jié)垢及水 路壓力過高造成爆管，一旦爆管破損則整個太陽能集熱系統(tǒng)癱瘓，全玻璃式真空集熱管還 存在集熱效率偏低等問題。第二代熱管式真空集熱管是由熱管和外管構(gòu)成，外管和熱管通 過封接連為一體，熱管較外管長，其長出的部分插入水箱中。與上述真空集熱管不同的是 除熱管和外管之間抽成真空外，熱管本身抽成真空，熱管中充入工質(zhì)，其特點是熱管中的工 質(zhì)受熱汽化，蒸汽上升，在冷凝段釋放汽化潛熱后凝結(jié)回流，由熱管冷凝段將熱量傳遞給水 箱中的水。由于此種真空集熱管集熱介質(zhì)水與水路完全分離，其具有防凍，承受高水壓的優(yōu) 點。第二代熱管式真空集熱管克服了第一代全玻璃式真空集熱管的易于凍損、內(nèi)管結(jié)垢等 缺點，將太陽能集熱技術(shù)提高到一個新臺階，是目前應(yīng)用較為普遍的集熱元件。但是其應(yīng)用 熱管式真空集熱管制作的太陽能熱水器，他們必須是采用單只熱管式真空集熱管并列組合 而成，這種多管并列組合型太陽能熱水器，熱管制造工藝如毛細芯材料的制備、工質(zhì)的封裝 及維護非常復(fù)雜、難度大，使得熱管式真空集熱管熱水器制作成本高。并且由于熱管與被冷 卻面接觸面積小，等效熱阻大的原因，換熱效率偏低。同時真空集熱管是圓形，由于真空集 熱管本身形狀原因，不能與建筑物良好結(jié)合而影響建筑物的美觀。現(xiàn)有公開技術(shù)中提到一種平板式太陽能集熱器，如中國專利公開號 CN101319823,申請?zhí)?00810116295. 3申請人趙耀華所提出的“新型平板式太陽能集熱方 法及其集熱器”，其熱管實質(zhì)上是內(nèi)部設(shè)置具有若干同向排列孔道的平板框架，平板框架內(nèi) 經(jīng)真空處理后灌裝液態(tài)制冷工質(zhì)，制冷工質(zhì)在翅片形成的孔道中，形成熱管效應(yīng)。將熱管的 冷凝端所在的平板框架設(shè)置于儲水箱中，框架吸收太陽能輻射并促使工質(zhì)在熱管內(nèi)蒸發(fā)， 工質(zhì)蒸發(fā)后在冷凝端與水箱中的儲水進行冷凝換熱以制得熱水。此平板式太陽能集熱器內(nèi) 部設(shè)置具有若干同向排列孔道的平板框架結(jié)構(gòu)強度高，更能承受高壓，并且兼顧傳統(tǒng)的熱 管式真空集熱管抗凍特性。此專利披露出內(nèi)部設(shè)置具有若干同向排列孔道的平板框架材質(zhì) 為鋁質(zhì)材料或其它金屬，由于平板框架的冷凝端設(shè)置于儲水箱中，鋁質(zhì)材料直接與儲水箱 中水相接觸，隨著使用時間加長，平板框架的冷凝端將結(jié)出一定厚度的與冷凝端緊密貼合 的水垢，這將嚴重影響平板框架的冷凝端熱交換效率。另外此專利所披露的新型平板式太 陽能集熱器外側(cè)設(shè)置有透光板，透光板與平板框架設(shè)置有空氣層用來隔熱，這樣確實結(jié)構(gòu) 簡單且成本低廉。但空氣層隔熱效果比較真空隔熱效果明顯要差，比如白天時，平板框架 表面溫度與透光板與平板框架設(shè)置有空氣層的溫度形成一定的溫差，將經(jīng)過空氣層傳導(dǎo)散熱，這將影響新型平板式太陽能集熱器的集熱效率。同理黑夜時，儲水箱中水經(jīng)由白天集熱 器吸熱后，溫度提升到80度以上或更高，儲水箱水的水溫將高過透光板與平板框架設(shè)置有 空氣層的溫度，儲水箱的熱水的熱能將通過鋁質(zhì)材料的平板框架傳導(dǎo)到空氣層并逐漸散發(fā) 到大氣層中，尤其集熱器應(yīng)用于北方的嚴冬天氣時，儲水箱的熱水與空氣層的溫差將相差 更大，這將嚴重損害儲水箱的保溫效果及其工作可靠性，同時進一步降低集熱器的集熱效 率。同時所述的平板式太陽能集熱器，另外，由于此集熱器本身面積較大，其安裝及搬運、維 修等均不方便，雖然其平板形狀能與建筑物良好結(jié)合，但由于其面積較大不能充分利用建 筑物日照區(qū)域，從而影響建筑物的美觀。綜上所述，目前熱管式集熱管由于冷凝端直接與儲水箱中水接觸，其表面易結(jié)出 水垢，并且上述的太陽能集熱器尤其在集熱效率，及其工作可靠性，安裝、維修，特別是太陽 能集熱器形狀與建筑物結(jié)合等方面還存在各種缺陷，從而使得應(yīng)用上受到較大的限制，降 低了太陽能利用的推廣和發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種太陽能集熱器，其兼具熱管式太陽能集熱器與平 板式太陽能集熱器的優(yōu)點。具有高集熱效率并抗水垢的優(yōu)點。本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的太陽能集熱器，包括有一個以上的太陽能集熱單元；所述每個太陽能集熱單元包 括有具有高透明透光并且高抗熱沖擊性能的透明外殼，透明外殼里面容納至少一個扁平 型吸散熱裝置；其中，所述透明外殼和扁平型吸散熱裝置之間經(jīng)抽真空處理形成真空層； 所述太陽能集熱器還包括有一個儲水箱，所述儲水箱內(nèi)部設(shè)置有容納有抗凍抗高溫冷卻液 的容器，所述儲水箱位于透明外殼的外部；所述扁平型吸散熱裝置位于透明外殼中的部分 為吸熱段，位于所述容器中的部分為放熱段，所述抗凍抗高溫冷卻液位于所述放熱段周圍； 所述容器周圍填充有水。所述扁平型吸散熱裝置為一種設(shè)置有熱管陣列的扁薄平板或一種扁平型熱管。所述扁平型吸散熱裝置外表面噴涂有太陽能選擇性吸收膜。所述儲水箱外壁裹有保溫材料。綜上，本實用新型的有益效果是采用上述技術(shù)方案，本實用新型的太陽能集熱器綜合了熱管式太陽能集熱器與平 板式太陽能集熱器的優(yōu)點，使得其抗凍性能、集熱效率得到較大提高，同時避免扁薄平板的 放熱段產(chǎn)生水垢，降低維護成本。

圖1為本實用新型太陽能集熱器外觀結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型太陽能集熱器剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型太陽能集熱器太陽能集熱單元剖視結(jié)構(gòu)放大示意圖；圖4為本實用新型太陽能集熱器太陽能集熱單元剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型公開了一種太陽能集熱器，包括有一個以上的太陽能集熱單元；所述 每個太陽能集熱單元包括有具有高透明透光并且高抗熱沖擊性能的透明外殼，透明外殼 里面容納至少一個扁平型吸散熱裝置；其中，所述扁平型吸散熱裝置的長度大于所述透明 外殼的長度，所述透明外殼和扁平型吸散熱裝置之間經(jīng)抽真空處理形成真空層；所述太陽 能集熱器還包括有一個儲水箱，所述儲水箱內(nèi)部設(shè)置有容納有抗凍抗高溫冷卻液的容器， 所述儲水箱位于透明外殼的外部，所述儲水箱連接有進水管、出水管；所述扁平型吸散熱裝 置位于透明外殼中的部分為吸熱段，位于所述容器中的部分為放熱段，所述抗凍抗高溫冷 卻液位于所述放熱段周圍；所述容器周圍填充有水。所述扁平型吸散熱裝置為一種設(shè)置有熱管陣列的扁薄平板或一種扁平型熱管。所述扁平型吸散熱裝置外表面噴涂有太陽能選擇性吸收膜。所述儲水箱外壁裹有保溫材料。實施例如圖1、2、3、4所示，本實施例公開一種熱管陣列平板式太陽能集熱器包括有高 透明透光并且高抗熱沖擊性能的透明外殼103，此外殼材料可選用高硼硅特硬玻璃，透明外 殼103內(nèi)部容納有內(nèi)部設(shè)置有熱管陣列的扁薄平板100，扁薄平板100外表面噴涂有太陽能 選擇性吸收膜104，吸收膜104優(yōu)選的使用AL—N/AL真空濺射選擇性鍍膜，透明外殼103 與扁薄平板100之間經(jīng)抽真空處理形成真空隔熱層，熱管陣列平板式太陽能集熱器至少還 包括一個裝有抗凍抗高溫冷卻液容器5設(shè)置于連接有進水管3、出水管4的儲水箱2，冷卻 液優(yōu)選的采用植物油、酒精、乙醚等有機物。儲水箱外壁裹有保溫材料21，保溫材料21可以 用填充一定厚度的發(fā)泡聚氨脂制作，扁薄平板100的放熱段101放置于裝油容器5內(nèi)。為了提高本實用新型熱管陣列平板式太陽能集熱器集熱效率，所述設(shè)置有熱管陣 列的扁薄平板100內(nèi)部排布多個截面為多邊型的，截面水力直徑為0. 4-5mm細孔管105，其 中細孔管105是相互連接并平行排列的直管，細孔管105截面可以為三角形，矩形，梯形或 其它形狀，細孔管105在扁薄平板100內(nèi)兩端均封閉。各細孔管105管路均為獨立的熱管結(jié) 構(gòu)，各細孔管105的相互連接部分相互加強各細孔管的強度及強化傳熱性能。所述設(shè)置有 熱管陣列的扁薄平板100材質(zhì)優(yōu)選采用金屬材料，經(jīng)過擠壓或充壓加工工藝制成，經(jīng)真空 處理后，灌裝液體工質(zhì)譬如高純度的去離子水，液體工質(zhì)均勻分布在各獨立的細孔管管路， 多個細孔管管路內(nèi)將形成毛細管結(jié)構(gòu)，并形成熱管效應(yīng)。所述經(jīng)過成型的扁薄平板加工時，還需經(jīng)過多重的清洗步驟，首先初步清洗掉加 工碎片，再采用化學(xué)清洗除去油膜，然后洗滌溶媒和油污等污染，最后真空烘干，除去液化 的氣體。再進行工質(zhì)充注，首先經(jīng)真空處理后，灌裝液體工質(zhì)譬如高純度的去離子水，液體 工質(zhì)均勻分布在各獨立的細孔管管路，多個細孔管管路內(nèi)將形成毛細管結(jié)構(gòu)，并形成熱管 效應(yīng)。這種熱管結(jié)構(gòu)具備了熱管式傳熱效率高的特性。扁薄平板100外表面噴涂有太陽能選擇性吸收膜104，表面涂覆的多層漸變選擇 性吸收膜對太陽能的吸收率達到93%以上，使集熱效率更高。扁薄平板100放置于高透明 透光并且高抗熱沖擊性能的透明外殼103中間，外殼可選用高硼硅特硬玻璃。扁薄平板100 根據(jù)熱效應(yīng)可以分為吸熱段102和放熱段101，其中吸熱段102面向太陽裸露用以吸收太 陽光線，放熱段101設(shè)置于裝油容器5之中冷凝放熱將裝油容器的油加熱，放熱段101長出透明外殼103并與其緊密連接，扁薄平板100的吸熱段102完全封閉于玻璃外殼103內(nèi)面，扁薄平板100內(nèi)部灌裝液體工質(zhì)的多個細孔管將形成熱管效應(yīng)，吸熱段吸收熱量，熱量通 過熱管壁傳給管內(nèi)工質(zhì)，工質(zhì)吸熱后蒸發(fā)和沸騰，轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，蒸汽在微小壓差的作用下?升至放熱段101，設(shè)置于裝油容器5之中的放熱段101受到液態(tài)油冷卻后，蒸汽冷凝并向外 放出汽化潛熱，裝油容器5的油獲得熱量，再將熱量傳遞到儲水箱2之中水，冷凝液依靠重力及毛細管作用力返回吸熱段，如此周而復(fù)始，使儲水箱2之中水得到加熱，由于扁薄平板 100內(nèi)部細孔管105抽成真空，工質(zhì)極易蒸發(fā)及沸騰，熱管啟動迅速。透明外殼103與扁薄平板100之間經(jīng)抽真空處理形成真空隔熱層，白天時，扁薄平 板100表面的選擇性涂層104吸收太陽光輻射能量后，由于透明外殼103與扁薄平板100 之間的真空隔熱層，即使扁薄平板100與外界空氣層有較大溫差也不會向大氣層散熱，這 樣將保證熱管陣列平板式太陽能集熱器的集熱效率。同理黑夜時，儲水箱中水經(jīng)由白天集 熱器吸熱后，溫度提升到80度以上或更高，儲水箱水的水與外界空氣層形成較大溫差也不 會向大氣層散熱，即使熱管陣列平板式太陽能集熱器應(yīng)用于北方的嚴冬天氣時，也不將影響儲水箱的保溫效果及集熱器工作可靠性，同時進一步保證熱管陣列平板式太陽能集熱器 的集熱效率。熱管式集熱管為了抗凍，承受高壓和真空負壓，熱管材質(zhì)多數(shù)選用金屬材料，但是 金屬材料只要與水接觸，不論冷水或熱水，隨著熱管式集熱管冷凝端與儲水箱中水接觸時 間延長，其表面易結(jié)出水垢，這會嚴重損害熱管式集熱管的集熱效率，為了解決此問題，熱 管陣列平板式太陽能集熱器特別在儲水箱內(nèi)設(shè)置有抗凍抗高溫冷卻液的容器5，扁薄平板 100的放熱段101浸沒于容器5之中，這樣管陣列平板式太陽能集熱器與容器5內(nèi)的冷卻 液進行熱交換的同時，冷卻液與儲水箱2之中的水進行熱交換。為了提高冷卻液與儲水箱 2之中的水的熱交換效率，容器5采用鋁合金或其它導(dǎo)熱性優(yōu)良的金屬材料，容器5表面鉚 接或焊接多個散熱翅片51，為了避免容器5表面結(jié)出水垢，容器5與水相接觸的外表面噴涂 一定厚度的鐵氟龍聚酯涂層用來防止產(chǎn)生水垢，所述散熱翅片51由兩層熱膨脹系數(shù)不同 的合金疊合而成。在容器5的金屬外殼上壓接或是焊接散熱翅片，以增大容器5散熱表面 積來加強熱交換效率，為了防止散熱翅片51上結(jié)水垢，所述散熱翅片51采用雙金屬片，利 用雙金屬散熱翅片51在溫度改變時產(chǎn)生變形而使其表面不能結(jié)水垢。儲水箱2外壁裹有防止熱量喪失的保溫材料21，如填充一定厚度的發(fā)泡聚氨脂， 其外殼連接有與外界水源連接的進、出水管4，裝油容器5通過緊固裝置固定于儲水箱2之 中，容器5與儲水箱2的連接處設(shè)置有防油密封圈6，并可與儲水箱2單獨分離。容器5設(shè) 置多個開口用以容納扁薄平板100的放熱段101，扁薄平板100的放熱段101與裝油容器開 口設(shè)置有防油密封圈防漏。為了進一步提高本實用新型的熱管陣列平板式太陽能集熱器的抗凍性能，還可以 采用抗凍工質(zhì)充注扁薄平板內(nèi)部的多個細孔管，使得熱管陣列平板式太陽能集熱器具備更 大的抗凍特性。上述所列具體實現(xiàn)方式為非限制性的，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不偏離本實 用新型范圍內(nèi)，進行的各種改進和變化，均屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求太陽能集熱器，包括有一個以上的太陽能集熱單元；所述每個太陽能集熱單元包括有具有高透明透光并且高抗熱沖擊性能的透明外殼，透明外殼里面容納至少一個扁平型吸散熱裝置；其特征在于所述透明外殼和扁平型吸散熱裝置之間經(jīng)抽真空處理形成真空層；所述太陽能集熱器還包括有一個儲水箱，所述儲水箱內(nèi)部設(shè)置有容納有抗凍抗高溫冷卻液的容器，所述儲水箱位于透明外殼的外部；所述扁平型吸散熱裝置位于透明外殼中的部分為吸熱段，位于所述容器中的部分為放熱段，所述抗凍抗高溫冷卻液位于所述放熱段周圍；所述容器周圍填充有水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集熱器，其特征在于所述扁平型吸散熱裝置為一種 設(shè)置有熱管陣列的扁薄平板或一種扁平型熱管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能集熱器，其特征在于所述扁平型吸散熱裝置外表面 噴涂有太陽能選擇性吸收膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的太陽能集熱器，其特征在于所述儲水箱外壁裹有保溫 材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能集熱器，其特征在于所述透明外殼選用高硼硅玻璃 材料制成；所述扁薄平板外表面噴涂有AL—N/AL真空濺射選擇性鍍膜；所述冷卻液采用 植物油或酒精或乙醚。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能集熱器，其特征在于設(shè)置有熱管陣列的所述扁薄平 板(100)內(nèi)部排布多個截面為多邊型的，截面水力直徑為0.4-5mm細孔管(105)，所述細孔 管(105)是相互連接并平行排列的直管，所述細孔管(105)在扁薄平板(100)內(nèi)兩端均封 閉；各細孔管(105)管路均為獨立的熱管結(jié)構(gòu)；采用抗凍工質(zhì)充注扁薄平板內(nèi)部的多個細 孔管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集熱器，其特征在于設(shè)置有熱管陣列的所述扁薄平 板(100)材質(zhì)采用金屬材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集熱器，其特征在于所述容器(5)采用導(dǎo)熱性優(yōu)良 的金屬材料，容器(5)表面鉚接或焊接多個散熱翅片(51)，容器(5)與水相接觸的外表面噴 涂一定厚度的鐵氟龍聚酯涂層，所述散熱翅片(51)由兩層熱膨脹系數(shù)不同的合金疊合而 成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集熱器，其特征在于所述容器(5)與儲水箱(2)的 連接處設(shè)置有防油密封圈(6)，并可與儲水箱(2)分離；所述儲水箱外壁裹有的保溫材料為 填充一定厚度的發(fā)泡聚氨脂制作而成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集熱器，其特征在于所述容器(5)設(shè)置多個開口用 以容納多段扁薄平板(100)的放熱段(101)，扁薄平板(100)的放熱段(101)與所述容器開 口位置設(shè)置有防油密封圈防漏。
專利摘要本實用新型公開一種太陽能集熱器包括有高透明透光并且高抗熱沖擊性能的透明外殼，此外殼材料可選用高硼硅特硬玻璃，透明外殼內(nèi)部容納有內(nèi)部設(shè)置有熱管陣列的扁薄平板，扁薄平板外表面噴涂有太陽能選擇性吸收膜，吸收膜優(yōu)選的使用AL---N/AL真空濺射選擇性鍍膜，透明外殼與扁薄平板之間經(jīng)抽真空處理形成真空隔熱層，熱管陣列平板式太陽能集熱器至少還包括一個裝有抗凍抗高溫冷卻液容器設(shè)置于連接有進水管、出水管的儲水箱之中，儲水箱外壁裹有保溫材料，扁薄平板的放熱段放置于容器內(nèi)。本實用新型綜合了熱管式太陽能集熱器與平板式太陽能集熱器的優(yōu)點，使得其抗凍性能、集熱效率得到較大提高，同時避免扁薄平板的放熱段產(chǎn)生水垢，降低維護成本。
文檔編號F24J2/46GK201593877SQ200920060878
公開日2010年9月29日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者王冬雷 申請人:廣東德豪潤達電氣股份有限公司