專利名稱：一種熱媒超導(dǎo)管板一體集熱器板芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬太陽能集熱器板芯領(lǐng)域，尤其涉及一種采用熱媒作為熱傳導(dǎo)媒介的新型集熱器板芯。
背景技術(shù)：
太陽能熱水器是指以太陽能作為能源進(jìn)行加熱的熱水器。是與燃?xì)鉄崴鳌㈦姛崴飨嗖⒘械娜鬅崴髦?。太陽能熱水器把太陽光能轉(zhuǎn)化為熱能，將水從低溫度加熱到高溫度，以滿足人們?cè)谏?、生產(chǎn)中的熱水使用。太陽能熱水器按結(jié)構(gòu)形式分為真空管式太陽能熱水器和平板式太陽能熱水器，目前真空管式太陽能熱水器為主，占據(jù)國內(nèi)95%的市場(chǎng)份額。真空管式太陽能熱水器是由集熱管、儲(chǔ)水箱及支架等相關(guān)附件組成，把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能主要依靠集熱管。集熱管利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)而達(dá)到所需熱水。玻璃真空管太陽能熱水器可細(xì)分為全玻璃真空管式、熱管真空管式、U型管真空管式。常用的為全玻璃真空管式，其優(yōu)點(diǎn):安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)。尤其是帶輔助電加熱功能的太陽能熱水器，它以太陽能為主，電能為輔的能源利用方式使太陽能熱水器全年全天候正常運(yùn)行，環(huán)境溫度低時(shí)效率仍然比較高。其缺點(diǎn)在于體積比較龐大、玻璃管易碎、管中容易集結(jié)水垢、不能承壓運(yùn)行。但是清華陽光研究出的一種熱管式真空集熱玻璃管，它是以導(dǎo)熱介質(zhì)為導(dǎo)熱媒進(jìn)行熱能傳遞，它就充分解決了玻璃管易碎、管中容易集結(jié)水垢、管中結(jié)冰等諸多不利因素并且它的集熱效果比其它集熱管還高。平板式太陽能熱水器可分為管板式、翼管式、蛇管式、扁盒式、圓管式和熱管式。其優(yōu)點(diǎn):具有整體性好、壽命長、故障少、安全隱患低、能承壓運(yùn)行，安全可靠，吸熱體面積大，易于與建筑相結(jié)合，耐無水空曬性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其熱性能也很穩(wěn)定。其缺點(diǎn)由于蓋板內(nèi)為非真空，保溫性能差，故環(huán)境溫度較低時(shí)集熱性能較差，采用輔助加熱時(shí)相對(duì)耗電。環(huán)境溫度低或要求出水溫度高時(shí)熱效率較低。如凍壞需更換整個(gè)集熱板，適合冬天不結(jié)冰的南方地區(qū)選用。從上面的內(nèi)容可以看出，真空管太陽能熱水器和平板式太陽能熱水器二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。而平板式太陽能熱水器的主要缺點(diǎn)就是不耐低溫環(huán)境和熱效率稍遜于真空熱水器，但是平板熱水器的優(yōu)點(diǎn)也同樣是真空管式太陽能熱水器所無法具備的。平板式太陽能熱水器不能耐受低溫的問題，長期存在于太陽能熱水器行業(yè)中，至今一直沒有任何技術(shù)方案來解決這個(gè)行業(yè)難題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的平板式太陽能熱水器板芯，該板芯通過采用熱媒作為導(dǎo)熱媒介，巧妙的解決了平板式太陽能熱水器無法耐受低溫的技術(shù)難題，同時(shí)還使平板式太陽能熱水器的熱效率得到了大幅度的提升。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種熱媒超導(dǎo)管板一體集熱器板芯，其特征在于:所述的板芯為一帶有通孔的平板，且平板表面下方設(shè)置有與該平板融合為一體且相互平行的一條以上裝有熱媒的導(dǎo)熱管，該導(dǎo)熱管兩端密封，且至少平板狀部分的表面鍍制有太陽能吸熱涂層。[0005]所述的平板狀板芯表面還設(shè)置有鋸齒狀截面或者波浪狀截面的平行凸棱。所述的板芯的另外一側(cè)及通孔下方為平面狀。所述的導(dǎo)熱管中設(shè)置有與軸線平行的散熱凸棱。所述的導(dǎo)熱管截面形狀為方形、圓形、橢圓形、三角形、梯形、菱形及不規(guī)則形狀。所述的導(dǎo)熱管即可排列成整體結(jié)構(gòu)，也可間隔一定間距排列。所述的吸熱涂層為復(fù)合太陽能吸熱涂層。所述的熱媒為乙二醇、氟利昂、甲醇、丙酮和水。一種熱媒超導(dǎo)管板一體集熱器板芯的加工方法，主要包括以下技術(shù)內(nèi)容:所述的集熱器板芯包括以下幾個(gè)加工步驟，A、首先采用鋁型材工藝?yán)熘谱鞒黾療崞靼逍拘筒?；B、將上述的集熱器板芯按需截取統(tǒng)一長度后備用；C、將上述的長度相等的集熱器板芯型材一端采用強(qiáng)力壓合封口工藝壓合封閉；D、使用針狀熱媒添加注射裝置向每一個(gè)導(dǎo)熱管中添加一定劑量熱媒；E、將集熱器板芯另外一端采用強(qiáng)力壓合封口工藝壓合封口，即完成上述集熱器板芯制作。所述的熱媒添加量為導(dǎo)熱管內(nèi)容積的55%至85%。通過采用上述的技術(shù)解決方案，本實(shí)用新型獲得了以下積極的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型通過采用簡單的鋁型材加工工藝用于太陽能板芯的制作中，大幅度的降低了板芯的生產(chǎn)制作成本，從而為板式太陽能的推廣提供了必要的價(jià)格優(yōu)勢(shì)；另外本實(shí)用新型通過采用一體結(jié)構(gòu)拉伸制作集熱器板芯，真正實(shí)現(xiàn)了集熱板和導(dǎo)熱管結(jié)構(gòu)的一體化，徹底避免了原有復(fù)合板型由于必然存在的壓合縫隙導(dǎo)致的熱傳導(dǎo)效率低的問題，通過采用這種一體結(jié)構(gòu)的板芯，是普通的鋁材板芯的熱傳導(dǎo)效率接近甚至超過銅銅復(fù)合的集熱器板芯，達(dá)到了在保證熱傳導(dǎo)效率的前提下，大幅度的降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。針對(duì)這個(gè)傳導(dǎo)效率問題，本實(shí)用新型還采用了在導(dǎo)熱管內(nèi)壁設(shè)置凸棱的結(jié)構(gòu)，增加與熱媒的接觸面積，進(jìn)一步提高熱交換效率；通過采用將導(dǎo)熱管密封并加入熱媒作為傳導(dǎo)媒介的方式，改變了原有依靠金屬導(dǎo)熱進(jìn)行熱交換的方式，利用熱媒的氣化到液化的循環(huán)方式進(jìn)行傳導(dǎo)，不但大大提高了熱交換的速度和效率，同時(shí)也有效的避免了太陽能集熱器板芯表面的溫度，防止了太陽能集熱器板芯復(fù)合涂層的老化，顯著的提高了板芯涂層的使用壽命；另外在本實(shí)用新型中的關(guān)鍵技術(shù)改進(jìn)在是由于采用了原有導(dǎo)熱管中需要走循環(huán)水直接進(jìn)行加熱的傳統(tǒng)板芯傳導(dǎo)方式，而是采用以熱媒為中介直接對(duì)主換熱管進(jìn)行熱交換。由于過去導(dǎo)熱管尺寸較細(xì)小，故在北方寒冷地區(qū)使用的時(shí)候，夜間低溫則是上述導(dǎo)熱管中的水在逆向熱交換過程非常迅速，導(dǎo)致北方無法使用板式太陽能熱水器的行業(yè)難題。因?yàn)橥ㄟ^采用本實(shí)用新型中的熱媒傳導(dǎo)方式，屬于單向換熱循環(huán)方式，在低溫寒冷氣候下熱媒始終處于液態(tài)，不會(huì)像加溫過程一樣實(shí)現(xiàn)氣態(tài)到液態(tài)的換熱傳導(dǎo)方式，加之熱媒采用耐低溫物質(zhì)，具有耐受零下百度低溫的能力，因此本實(shí)用新型徹底解決了板式太陽能在北方無法使用推廣的問題。

圖1為本實(shí)用新型的板芯截面示意圖；圖2為表面帶有凸棱的板芯截面示意圖；[0022]圖3為導(dǎo)熱管帶有散熱凸棱的板芯截面示意圖；圖4-7為另外幾種結(jié)構(gòu)的板芯截面示意圖；圖8-16為本實(shí)用新型導(dǎo)熱管截面形狀示意圖；圖17為本實(shí)用新型的板芯的結(jié)構(gòu)立體示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。本實(shí)用新型主要是針對(duì)現(xiàn)有板式太陽能集熱器板芯的技術(shù)改進(jìn)，該技術(shù)可以解決現(xiàn)有太陽能集熱器板芯生產(chǎn)工藝復(fù)雜、熱傳導(dǎo)和熱交換效率低的問題，同時(shí)徹底解決了板式太陽能板芯無法耐受低溫環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)難題。如圖1所示，具體技術(shù)改進(jìn)涉及一種熱媒超導(dǎo)管板一體集熱器板芯，主要改進(jìn)為:所述的板芯2為一帶有通孔的平板，且平板表面下方設(shè)置有與該平板融合為一體且相互平行的一條以上裝有熱媒的導(dǎo)熱管21，該導(dǎo)熱管兩端密封，導(dǎo)熱管21 —般采用壓合的方式來實(shí)現(xiàn)密封，當(dāng)然也可以采用焊接、熔接，安裝堵頭等等方式來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱管21的密封。板芯2上的平板狀部分的表面鍍制有太陽能吸熱涂層。涂層自然選用綜合性能比較好的復(fù)合太陽能吸熱涂層。上述集熱器板芯表面的平板狀部分主要作為太陽能板芯的吸熱表面，其上鍍制有太陽能吸熱涂層，而且該平板狀部分也可以根據(jù)使用的需要采用波浪形或者鋸齒狀平行凸棱等結(jié)構(gòu)，來進(jìn)一步增加對(duì)陽光的吸熱面積和與太陽的照射角度。該板芯的截面形狀如圖4-7所示，可以為平板形、階梯型、菱形等等。但是通常情況下所述的板芯2為平板狀的板芯表面，且板芯2表面下設(shè)置有與該平板融合為一體且相互平行的一條以上裝有熱媒的導(dǎo)熱管21，該導(dǎo)熱管21兩端壓合密封，且至少平板狀部分的表面鍍制有太陽能吸熱涂層。板芯2實(shí)際上是通過類似鋁合金型材的工藝加工而成的?？紤]加工成本和加工工藝問題，優(yōu)選使用鋁材制作板芯型材，然后將其截取成標(biāo)準(zhǔn)尺寸，灌裝熱媒之后，將兩端壓合密封，制作出獨(dú)立的模塊化板芯2。另外為了進(jìn)一步提高板芯2的自身強(qiáng)度，在所述的板芯2的另外一側(cè)及通孔下方為平面狀。采用這樣結(jié)構(gòu)的集熱器板芯，類似于蜂巢結(jié)構(gòu)的集熱器板芯，即可以提高板芯的自身強(qiáng)度，同時(shí)由于其兩個(gè)表面都為比較規(guī)則的表面，可以使安裝固定更加方便。如圖1所示，該板芯2為金屬材料制成，為一個(gè)中間設(shè)置有密封孔洞的平板狀金屬型材，密封的孔洞即導(dǎo)熱管21中填充有熱媒。如圖2所示，所述的平板狀板芯2表面還設(shè)置有鋸齒狀截面或者波浪狀截面的平行凸棱23。設(shè)置上述的這些平行的凸棱23，主要是兩個(gè)作用，其一可以適當(dāng)?shù)脑黾影逍?的面積，提高對(duì)太陽能的吸收能力；其二就是利用將凸棱23表面設(shè)置一定的傾斜角度，改變板芯表面與太陽光之間的傾斜角度。為了便于鍍制太陽能吸熱膜層。一般情況下，上述的板芯2至少具有一個(gè)平面形狀的表面，這里所提到的平面是指具有相對(duì)規(guī)則和平整的表面，絕非通常理解的表面光滑平整的表面。例如:表面具有相互平行且規(guī)則凸棱的表面同樣為本實(shí)用新型中提到的平整表面。另外為了配合與熱交換管I之間的緊密連接，使上述二者之間可以進(jìn)行良好的熱傳導(dǎo)，所述的板芯2的兩個(gè)側(cè)面均為平面。因?yàn)檫@樣的加工表面更加容易緊密貼合。板芯2的表面上鍍制有吸熱膜層，所述的吸熱涂層為復(fù)合太陽能吸熱涂層。當(dāng)表面吸收到太陽能之后，需要通過熱傳導(dǎo)傳給設(shè)置在板芯導(dǎo)熱管21中的熱媒，所述的熱媒為乙二醇，也可使用其他熱媒材料。如圖3所示，為了提高熱媒與板芯2的接觸面積，提高熱效率。所述的導(dǎo)熱管21中設(shè)置有與軸線平行的散熱凸棱22。通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，可以顯著地提高熱媒與板芯2之間的熱交換速度和效率。如圖8-16所示，從上面的描述可知，本實(shí)用新型的板芯2是通過金屬型材加工工藝制作的，因此板芯上的導(dǎo)熱管21可以方便的制作成各種不同截面形狀，導(dǎo)熱管21截面形狀為方形、圓形、橢圓形、三角形、梯形、菱形及不規(guī)則形狀。這些不同的導(dǎo)熱管截面形狀都可以用于制作板芯2。由于本實(shí)用新型采用的制作工藝，為現(xiàn)有成熟的鋁型材拉伸制作工藝，則使無論制作任何形狀的導(dǎo)熱管截面均沒有任何制作難度，因此所述的導(dǎo)熱管21截面形狀不限于方形、圓形、橢圓形、三角形、梯形、菱形等形狀，甚至可以根據(jù)使用的需要制作出8字型、六角形和其他不規(guī)則形狀的導(dǎo)熱管截面。而導(dǎo)熱管21的布置也非常靈活，所述的導(dǎo)熱管即可排列成整體結(jié)構(gòu)，也就是每個(gè)導(dǎo)熱管均緊密相鄰，類似于田字格本的截面形狀，也可間隔一定間距排列方式來布置導(dǎo)熱管。具體布置方式可以靈活的根據(jù)使用和設(shè)計(jì)需要來變化。所述的導(dǎo)熱管21即可排列成整體結(jié)構(gòu)，也可間隔一定間距排列。如圖2所示，這里提到的排列成整體結(jié)構(gòu)是指導(dǎo)熱管21 —個(gè)緊貼著另外一個(gè)排布導(dǎo)熱管21，兩個(gè)相鄰的導(dǎo)熱管21使用一個(gè)共用的側(cè)壁，這種結(jié)構(gòu)的板芯2中部密布一列導(dǎo)熱管。如圖3所示，設(shè)置一定間距排列，是指每一個(gè)導(dǎo)熱管21之間間隔一定距離，具有獨(dú)立的導(dǎo)熱管側(cè)壁。導(dǎo)熱管21在每一個(gè)板芯2上至少具有一個(gè)，為了提高整體的強(qiáng)度，一般都采用多個(gè)導(dǎo)熱管21的結(jié)構(gòu)，這樣可以避免由于某一個(gè)導(dǎo)熱管21泄漏導(dǎo)致集熱器板芯整體失效的問題，同時(shí)也可以顯著地提高板芯2的機(jī)械強(qiáng)度，防止熱媒工作時(shí)變成氣態(tài)時(shí)，使導(dǎo)熱管21由于內(nèi)部壓力上升而導(dǎo)致的鼓脹問題?？紤]到板芯加工的特點(diǎn)，本實(shí)用新型中所描述的板芯一般為細(xì)長的型材，如果需要制作太陽能集熱器的時(shí)候，可以使用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模塊化板芯，排列搭接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)的太陽能集熱器。如圖17所示，即為使用本實(shí)用新型板芯制作的太陽能集熱器，包括集熱器外殼和設(shè)置在該外殼上部的透明蓋板，該外殼中設(shè)置有集熱器本體。該集熱器由熱交換管I和熱媒超導(dǎo)一體化板芯2及將上述兩個(gè)部件固定為一體的夾緊裝置3構(gòu)成，熱交換管I與板芯2 —端緊密連接并通過上述的夾緊裝置3固定，熱交換管I截面為不完整的圓形，也就是將普通的圓形水管，擠壓出一個(gè)用于與板芯2進(jìn)行熱交換的平面部分，為了進(jìn)一步提高板芯2和熱交換管I之間的導(dǎo)熱性能，該可以在上述二者之間涂抹導(dǎo)熱硅膠、導(dǎo)熱墊等方式。作為太陽能集熱器板芯，其表面必然需要鍍制太陽能吸熱涂層，所述的熱媒為乙二醇。下面本實(shí)用新型詳細(xì)描述一下本實(shí)用新型的制作工藝:所述的集熱器板芯包括以下幾個(gè)加工步驟，A、首先采用鋁合金型材加工工藝?yán)熘谱鞒黾療崞靼逍拘筒?；這個(gè)步驟主要是制作出規(guī)定尺寸的型材備用，其制作拉伸長度則可以更加為了需要截取長度的整倍數(shù)進(jìn)行制作。B、將上述的集熱器板芯按需截取統(tǒng)一長度后備用，這個(gè)工藝步驟主要是根據(jù)使用時(shí)的需要，截取尺寸統(tǒng)一的集熱器板芯毛坯待用。C、將上述的長度相等的集熱器板芯型材一端采用直接采用壓合封口工藝壓合封閉；這個(gè)步驟主要為以后的熱媒灌裝做生產(chǎn)準(zhǔn)備，也就是將兩端開口的板芯型材的一段進(jìn)行封閉。D、使用針狀熱媒添加注射裝置向每一個(gè)導(dǎo)熱管中添加一定劑量熱媒；這里主要是灌裝耐低溫的熱媒，且該熱媒還需要具有良好的液態(tài)到氣態(tài)，氣態(tài)到液態(tài)的循環(huán)轉(zhuǎn)化性能。一般可以采用乙二醇、氟利昂、甲醇、丙酮和水幾種物質(zhì)作為熱媒。另外需要說明的一點(diǎn)就是關(guān)于熱媒的添加量一般在占導(dǎo)熱管體積的55%-85%范圍內(nèi)，這個(gè)調(diào)整范圍主要是適應(yīng)使用不同的熱媒種類，其氣態(tài)到液態(tài)變化的特點(diǎn)決定的。E、將集熱器板芯另外一端采用強(qiáng)力壓合工藝壓合封口，即完成上述集熱器板芯制作。這個(gè)最后的步驟是密封灌裝的熱媒，采用這種灌裝熱媒的板芯，徹底改變了現(xiàn)有板式集熱器板芯的熱交換方式。傳統(tǒng)的板式太陽能需要通過與每個(gè)集熱板芯緊密連接的比較細(xì)小的熱交換支管實(shí)現(xiàn)熱交換過程，然后再注入到較粗的主換熱管中進(jìn)行熱水收集。這種熱交換方式是可逆的，因此在低溫環(huán)境下同樣會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱支管中的水迅速凍結(jié)，導(dǎo)致集熱器損壞。而本實(shí)用新型采用的則是通過每個(gè)板芯中的若干導(dǎo)熱管中的熱媒作為板芯熱能交換媒介，而所采用的熱媒則采用氣態(tài)到液態(tài)的循環(huán)轉(zhuǎn)化直接與主換熱管進(jìn)行熱交換的方式，而這種熱交換凡是是單向循環(huán)，因此在低溫下其傳導(dǎo)效率非常低，加之熱媒具有良好的耐低溫性能，使其具備了良好的耐低溫性能。因此只要保證主換熱管中的水處于低速循環(huán)，并同時(shí)配合簡單的保溫處理，即可實(shí)現(xiàn)上述板式太陽能熱水器在低溫地區(qū)的使用問題。通過上述的方式可以徹底解決板式太陽能熱水器無法使用在低溫地區(qū)的這個(gè)長期存在的行業(yè)技術(shù)難題。以上所描述的僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，上述具體實(shí)施例不是對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本實(shí)用新型的技術(shù)思想范疇內(nèi)，可以出現(xiàn)各種變形及修改，凡本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)以上描述所做的潤飾、修改或等同替換，均屬于本實(shí)用新型所保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種熱媒超導(dǎo)管板一體集熱器板芯，其特征在于:所述的板芯為一帶有通孔的平板，且平板表面下方設(shè)置有與該平板融合為一體且相互平行的一條以上裝有熱媒的導(dǎo)熱管，該導(dǎo)熱管兩端密封，且至少平板狀部分的表面鍍制有太陽能吸熱涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱媒超導(dǎo)管板一體集熱器板芯，其特征在于:所述的平板狀板芯表面還設(shè)置有鋸齒狀截面或者波浪狀截面的平行凸棱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱媒超導(dǎo)管板一體集熱器板芯，其特征在于:所述的板芯的另外一側(cè)及通孔下方為平面狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者4任意一個(gè)所述的一種熱媒超導(dǎo)管板一體集熱器板芯,其特征在于:所述的導(dǎo)熱管中設(shè)置有與軸線平行的散熱凸棱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱媒超導(dǎo)管板一體集熱器板芯，其特征在于:所述的導(dǎo)熱管截面形狀為方形、圓形、橢圓形、三角形、梯形、菱形及不規(guī)則形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱媒超導(dǎo)管板一體集熱器板芯，其特征在于:所述的導(dǎo)熱管即可排列成整體結(jié)構(gòu)，也可間隔一定間距排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱媒超導(dǎo)管板一體集熱器板芯，其特征在于:所述的吸熱涂層為復(fù)合太陽能吸熱涂層。
專利摘要本實(shí)用新型屬太陽能集熱器板芯領(lǐng)域，尤其涉及一種采用熱媒作為熱傳導(dǎo)媒介的新型集熱器板芯。一種熱媒超導(dǎo)管板一體集熱器板芯，其特征在于所述的板芯為一帶有通孔的平板，且平板表面下方設(shè)置有與該平板融合為一體且相互平行的一條以上裝有熱媒的導(dǎo)熱管，該導(dǎo)熱管兩端密封，且至少平板狀部分的表面鍍制有太陽能吸熱涂層。本實(shí)用新型可以提供一種新型的平板式太陽能熱水器板芯，該板芯通過采用熱媒作為導(dǎo)熱媒介，巧妙的解決了平板式太陽能熱水器無法耐受低溫的技術(shù)難題，同時(shí)還使平板式太陽能熱水器的熱效率得到了大幅度的提升。
文檔編號(hào)F24J2/32GK203036886SQ20122035700
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者唐云鎧, 楊建 申請(qǐng)人:深圳市鵬桑普太陽能股份有限公司