專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于吸收顆粒的太陽(yáng)能平板集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種太陽(yáng)能集熱器，特別是一種適合于各種高、中、低溫太陽(yáng)能熱利用的、基于吸收顆粒的太陽(yáng)能平板集熱器。
背景技術(shù)：
能源問(wèn)題是全世界范圍所面臨最為突出的問(wèn)題之一，而太陽(yáng)能是人類(lèi)取之不盡、用之不竭的清潔能源。太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換是目前世界范圍內(nèi)太陽(yáng)能利用的一種最普及、最主要形式，其中最具代表性的就是太陽(yáng)能熱水器。我國(guó)已成為世界上生產(chǎn)太陽(yáng)能熱水器最多的國(guó)家，同時(shí)也擁有世界上最大的太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，太陽(yáng)能熱水器將成為不可取代的太陽(yáng)能利用形式。太陽(yáng)能熱水器的類(lèi)型很多，其構(gòu)造主要由集熱器和蓄熱器兩大部分組成，其中集熱器是技術(shù)關(guān)鍵，直接關(guān)系到太陽(yáng)能熱水器的利用效率、使用性能和能夠正常運(yùn)行的環(huán)境溫度條件。目前廣泛應(yīng)用于日常生活中的太陽(yáng)能熱水器根據(jù)集熱器的不同按使用季節(jié)基本上可分為三類(lèi):第一類(lèi):只能在夏季或炎熱氣候下使用。一般有悶曬式和普通平板式。第二類(lèi):能在春、夏、秋及最低環(huán)境溫度高于零度時(shí)使用，主要類(lèi)型有全玻璃真空管式和雙層玻璃平板式。此類(lèi)集熱器在氣溫低于零度時(shí)須放水停用，否則將造成集熱器的凍傷害。第三類(lèi):可以在全年任何氣候中使用，主要有熱管玻璃真空管式集熱器。20世紀(jì)80年代中期，以平板型太陽(yáng)集熱器為主要部件的太陽(yáng)能熱水器在我國(guó)已初步形成產(chǎn)業(yè)，這對(duì)于節(jié)約常規(guī)能源、保護(hù)自然環(huán)境和改善人民生活都發(fā)揮了積極的作用，然而由于平板型太陽(yáng)能集熱器只能提供低溫?zé)崴乙话悴荒苋赀\(yùn)行，應(yīng)用范圍受到限制。為進(jìn)一步提高集熱器的工作溫度，拓寬太陽(yáng)能應(yīng)用領(lǐng)域，研究開(kāi)發(fā)了全玻璃真空管式太陽(yáng)能集熱器及熱管一真空管式太陽(yáng)能集熱器。已經(jīng)大量應(yīng)用的太陽(yáng)能集熱器主要有平板式太陽(yáng)能集熱器、全玻璃真空管式太陽(yáng)能集熱器、熱管式太陽(yáng)能集熱器、熱管一真空管式太陽(yáng)能集熱器，其中全玻璃真空管式太陽(yáng)能集熱器占領(lǐng)國(guó)內(nèi)大部分市場(chǎng)。但理論上平板式太陽(yáng)能集熱器的日平均效率比真空管式太陽(yáng)能集熱器要高，而且國(guó)家正在大力提倡節(jié)能減排，由于平板太陽(yáng)能熱水器與儲(chǔ)水箱分離，與建筑結(jié)合更靈活、更完美，容易實(shí)現(xiàn)與建筑一體化，已經(jīng)引起了業(yè)界的關(guān)注。因此，從太陽(yáng)能集能器的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，平板式太陽(yáng)能熱水器具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?0世紀(jì)80年代曾占我國(guó)太陽(yáng)能熱水器統(tǒng)治地位的平板太陽(yáng)能熱水器在近20多年內(nèi)已逐漸被全玻璃真空管太陽(yáng)能熱水器替代，市場(chǎng)份額逐年下降，現(xiàn)已降至15%左右。然而同期國(guó)外太陽(yáng)能集熱器市場(chǎng)并沒(méi)有發(fā)生這樣的變化，平板太陽(yáng)能熱水器在國(guó)際上仍占主流地位。國(guó)外平板太陽(yáng)能集熱器的熱性能與全玻璃真空管太陽(yáng)能集熱器相比，在提供家用熱水時(shí)幾乎沒(méi)有差別。權(quán)威的瑞士 SPF對(duì)多家生產(chǎn)廠(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表明(基于A(yíng)perture)，平板太陽(yáng)能集熱器效率曲線(xiàn)截距在0.78 0.81，熱損系數(shù)在3.54 4.03ff/(m2 - K);全玻璃管真空管集熱器(內(nèi)插熱管或U形管)在0.53 0.61,熱損系數(shù)在1.30 2.22W/ (m2.K)。在提供生活用熱水時(shí)，以瑞士中部氣候?yàn)槔?，平板太?yáng)能集熱器全年輸出為485 541W/(m2.K)，全玻璃管真空管集熱器全年輸出為466 561W/(m2.K)。盡管全玻璃管真空管集熱器的熱損系數(shù)遠(yuǎn)低于平板太陽(yáng)能集熱器，但平板太陽(yáng)能集熱器效率曲線(xiàn)的截距卻遠(yuǎn)高于全玻璃管真空管集熱器。需要指出的是SPF檢測(cè)的全玻璃真空管太陽(yáng)能集熱器多是密排管。國(guó)內(nèi)的全玻璃真空管太陽(yáng)能集熱器管間距要大得多，熱效率還要更低一些。雖然平板太陽(yáng)能集熱器理論上的日平均效率比真空管式太陽(yáng)能集熱器要高，而且國(guó)外平板太陽(yáng)能集熱器的熱性能與全玻璃真空管太陽(yáng)能集熱器相比，在提供家用熱水時(shí)幾乎沒(méi)有差別，仍占主流地位。但是，我國(guó)平板太陽(yáng)能集熱器的市場(chǎng)份額很低，而且效果差、成本高。國(guó)外的平板太陽(yáng)能集熱器普遍采用性能較高的選擇性鍍層吸熱板，太陽(yáng)光吸收率大于90%，紅外發(fā)射率小于6%。而我國(guó)平板太陽(yáng)能集熱器的吸熱板，性能最好的紅外發(fā)射率也高于20 %，如電化學(xué)處理的黑鎳(用于鋁板)或黑鉻(用于銅板)，有些生產(chǎn)廠(chǎng)家還在使用性能極差的黑漆涂料。因此，平板太陽(yáng)能集熱器(尤其是我國(guó)的)還有大幅改進(jìn)與提高的空間，關(guān)鍵在于提高集熱效率和降低熱損系數(shù)。由于選擇性鍍層的吸收率大小決定了整個(gè)集熱器的集熱效率，其發(fā)射率則決定了熱損系數(shù)的高低，因而，最主要的改善途徑就是提高選擇性鍍層吸熱板的太陽(yáng)光吸收率和降低紅外發(fā)射率。然而，由于現(xiàn)有的技術(shù)途徑是希望在同一個(gè)材料體系上實(shí)現(xiàn)對(duì)于太陽(yáng)光的高吸收率與中波紅外的低發(fā)射率，需要在同一材料體系同時(shí)優(yōu)化好這二方面性能是當(dāng)前整個(gè)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界都在努力的方向，同時(shí)還在成本和耐侯性方面對(duì)整個(gè)材料體系提出了盡可能成本低、耐侯性好的要求。本發(fā)明專(zhuān)利就是針對(duì)這些問(wèn)題提出了一種新的解決途徑。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有平板太陽(yáng)能集熱器技術(shù)和產(chǎn)品無(wú)法完全吸收太陽(yáng)能、且吸收率與發(fā)射率無(wú)法同時(shí)達(dá)到最佳的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于吸收顆粒的可以完全吸收太陽(yáng)能，而且將紅外低發(fā)射與太陽(yáng)能高吸收兩種關(guān)鍵功能分離開(kāi)來(lái)的平板太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)，使兩種功能可以分別做到最佳。因此可以很好地解決現(xiàn)有關(guān)鍵吸收層無(wú)法兼顧高吸收和低發(fā)射功能的難題，在提高太陽(yáng)能集熱效率的同時(shí)，降低輻射損失，達(dá)到最大程度利用太陽(yáng)能的目的。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種新的平板太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)與吸熱體，其特征在于包括如圖1所示的結(jié)構(gòu)，自底層到頂層依次由邊框1、隔熱層2、工作介質(zhì)3、金屬基板
4、吸收流體5及中空模塊或低輻射模塊6組成。隔熱層2位于集熱器最底層；其上層包覆的是盛裝工作介質(zhì)3的銅質(zhì)介質(zhì)管或介質(zhì)腔，而介質(zhì)管或介質(zhì)腔則布設(shè)焊接于金屬基板4的反面；吸收流體6盛裝于金屬基板4與中空模塊或低福射模塊6的下層玻璃61之間的腔體中；中空模塊或低輻射模塊6位于集熱器的最上層；整個(gè)結(jié)構(gòu)由邊框I固定于一體。所述隔熱層2的材料是巖棉、玻璃棉、聚氨酯、發(fā)泡劑、聚苯乙烯、氣凝膠或酚醛泡沫。所述的工作介質(zhì)3是水、防凍液或油類(lèi)的導(dǎo)熱流體。所述的金屬基板4采用Au、Ag、Cu、Al、Ni金屬，或它們的合金及組合,其組合方式可以是在其中一種金屬基板上鍍制另一種金屬膜，優(yōu)選的，以成本低的Al為基板、紅外發(fā)射率低的Cu為基板、或成本與紅外發(fā)射率均較低的Al上鍍Cu膜為基板。所述的吸收流體5由含有可吸收整個(gè)太陽(yáng)能譜段能量的顆粒和流體組成，吸收率可達(dá)100% ;可吸收太陽(yáng)能譜段能量的顆粒包括金顆粒、銀顆粒、銅顆粒、SiO2顆粒、納米磁性顆粒的單種或混合太陽(yáng)光吸收顆粒，優(yōu)選的，采用由幾種可吸收太陽(yáng)光不同譜段的顆粒組合形成的混合顆粒；所述的流體采用糖溶液、聚苯乙烯、苯、甘油、松節(jié)油、橄欖油，四氯化碳，或采用這些溶液的組合，優(yōu)選的，以80%糖溶液和甘油作為流體。所述的中空模塊自下而上依次由玻璃61、位于61上方的中空層63、支撐中空層63的密封條62，以及由密封條連接的位于中空層上方的上層玻璃64組成；其中低輻射模塊6自下而上依次由玻璃61、沉積在61上的低發(fā)射率膜62、位于62上方的中空層64、支撐中空層64的密封條63，以及由密封條連接的位于中空層上方的上層玻璃65組成。本發(fā)明所公開(kāi)的平板太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)的基本工作原理是:陽(yáng)光通過(guò)低輻射模塊6入射到吸收流體5上，被吸收流體5全部吸收后轉(zhuǎn)化為熱量，通過(guò)導(dǎo)熱性良好的金屬基板
4將熱量傳遞至工作介質(zhì)3，將工作介質(zhì)3加熱，并由工作介質(zhì)3將熱量帶走至換熱器進(jìn)行循環(huán)換熱，從而達(dá)到太陽(yáng)能熱利用的目的。對(duì)于本發(fā)明集熱器應(yīng)用之一的太陽(yáng)能熱水器而言，工作介質(zhì)3將熱量帶走至儲(chǔ)熱水箱的換熱器進(jìn)行循環(huán)換熱，最終將水箱中的水加熱使用。由于工作時(shí)平板太陽(yáng)能集熱器中溫度最高的吸收流體5和工作介質(zhì)3的下部有隔熱層2，防止熱量由下部逃逸損失；上部有導(dǎo)熱性差的玻璃及中空的低輻射模塊6，防止了熱量由上部的傳導(dǎo)及輻射損失，大大降低了產(chǎn)品的熱損系數(shù)。所述的隔熱層2采用保溫性能好，即熱導(dǎo)率小的材料，不易變形或揮發(fā)，不產(chǎn)生有毒氣體、不吸收，通常要求熱導(dǎo)率不大于0.06W/(m*°C )。優(yōu)選的，所述隔熱層為聚氨酯板材與發(fā)泡劑結(jié)合，或發(fā)泡劑形成的隔熱層。所述的工作介質(zhì)3為導(dǎo)熱流體，優(yōu)選的，所述的工作介質(zhì)為防凍液，可使用泵驅(qū)動(dòng)防凍液在平板太陽(yáng)能集熱器及儲(chǔ)熱水箱的換熱器間循環(huán)換熱，這樣可以從根本上解決平板太陽(yáng)能集熱器中水的凍結(jié)與凍壞問(wèn)題，同時(shí)可消除平板太陽(yáng)能集熱器中水結(jié)垢的問(wèn)題。所述的金屬基板4為鍍制吸收膜的基板，可以各種導(dǎo)熱性能好的Au、Ag、Cu、Al、Ni金屬、合金或相互組合作為基板，其組合方式可以是在其中一種金屬基板上鍍制另一種金屬膜。優(yōu)選的，以成本低的Al為基板、或紅外發(fā)射率低的Cu為基板、或成本與紅外發(fā)射率均較低的Al上鍍Cu膜為基板。所述的吸收流體5為含有可吸收太陽(yáng)能譜段能量顆粒的流體，其中太陽(yáng)光吸收顆粒包括金顆粒、銀顆粒、銅顆粒、SiO2顆粒、納米磁性顆粒等單種或混合顆粒。其中，不同尺寸Ag納米顆粒的吸收譜如圖2所示，由圖中可以看出，不同尺寸Ag納米顆粒的吸收峰值不同。純Ag、純Au及不同配比Au-Ag復(fù)合納米顆粒的吸收譜如圖3所示，從圖中可以看出，不同的Au-Ag比例復(fù)合納米顆粒的吸收峰差別顯著，因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)不同納米材料的配比與尺寸來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)太陽(yáng)光的吸收，使得整個(gè)太陽(yáng)光譜段的能量都被納米顆粒吸收，從而達(dá)到完全吸收太陽(yáng)能的目的。優(yōu)選的，采用由幾種可吸收太陽(yáng)光不同譜段的顆粒組合形成的混合顆粒，吸收率可接近100%，完全吸收太陽(yáng)能。所述的流體，其折射率與上層的玻璃61接近，從而使得入射到吸收流體5的太陽(yáng)能盡可能少地被反射回去，達(dá)到充分利用太陽(yáng)能的目的。所述的流體包括常見(jiàn)的糖溶液、聚苯乙烯、苯、甘油、松節(jié)油、橄欖油、四氯化碳等。優(yōu)選的，以?xún)r(jià)廉、無(wú)毒的80%糖溶液(折射率1.490)和甘油(1.4730)。所述的鍍膜玻璃61為可鍍制低發(fā)射膜62的普通玻璃、建筑玻璃或浮法玻璃，厚度為2 20mm。優(yōu)選的，以表面平整度很好的浮法玻璃作為鍍膜玻璃。所述的低發(fā)射膜62是為了防止平板太陽(yáng)能集熱器通過(guò)吸收膜5收集到的太陽(yáng)能以輻射的形式逃逸掉，以降低整個(gè)集熱器的熱損系數(shù)，提高熱利用效率，可以采用低輻射單層膜或多層復(fù)合膜，如單銀膜系、雙銀膜系和三銀膜系。優(yōu)選的，以發(fā)射率能小于5%、成本較低的單銀膜系作為低發(fā)射膜鍍制在鍍膜玻璃61上。所述的密封條63是耐候的密封條。所述的中空層64是密封在鍍膜玻璃61和上層玻璃65之間的中空層，包括空氣、氮?dú)夂蜌鍤獾榷栊詺怏w，也可以抽成真空；其作用主要有兩個(gè)方面:1)保護(hù)鍍膜玻璃61上所鍍制的低發(fā)射膜，避免其氧化或變性；2)起到隔熱和降低熱損失的作用。優(yōu)選的，中空層可以抽成真空，以顯著降低整個(gè)集熱器的熱損系數(shù)。所述的上層玻璃65材質(zhì)可與鍍膜玻璃61相同，也可不同；厚度可以與鍍膜玻璃61相同，也可不同，其厚度在確保足夠強(qiáng)度的前提下盡可能薄，以提高陽(yáng)光的透光率。優(yōu)選的，上層玻璃65采用鋼化玻璃，在保證透過(guò)率的同時(shí)，提高整個(gè)太陽(yáng)能集熱器的安全性?；诒景l(fā)明集熱器結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)隔熱層的熱導(dǎo)率為0.005W/(m*0C)、玻璃61和65的厚度均為4_、中間密封的真空層(或者為惰性氣體或空氣)厚度為16mm或20mm,太陽(yáng)能福照地球功率為1000W/m2 (太陽(yáng)能電池模擬計(jì)算一般采取該數(shù)值)時(shí)，假設(shè)輻照全部到達(dá)吸收層，吸收流體5的吸收率為100%，則空燒溫度隨發(fā)射率的變化如圖
4所示。當(dāng)發(fā)射率為0.01時(shí)，空燒溫度可以高達(dá)503°C的高溫太陽(yáng)能熱利用(T>400°C )區(qū)域，此種平板太陽(yáng)能集熱器可以直接用來(lái)發(fā)電，其結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比現(xiàn)有光熱發(fā)電裝置簡(jiǎn)單，成本也低得多；當(dāng)發(fā)射率逐漸增大時(shí)，空燒溫度迅速下降，最后趨于平緩。當(dāng)發(fā)射率小于0.025時(shí)，空燒溫度均處于400°C以上的高溫太陽(yáng)能熱利用區(qū)域。當(dāng)發(fā)射率介于0.025 0.10之間時(shí)，空燒溫度仍然處于397°C 250°C的中溫太陽(yáng)能熱利用(400°C >T>100°C )區(qū)域，效率非常高。如果針對(duì)最常見(jiàn)太陽(yáng)能熱水器的低溫太陽(yáng)能熱利用(T〈100°C )，對(duì)發(fā)射率的要求則還要低很多，因此可選材料范圍廣、成本可顯著下降。因此，采用本發(fā)明所提出的新型集熱器結(jié)構(gòu)，可以非常容易地超出低溫太陽(yáng)能熱利用的性能指標(biāo)要求，達(dá)到中溫太陽(yáng)能熱利用的性能指標(biāo)，大幅降低對(duì)材料的制約與要求，從而使得在提高性能的同時(shí)，降低成本。甚至可以直接應(yīng)用到高溫太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域，對(duì)于提高平板太陽(yáng)能集熱器性能、降低成本、擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域和擴(kuò)大市場(chǎng)非常有利。考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)的能量透過(guò)率，以只有60%的太陽(yáng)光能量(即只有600W/m2輻照)能夠到達(dá)吸收流體5計(jì)算，空燒溫度隨發(fā)射率的變化如圖5所示。當(dāng)發(fā)射率逐漸增大時(shí)，空燒溫度迅速下降，最后趨于平緩。當(dāng)?shù)桶l(fā)射模塊6的發(fā)射率為0.01時(shí)，空燒溫度可以達(dá)到357°C的中溫太陽(yáng)能熱利用；只要低發(fā)射率模塊6的發(fā)射率小于0.022，均可使空燒溫度超過(guò)300°C。發(fā)射率介于0.022 0.10之間時(shí)，空燒溫度仍然可以達(dá)到中溫太陽(yáng)能熱利用的區(qū)域(184°C <T<300°C)o因此，采用本發(fā)明所提出的新型集熱器結(jié)構(gòu)，可以非常容易地超出低溫太陽(yáng)能熱利用的性能指標(biāo)要求，達(dá)到中溫太陽(yáng)能熱利用的性能指標(biāo)，大幅降低對(duì)材料的制約與要求，從而使得在提高性能的同時(shí)，降低成本，對(duì)于提高平板太陽(yáng)能集熱器性能、降低成本、擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域和擴(kuò)大市場(chǎng)非常有利。
采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下積極的效果:(I)相較于現(xiàn)行平板太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)，本發(fā)明將太陽(yáng)光高吸收與紅外低發(fā)射兩種關(guān)鍵功能分離開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì)，可以分別做到最佳，很好地解決了現(xiàn)有在同一材料體系上無(wú)法兼顧高吸收和低發(fā)射功能的難題，可以同時(shí)獲得高吸收和低輻射的平板太陽(yáng)能集熱器，吸收率和發(fā)射率分別達(dá)到100%和1%，大幅提高平板太陽(yáng)能集熱器的集熱效率和熱損系數(shù)。(2)由于吸收率和發(fā)射率可以獨(dú)立設(shè)計(jì)、分別做到最好，因此集熱器的熱利用效率大幅提高，最高空燒溫度可以超過(guò)500°C，適合于各種高、中、低溫太陽(yáng)能熱利用，甚至可以直接用于發(fā)電，極大地拓展了平板太陽(yáng)能集熱器的適用范圍。(3)由于采用了復(fù)合太陽(yáng)光吸收顆粒使得吸收流體的吸收率達(dá)到100%，一方面可以大幅提高集熱器的集熱效率，另一方面顯著降低了整個(gè)集熱器發(fā)射率的要求，大大增加了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性和選擇范圍，可以針對(duì)具體市場(chǎng)選擇相應(yīng)的材料與結(jié)構(gòu)，有利于降低成本。


附圖1本發(fā)明所公開(kāi)的高效平板太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)示意圖；附圖中標(biāo)號(hào)為:1、邊框；2、隔熱層；3、工作介質(zhì)；4、金屬基板；5、吸收流體；6、低輻射模塊；61、鍍膜玻璃；62、低發(fā)射膜；63、密封條；64、中空層；65、上層玻璃。附圖2不同尺寸Ag納米顆粒的吸收譜。附圖3純Ag、純Au及不同配比Au-Ag復(fù)合納米顆粒的吸收譜。附圖4假設(shè)1000W/m2輻照能夠全部到達(dá)吸熱層時(shí)，不同發(fā)射率情況下，空燒溫度隨發(fā)射率的變化曲線(xiàn)。附圖5假設(shè)1000W/m2輻照只有60%能夠到達(dá)吸熱層時(shí)，不同發(fā)射率情況下，空燒溫度隨發(fā)射率的變化曲線(xiàn)。附圖6本發(fā)明所公開(kāi)的另一種高效平板太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)示意圖；附圖中標(biāo)號(hào)為:1、邊框；2、隔熱層；3、工作介質(zhì)；4、金屬基板；
5、吸收流體；6、中空模塊；61、下層玻璃；62、密封條；63、中空層；64、上層玻璃。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不僅僅限于以下實(shí)施例。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說(shuō)明:實(shí)施例1:空燒溫度在低溫太陽(yáng)能熱利用范圍的平板太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)本實(shí)施例所述的平板太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)如圖6所示，自底層到頂層依次由邊框1、隔熱層2、工作介質(zhì)3、金屬基板4、吸收流體5及中空模塊6組成。隔熱層2位于集熱器最底層；其上層包覆的是盛裝工作介質(zhì)3的銅質(zhì)介質(zhì)管或介質(zhì)腔，而介質(zhì)管或介質(zhì)腔則布設(shè)焊接于金屬基板4的反面；吸收流體6盛裝于金屬基板4與中空模塊或低輻射模塊6的下層玻璃61之間的腔體中；中空模塊6位于集熱器的最上層；整個(gè)結(jié)構(gòu)由邊框I固定于一體。所述的隔熱層2為聚氨酯板材與發(fā)泡劑結(jié)合，或發(fā)泡劑形成的隔熱層。所述的工作介質(zhì)3為防凍導(dǎo)熱液，可以從根本上解決平板太陽(yáng)能集熱器中水的凍結(jié)與凍壞問(wèn)題，同時(shí)消除平板太陽(yáng)能集熱器中水結(jié)垢的問(wèn)題。所述的金屬基板4為鍍制吸收膜的基板，本實(shí)施例采用成本低的Al基板。所述的吸收流體5為含有可吸收太陽(yáng)能譜段能量顆粒的流體，其中太陽(yáng)光吸收顆粒為銀顆粒、銅顆粒、SiO2的混合顆粒，吸收率達(dá)到95%。所述的流體，其折射率與上層的玻璃61接近，從而使得入射到吸收流體5的太陽(yáng)能盡可能少地被反射回去，達(dá)到充分利用太陽(yáng)能的目的。所述的流體為價(jià)廉、無(wú)毒的80%糖溶液(折射率1.490)。所述的下層玻璃61為4mm厚的浮法玻璃。所述的密封條62是耐候的密封條。所述的中空層63是密封在下層玻璃61和上層玻璃64之間的空氣層。所述的上層玻璃64為4mm厚的浮法玻璃。基于上述集熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)、以60%的能量透過(guò)到達(dá)吸收層的理論空燒溫度為156。。。本實(shí)施例的平板太陽(yáng)能集熱器完全適用于低溫太陽(yáng)能熱利用的日常太陽(yáng)能熱水器中。實(shí)施例2:空燒溫度在中溫太陽(yáng)能熱利用范圍的平板太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)本實(shí)施例所述的平板太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)如圖1所示，自底層到頂層依次由邊框1、隔熱層2、工作介質(zhì)3、金屬基板4、吸收流體5及低輻射模塊6組成。隔熱層2位于集熱器最底層；其上層包覆的是盛裝工作介質(zhì)3的銅質(zhì)介質(zhì)管或介質(zhì)腔，而介質(zhì)管或介質(zhì)腔則布設(shè)焊接于金屬基板4的反面；吸收流體6盛裝于金屬基板4與中空模塊或低輻射模塊6的下層玻璃61之間的腔體中；低輻射模塊6位于集熱器的最上層；整個(gè)結(jié)構(gòu)由邊框I固定于一體。所述的隔熱層2為聚氨酯板材與發(fā)泡劑結(jié)合，或發(fā)泡劑形成的隔熱層。所述的工作介質(zhì)3為防凍導(dǎo)熱液，可以從根本上解決平板太陽(yáng)能集熱器中水的凍結(jié)與凍壞問(wèn)題，同時(shí)消除平板太陽(yáng)能集熱器中水結(jié)垢的問(wèn)題。所述的金屬基板4為鍍制吸收膜的基板，本實(shí)施例采用成本低的Al基板。所述的吸收流體5為含有可吸收太陽(yáng)能譜段能量顆粒的流體，其中太陽(yáng)光吸收顆粒為金顆粒、銅顆粒、SiO2的混合顆粒，吸收率達(dá)到98%。所述的流體，其折射率與上層的玻璃61接近，從而使得入射到吸收流體5的太陽(yáng)能盡可能少地被反射回去，達(dá)到充分利用太陽(yáng)能的目的。所述的流體為價(jià)廉、無(wú)毒的甘油(折射率1.4730)。所述的鍍膜玻璃61為4mm厚的浮法玻璃。所述的低發(fā)射膜62是以發(fā)射率為6%、性能較好的單銀膜系作為低發(fā)射膜鍍制在鍍膜玻璃61上，膜系結(jié)構(gòu)為Glass/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4。所述的密封條63是耐候的密封條。所述的中空層64是密封在鍍膜玻璃61和上層玻璃65之間的氮?dú)鈱印Ｋ龅纳蠈硬Ａ?5為4mm厚的浮法玻璃。基于上述集熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)、以60%的能量透過(guò)到達(dá)吸收層的理論空燒溫度為218。。。本實(shí)施例的平板太陽(yáng)能集熱器完全適用于中溫太陽(yáng)能熱利用的日常太陽(yáng)能集熱器中。實(shí)施例3:空燒溫度在中溫太陽(yáng)能熱利用范圍的平板太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)本實(shí)施例所述的平板太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)如圖1所示，自底層到頂層依次由邊框1、隔熱層2、工作介質(zhì)3、金屬基板4、吸收流體5及低輻射模塊6組成。隔熱層2位于集熱器最底層；其上層包覆的是盛裝工作介質(zhì)3的銅質(zhì)介質(zhì)管或介質(zhì)腔，而介質(zhì)管或介質(zhì)腔則布設(shè)焊接于金屬基板4的反面；吸收流體6盛裝于金屬基板4與中空模塊或低輻射模塊6的下層玻璃61之間的腔體中；低輻射模塊6位于集熱器的最上層；整個(gè)結(jié)構(gòu)由邊框I固定于一體。所述的隔熱層2為聚氨酯板材與發(fā)泡劑結(jié)合，或發(fā)泡劑形成的隔熱層。所述的工作介質(zhì)3為防凍導(dǎo)熱液，可以從根本上解決平板太陽(yáng)能集熱器中水的凍結(jié)與凍壞問(wèn)題，同時(shí)消除平板太陽(yáng)能集熱器中水結(jié)垢的問(wèn)題。所述的金屬基板4為鍍制吸收膜的基板，本實(shí)施例采用成本低的Al基板。所述的吸收流體5為含有可吸收太陽(yáng)能譜段能量顆粒的流體，其中太陽(yáng)光吸收顆粒為金顆粒、銀顆粒、銅顆粒混合而成，吸收率達(dá)到100%。所述的流體，其折射率與上層的玻璃61接近，從而使得入射到吸收流體5的太陽(yáng)能盡可能少地被反射回去，達(dá)到充分利用太陽(yáng)能的目的。所述的流體為價(jià)廉、無(wú)毒的甘油(折射率1.4730)。所述的鍍膜玻璃61為8mm厚的浮法玻璃。所述的低發(fā)射膜62是以發(fā)射率為I %、性能好的單銀膜系作為低發(fā)射膜鍍制在鍍膜玻璃61上，膜系結(jié)構(gòu)為Glass/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4。所述的密封條63是耐候的密封條。所述的中空層64是密封在鍍膜玻璃61和上層玻璃65之間的真空層。
所述的上層玻璃65為8mm厚的浮法玻璃。基于上述集熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)、以60%的能量透過(guò)到達(dá)吸收層的理論空燒溫度為356。。。本實(shí)施例的平板太陽(yáng)能集熱器完全適用于中溫太陽(yáng)能熱利用的日常太陽(yáng)能集熱器中。
權(quán)利要求
1.一種基于吸收顆粒的太陽(yáng)能平板集熱器，自底層到頂層依次由邊框(I)、隔熱層(2)、工作介質(zhì)(3)、金屬基板(4)、吸收流體(5)及中空模塊或低輻射模塊(6)組成，其特征在于:所述的隔熱層(2)位于集熱器最底層；其上層包覆的是盛裝工作介質(zhì)(3)的銅質(zhì)介質(zhì)管和介質(zhì)腔，而介質(zhì)管和介質(zhì)腔則布設(shè)焊接于金屬基板(4)的反面；吸收流體(5)盛裝于金屬基板(4)與中空模塊或低福射模塊(6)的下層玻璃(61)之間的腔體中；中空模塊或低福射模塊(6)位于集熱器的最上層；整個(gè)結(jié)構(gòu)由邊框(I)固定為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于吸收顆粒的太陽(yáng)能平板集熱器，其特征在于:所述隔熱層(2)的材料是巖棉、玻璃棉、聚氨酯、發(fā)泡劑、聚苯乙烯、氣凝膠或酚醛泡沫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于吸收顆粒的太陽(yáng)能平板集熱器，其特征在于:所述的工作介質(zhì)(3)是水、防凍液或油類(lèi)的導(dǎo)熱流體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于吸收顆粒的太陽(yáng)能平板集熱器，其特征在于:所述的金屬基板(4)米用Au、Ag、Cu、Al、Ni金屬，或它們的合金及組合,其組合方式可以是在其中一種金屬基板上鍍制另一種金屬膜，優(yōu)選的，以成本低的Al為基板、紅外發(fā)射率低的Cu為基板、或成本與紅外發(fā)射率均較低的Al上鍍Cu膜為基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于吸收顆粒的太陽(yáng)能平板集熱器，其特征在于:所述的吸收流體(5)由含有可吸收整個(gè)太陽(yáng)能譜波段能量的顆粒和流體組成，吸收率可達(dá)100% ;可吸收太陽(yáng)能譜波段能量的顆粒包括金顆粒、銀顆粒、銅顆粒、SiO2顆粒、納米磁性顆粒的單種或混合太陽(yáng)光吸收顆粒，優(yōu)選的，采用由幾種可吸收太陽(yáng)光不同波段的顆粒組合形成的混合顆粒；所述的流體采用糖溶液、聚苯乙烯、苯、甘油、松節(jié)油、橄欖油，四氯化碳，或采用這些溶液的組合，優(yōu)選的，以80%糖溶液和甘油作為流體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于吸收顆粒的太陽(yáng)能平板集熱器，其特征在于:所述的中空模塊自下而上依次由玻璃(61)、位于玻璃(61)上方的中空層(63)、支撐中空層(63)的密封條(62)，以及由密封條連接的位于中空層上方的上層玻璃(64)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于吸收顆粒的太陽(yáng)能平板集熱器，其特征在于:所述的低輻射模塊(6)自下而上依次由玻璃(61)、沉積在玻璃(61)上的低發(fā)射率膜(62)、位于(62)上方的中空層(64)、支撐中空層(64)的密封條(63)，以及由密封條連接的位于中空層上方的上層玻璃(65)組成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于吸收顆粒的太陽(yáng)能平板集熱器，其結(jié)構(gòu)特征在于自底層到頂層依次由邊框、隔熱層、工作介質(zhì)、金屬基板、吸收流體及低輻射模塊組成，其中吸收流體由含有可吸收整個(gè)太陽(yáng)能譜段能量的顆粒和流體組成，吸收率可達(dá)100％。由于采用了將高吸收與低輻射功能分離的結(jié)構(gòu)，消除了二者之間相互制約的關(guān)系，因此，可以在不考慮吸收流體發(fā)射率的前提下把吸收率做到100％，完全吸收到達(dá)吸收流體的太陽(yáng)能，顯著提升平板太陽(yáng)能集熱器的集熱效率，極大地拓展了平板太陽(yáng)能集熱器的適用范圍。
文檔編號(hào)F24J2/05GK103148598SQ201310098779
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者王少偉, 陸衛(wèi), 俞立明, 王曉芳, 陳飛良, 陳效雙 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所, 上海德福光電技術(shù)有限公司