專(zhuān)利名稱(chēng)：一種內(nèi)熱式太陽(yáng)能集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能利用，例如太陽(yáng)能集熱器，尤其是工作流體流過(guò)集熱器的太陽(yáng)能集熱器，它是各種太陽(yáng)能熱水器核心部件。
太陽(yáng)能熱水器的集熱器從專(zhuān)業(yè)書(shū)籍(太陽(yáng)能工程原理應(yīng)用201頁(yè))上所記載的早期的產(chǎn)品到最近剛授權(quán)的專(zhuān)利產(chǎn)品(NC87209838)都是采用的一種模式集熱板外表面為向陽(yáng)面，并涂黑色吸熱層，板的基質(zhì)由良導(dǎo)熱體(金屬)做成，而另一面與待加熱水接觸，向水散熱，為了盡量多盡量快地向水中傳遞熱量，長(zhǎng)期以來(lái)做了大量改進(jìn)工作，但都在吸熱板的材料選擇和形狀變化上做文章，諸如從鐵改為鋁、銅，從平板改為波紋，管板捆扎改為焊接式、翼片式、扁盒式。這些改進(jìn)雖然不無(wú)成功之處，但是加工工藝越來(lái)越復(fù)雜，材料選擇越來(lái)越變?yōu)楦吆哪?，高價(jià)格材料，而集熱效率η＝F′[(
α)e-u(tf-to)/I]，受效率因子F′的限制，不能大幅度提高，其實(shí)F′＝[S′-Ui(Tp-To)]/[S′-Ui(Tf-To)]，其中S′、Ui、To都是分子和分母中相同的物理量，而Tp是板面溫度，Tf是水的平均溫度，不難看出當(dāng)板溫Tp愈高，水溫度Tf愈低時(shí)效率因子愈小，反之板溫度Tp愈低，水溫Tf愈高則效率η愈大，現(xiàn)有的集熱器結(jié)構(gòu)，板面溫度恒高于水的溫度，極限情況板溫和水溫相等，效率因子F′＝1，因此再沿著這條路走下去將是效率提高不大，而耗能和價(jià)格將會(huì)大幅度增加，終有一天，這種改進(jìn)無(wú)論從能量獲取和價(jià)格核算上都會(huì)出現(xiàn)飽和甚至負(fù)增長(zhǎng)，即改進(jìn)后多獲得的太陽(yáng)能，只能抵償或抵償不了制造集熱器時(shí)多耗的能量，多獲取能量的價(jià)值抵消不了制造集熱板工本費(fèi)的增加。
本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種表面板的溫度低于水的平均溫度，從而使效率因子F′大于1，效率η大大提高的集熱器。
一種內(nèi)熱式太陽(yáng)集熱器，具有吸熱板、黑色吸熱層、待加熱介質(zhì)水的貯水器及進(jìn)出水管，其特征是吸熱板的基質(zhì)是隔熱材料;裝在貯水器內(nèi)介質(zhì)水的下面;黑色吸熱層處于介質(zhì)水的下表面和吸熱板的上表面;在水的上面設(shè)一層透明隔熱層。
具體來(lái)說(shuō)，該集熱器的上層為透明隔熱層，中層是待加熱的介質(zhì)的水(一般是循環(huán)流動(dòng)的水)，下層為上表面涂黑的保溫層-吸熱板。
顯而易見(jiàn)，太陽(yáng)幅射穿過(guò)透明隔熱層及透明水層，在水的下表面(即保溫層上表面)遇到黑色吸熱面，轉(zhuǎn)換成熱能，直接從水的下面對(duì)水加熱，而不再通過(guò)固體物質(zhì)的熱傳導(dǎo)。下層被加熱的水逐層向上傳熱，最上層的水傳與隔熱層的下表面，熱能經(jīng)過(guò)隔熱層緩慢地傳到上表面，再向環(huán)境介質(zhì)散熱，于是隔熱層的上表面溫度遠(yuǎn)低于水的平均溫度，如果仍按上述公式計(jì)算，則效率因子F′恒大于1(隔熱層外表面溫度低于水的平均溫度)，在假設(shè)水不循環(huán)流動(dòng)，而且把隔熱層改為透明導(dǎo)熱層，其導(dǎo)熱系數(shù)為無(wú)限大的極端情況下，表面溫度才能和水的平均溫度相等F′＝1，達(dá)到最小的極限，可知本發(fā)明效率因子的下極限等于現(xiàn)有技術(shù)效率因子的上極限，其效率之高不言而喻。使用材料上，也大都是低耗能廉價(jià)的非金屬材料，工藝也不復(fù)雜。
下面將對(duì)照說(shuō)明書(shū)附圖通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步詳細(xì)地公開(kāi)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是悶曬式軟包(太陽(yáng)能)熱水器的集熱器;
圖3是一種循環(huán)式太陽(yáng)能熱水器的集熱器;
圖4是板柵式(或扁盒式)太陽(yáng)能集熱器;
圖5是雙層回?zé)岚鍠攀教?yáng)能集熱器;
圖6是更多層回?zé)岚鍠攀教?yáng)能集熱器;
圖7是波紋柵板柵式太陽(yáng)能集熱器。
實(shí)施例1是悶曬式軟包太陽(yáng)能熱水器的集熱器，用塑料膜制成的扁平軟包(袋)，軟包的上面為透明塑料氣墊膜制成的透明隔熱層1，包內(nèi)充待加熱水2，底面為黑塑料膜制成的黑色吸熱層3，包的四壁5東、西、北為三壁黑色塑料膜，南壁為透明塑料膜，軟包的壁上有進(jìn)出水管，整個(gè)軟包置于泡沫塑料做成的有底和四壁的箱體6中，箱底及黑色包底共同構(gòu)成保溫層4。本實(shí)施例工藝簡(jiǎn)單，材料便宜，造價(jià)十分低廉，集熱效果相當(dāng)好，軟包損壞后更換也甚方便，最適于在廣大農(nóng)、牧、漁區(qū)推廣使用。
實(shí)施例2是一種用于各種循環(huán)式太陽(yáng)能熱水器的集熱器。由雙層透明塑料(或玻璃)板7中間填充一些碎透明塑料片或管8做成透明隔熱層;內(nèi)部為塑料外部為泡膜塑料熱壓制成有四壁和底的箱體9;構(gòu)成保溫層，箱體內(nèi)面涂黑色吸熱層，箱壁下部有進(jìn)水管，上部有出水管，箱體接于透明隔熱層下，并與之密封，中間充滿待加熱的水。
實(shí)施例3板柵式(扁盒式)太陽(yáng)能集熱器，其結(jié)構(gòu)為兩塊平行塑料板之間用多條縱向的柵10相連成為整體，上板為透明塑料制成的透明隔熱層，下板是保溫層，它的上表面(內(nèi)表面)為黑色吸熱層，整體放在一個(gè)蓋為透明窗11，四壁和底為泡膜塑料的箱中，具且有更好的保溫效果，集熱器的兩端裝有進(jìn)出水管，本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低而比實(shí)施例1堅(jiān)固耐用。
實(shí)施例4是多層回?zé)崾教?yáng)能集熱器，圖5示出了雙層回?zé)崾?，而圖6示出了更多層(五層)回?zé)崾降膬?nèi)熱式太陽(yáng)能集熱器，本實(shí)施例的主體與實(shí)施例3無(wú)異，僅將例3的回水(進(jìn)出水)管道變形成為回?zé)崞?，置于集熱器主體的上、下兩面(即主體透明隔熱器上和主體的保溫層下)，吸收主體中散出的熱能，再回流到主體中去，回?zé)崞鞯慕Y(jié)構(gòu)與集熱器主體相似，由多層透明隔熱板平行放置，并在相鄰兩板之間用柵連接而成一體，回?zé)崞髋c主體相鄰的板，則以柵和主體相連接。在雙層回?zé)崾郊療崞髦袨榱丝刂苹責(zé)崴俣群托Ч?，將柵片轉(zhuǎn)了某一角度(比如90°)。本實(shí)施例表面溫度更低，向環(huán)境散熱更少，效率更高。
實(shí)施例5，波紋柵板柵式太陽(yáng)能集熱器是實(shí)施例4的變形，在實(shí)施例4中板間的柵是多個(gè)相互平行的平面，而在本實(shí)施例中兩板之間的柵是一個(gè)波紋曲面，波峰與上板相連，波谷與下板相連，這種柵不僅具有例3、例4的支撐功能，而且有分層的功能，例4中兩板之間僅能構(gòu)成水的一級(jí)循環(huán)，而在本實(shí)施例中兩板之間可構(gòu)成水的兩級(jí)循環(huán)，對(duì)具有同樣效率的集熱器來(lái)，本實(shí)施例省工、省料、省空間。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)熱式太陽(yáng)能集熱器，具有吸熱板、黑色吸熱層、待加熱介質(zhì)水的貯水器及進(jìn)出水管，其特征是吸熱板的基質(zhì)是隔熱材料；在介質(zhì)水的下面的黑色吸熱層處于介質(zhì)水的下表面和吸熱板的上表面；在水的上面設(shè)一層透明隔熱層；就其結(jié)構(gòu)層次來(lái)說(shuō)，上邊為透明隔熱層，中間為介質(zhì)水，水的下面是有黑色吸熱層的保溫層-吸熱板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集熱器，其特征是透明隔熱層和黑色吸熱層是一只塑料軟袋，袋的上部為透明塑料氣墊膜，下部為黑色塑料膜，保溫層是泡沫塑料制成的箱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集熱器，其特征是透明隔熱層為中間填充著碎的透明塑料的雙層透明玻璃，黑色吸熱層為黑色塑料，保溫層為泡沫塑料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集熱器其特征是透明隔熱層由透明塑料板制成;保溫層由上表面涂黑的塑料板制成，兩板之間有多條縱向柵相連，集熱器整體放在蓋為透明窗，四壁及底為泡漠塑料的箱中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4述所的集熱器，其特征是在透明隔熱層的上面和保溫層的下面裝有回?zé)崞?，回?zé)崞鞯慕Y(jié)構(gòu)為平行放置多層透明隔熱板，相鄰板間用柵相連接;回?zé)崞髋c集熱器主體的透明隔熱器之間，以及回?zé)崞髋c主體的保溫層之間都以柵片相連接;每層板間的上下兩端以水管交錯(cuò)連通，使待加熱的介質(zhì)水能在板間、柵間循回流動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集熱器，其特征是相鄰兩板之間的柵是一個(gè)波紋曲面，波峰與上板相連，波谷與下板相連，相鄰兩板之間的介質(zhì)水被為分兩層。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能利用，尤其是工作流體流過(guò)集熱器的太陽(yáng)能集熱器，用來(lái)組裝太陽(yáng)能熱水器最為適宜，其吸熱板置于待加熱的介質(zhì)水之下，黑色吸熱層在吸熱板的上表面即水的下表面，使水自下層至上層逐漸加熱，上面的散熱面溫度低于水的平均溫度，效率因子F`恒大于1，其下限等于現(xiàn)有技術(shù)的上限，效率之高顯而易見(jiàn)。
文檔編號(hào)F24J2/04GK1066499SQ9210363
公開(kāi)日1992年11月25日 申請(qǐng)日期1992年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月12日
發(fā)明者劉祖德, 沙永玲 申請(qǐng)人:河南省科學(xué)院能源研究所