專利名稱：承壓式真空平板太陽能集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
承壓真空平板太陽能集熱器由雙層真空玻璃板作為蓋板，擠塑保溫材料作為底
板和封邊密封保溫，鋁制扁平管帶作為介質(zhì)流道。本發(fā)明屬于太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特 別涉及太陽能集熱器、太陽能熱泵集熱/蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
太陽能集熱器是太陽能熱利用的主要部件。 國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的是玻璃真空管的太陽能集熱器，隨著能源問題加劇，高層 建筑迫切需要應(yīng)用太陽能集熱器提供生活熱水或進行冬季供暖，但是普通玻璃真空管集 熱器不易與建筑物完美結(jié)合。而平板集熱器由于造型美觀，易于鋪設(shè)在建筑物的頂面或 者立面上，與建筑物可以有機結(jié)合，因此受到越來越多的青睞。普通的太陽能平板集熱 器覆蓋的是聚碳酸酯透明蓋板或者單層玻璃蓋板，獲得的太陽輻射熱往往又通過輻射、 導(dǎo)熱、玻璃外表面的空氣對流散失到集熱器周圍的空氣中，因此平板集熱器的集熱效率 一般低于玻璃真空管集熱器。 普通的太陽能集熱器的另一個缺點是無太陽輻射時，或者冬季太陽輻射不足 時，集熱器因為輻射量不足而無法使水溫升高到需要的溫度。鑒于太陽能熱水器的在陰 雨天無法提供合適溫度熱水的缺陷， 一種太陽能-空氣復(fù)合熱源熱泵系統(tǒng)受到廣大技術(shù)人 員的重視。太陽能熱泵利用熱泵工質(zhì)在集熱器中吸收太陽輻射蒸發(fā)，通過壓縮機提高壓 力后在高溫下冷凝放熱，可以提供較高溫度的熱水；而在沒有太陽輻射時，熱泵工質(zhì)又 能夠從空氣中吸收熱量，生產(chǎn)生活熱水。 因此有必要發(fā)展一種既有利于與建筑物有機結(jié)合的高效平板集熱器，這種集熱 器既可以適用于普通的太陽能熱水器，同時也可以作為太陽能-空氣復(fù)合熱源熱泵的蒸發(fā) 器，可以全年有效的提供熱水。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的任務(wù)是提出了一種適合太陽能-空氣復(fù)合熱源熱泵用的新型 承壓真空平板太陽能集熱器。該集熱器具有效率高、防凍性好、不易破裂等特點；并且 能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能和空氣雙熱源，解決了傳統(tǒng)太陽能熱水器受天氣影響而系統(tǒng)不能全天候 運行的缺點；該集熱器將平板集熱器與高換熱效率的管帶式換熱器以及翅片集于一體， 不僅可以以水為介質(zhì)，作為普通的太陽能熱水器集熱器，還可以以制冷劑做為介質(zhì)(作為 蒸發(fā)器)，構(gòu)成太陽能-空氣復(fù)合熱源熱泵運行。
技術(shù)方案本發(fā)明的承壓式真空平板太陽能集熱器包括玻璃蓋板、端擋板、 底板、灌流風(fēng)機、側(cè)擋板、止回風(fēng)閥、底部保溫層、側(cè)保溫層、集熱板、傳熱管、鋁管 帶、傳熱翅片；其中玻璃蓋板由上玻璃蓋板、下玻璃蓋板、以及四周密封條構(gòu)成； 相對的兩個端擋板和相對的兩個側(cè)擋板圍成一個空間，玻璃蓋板和底板分別位于端擋板 和側(cè)擋板的上下兩側(cè)形成一個整體；灌流風(fēng)機位于端擋板上，止回風(fēng)閥位于側(cè)擋板的內(nèi)側(cè)，底部保溫層位于底板上，側(cè)保溫層位于側(cè)擋板內(nèi)側(cè)，在底部保溫層上設(shè)有集熱板， 在集熱板上表面設(shè)有傳熱管，在集熱板下表面設(shè)有傳熱翅片，鋁管帶位于集熱板的下 方，鋁管帶上有若干熱泵工質(zhì)通道。 在上玻璃蓋板、下玻璃蓋板之間設(shè)置若干細珠，通過膠水粘結(jié)固定于上玻璃蓋 板、下玻璃蓋板之間，從而增加玻璃蓋板的承壓能力。 集熱板與傳熱管焊接連接，盡可能減小傳熱管和集熱板之間的接觸熱阻；水在 傳熱管中流動，集熱板的背面連接鋁制鋁管帶，鋁管帶的另一面焊接傳熱平鋁板后再連 接傳熱翅片，熱泵工質(zhì)在鋁管帶中流動。 本發(fā)明提出的新型的承壓真空平板太陽能集熱器，真空平板采用雙層玻璃蓋 板，在上玻璃板蓋板和下玻璃蓋板之間放置一些細小的珠子，提高兩玻璃板的承壓能 力；并且上玻璃板蓋板和下玻璃蓋板之間的間隙抽成真空，其主要目的是通過兩板之間 的真空，減少集熱板對環(huán)境的對流熱損失，提高集熱器的集熱效率；集熱板與管帶換熱 器以及翅片集合為一體，同時在集熱器的側(cè)面安裝風(fēng)機，該平板集熱器作為蒸發(fā)器可以 構(gòu)成太陽能-空氣復(fù)合熱源熱泵系統(tǒng)，在沒有太陽輻射或太陽輻射很弱的時候，開啟風(fēng) 機，平板換熱器可以從空氣中吸取熱量，通過熱泵系統(tǒng)提升熱量的品位，獲得較高溫度 的熱水；在平板集熱器的兩端設(shè)置止回風(fēng)閥，在不開啟風(fēng)機的時候，集熱器內(nèi)部空間不 會與外界空氣相通，減少了太陽輻射強烈時集熱器對外界環(huán)境的熱損失。
利用該平板集熱器可以組成如圖6所示的太陽能-空氣復(fù)合熱源熱泵熱水器。在 太陽輻射強烈時，熱泵系統(tǒng)不需運行，平板集熱器與水箱構(gòu)成分離式的真空平板太陽能 熱水器運行。而在太陽輻射不夠強烈時，熱泵系統(tǒng)開啟，風(fēng)機不開，平板集熱器吸收到 的太陽輻射熱量被熱泵工質(zhì)吸收，通過熱泵循環(huán)制取熱水。在冬季或陰雨天等基本沒有 太陽輻射情況下，由于無法吸收太陽輻射熱，系統(tǒng)中水溫?zé)o法升高。此時可以開啟風(fēng)機 和壓縮機，熱泵工質(zhì)從空氣中吸收熱量，通過熱泵壓縮機，經(jīng)熱泵循環(huán)提高熱量品位， 可以獲得較高溫度的熱水。 有益效果本承壓式真空平板太陽能空氣集熱器可以作為平板太陽能集熱器運 行，同時也可以作為熱泵的蒸發(fā)器運行。其有益效果為 l.系統(tǒng)采用在玻璃蓋板中設(shè)置細微玻璃珠，增強玻璃蓋板的承壓能力，杜絕普 通玻璃在抽真空后容易受壓破裂的弊端。 2.該真空平板太陽能空氣集熱器在太陽輻射強烈時可以作為太陽能熱水器的平 板集熱器使用。 3.該真空平板太陽能集熱器在太陽輻射較弱的時候，作為太陽能熱泵的蒸發(fā)器 運行，高效制取熱水。 4.該真空平板太陽能集熱器設(shè)置風(fēng)機和止回風(fēng)閥，在沒太陽輻射的時候，作為 熱泵的蒸發(fā)器運行，開啟風(fēng)機，制冷劑從空氣中吸收熱量，通過熱泵循環(huán)獲得較高溫度 的熱水。 該承壓真空平板太陽能集熱器可以有效的減少對環(huán)境的輻射和對流散熱，而鋁 扁平管帶可以有效提高吸熱效率，而且可以承受較高的壓力。該集熱器既可以作為普通 的水為介質(zhì)的太陽能集熱器，也可以作為太陽能熱泵的蒸發(fā)器。集熱器安裝帶有止回閥 的風(fēng)機，在沒有太陽輻射時，通過風(fēng)機抽取空氣進行強制對流，扁平管帶中的熱泵工質(zhì)
4可以從空氣中吸取熱量。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述 圖1是本發(fā)明承壓真空平板太陽能集熱器外形示意圖， 圖2是本發(fā)明承壓真空平板太陽能集熱器端面示意圖， 圖3是本發(fā)明承壓真空平板太陽能集熱器A-A截面示意圖， 圖4是本發(fā)明承壓真空平板太陽集熱器B-B截面示意圖， 圖5，圖6是本發(fā)明承壓真空平板太陽集熱器換熱管、翅片的局部放大圖， 圖7是本發(fā)明承壓真空平板太陽集熱器構(gòu)成的太陽能空氣復(fù)合熱源熱泵系統(tǒng)圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的承壓真空平板太陽能集熱器18主要由玻璃蓋板1，端擋板2，底板13， 灌流風(fēng)機3，側(cè)擋板4，止回風(fēng)閥6，底部保溫層12、側(cè)保溫層14，集熱板15，傳熱管 11，鋁管帶IO，傳熱翅片16組成。玻璃蓋板l由上玻璃蓋板8，下玻璃蓋板9，細珠7 以及四周密封條5構(gòu)成。鋁管帶10上有若干熱泵工質(zhì)通道17。 真空平板集熱器的熱損失主要集中在通過真空玻璃蓋板1向周圍空氣的傳熱。 為了減少傳熱。本設(shè)計中主要措施是將兩玻璃板之間抽成真空，減少了集熱板15對環(huán)境 的熱量損失。高真空度可能造成玻璃蓋板受壓破裂，本發(fā)明提出在兩塊玻璃蓋板之間設(shè) 置若干細珠7，通過膠水粘結(jié)固定于上玻璃蓋板8、下玻璃蓋板9之間，從而增加玻璃蓋 板的承壓能力。 集熱板15與傳熱管11焊接，確保傳熱管和集熱板之間接觸熱阻最小。水在傳熱 管中流動。集熱板的背面焊接鋁管帶10，鋁管帶10的另一面焊接傳熱翅片16，熱泵工 質(zhì)在鋁管帶中流動。附著在集熱器吸熱板上的吸熱涂層的優(yōu)劣直接影響了太陽能熱水器 的性能。吸熱涂層總體上可分為非選擇性涂層與選擇性涂層兩大類，區(qū)分它們吸熱性能 的重要指標是其吸收比a與發(fā)射比e的比值a/e 。非選擇性吸熱涂層的a/e = 1 ; 選擇性吸熱涂層的a" >1，而且同為選擇性吸熱涂層， 一般比值越大者，性能越好。 吸熱涂層的另一個重要指標是其耐候性，它的好壞關(guān)系到涂層以至熱水器使用壽命的長 短。選擇性陽極化涂層是目前廣泛應(yīng)用于平板式太陽能集熱器上較理想的涂層，其a/e >3，使用壽命在十年左右。綜合其吸熱性能和使用壽命，本設(shè)計采用選擇性陽極化涂 層。 在太陽輻射強烈的時候，熱泵不工作，水在傳熱管ll中流動，吸取集熱板15吸 收的輻射熱量，水溫升高后通過水管19進入水箱20，水箱中低溫的水再進入傳熱管中繼 續(xù)被加熱。如此不斷循環(huán)，獲得所需溫度的熱水。 在太陽輻射不夠強烈，水箱20中水只通過傳熱管11吸收輻射熱量無法達到所需 溫度時，可以開啟熱泵壓縮機24。此時風(fēng)機3可以不開，集熱板15吸收的太陽輻射熱量 傳遞給熱泵工質(zhì)，熱泵工質(zhì)在鋁管帶10中蒸發(fā)后變成氣體，進入熱泵壓縮機24，升溫升 壓后進水箱中的螺旋盤管21中向水放出熱量，熱泵工質(zhì)在螺旋盤管21中放出熱量變?yōu)橐后w后，通過連接管22，節(jié)流閥23繼續(xù)進入鋁管帶10中蒸發(fā)吸取集熱板15吸收的熱量。
在冬季或陰雨天沒有太陽輻射時，水無法通過集熱板15吸收太陽輻射。此時可 以開啟熱泵壓縮機24。同時開啟風(fēng)機3，通過傳熱翅片16與空氣的強制對流換熱，熱泵 工質(zhì)可以高效吸取空氣中的熱量，吸熱后的熱泵工質(zhì)在鋁管帶10中蒸發(fā)后變成氣體進入 熱泵壓縮機24，升溫升壓后進水箱中的螺旋盤管21中，向水箱中的水釋放熱量。熱泵工 質(zhì)在螺旋盤管21中放出熱量變?yōu)橐后w后，通過連接管22，節(jié)流閥23繼續(xù)進入鋁管帶10 中蒸發(fā)，通過傳熱翅片16吸收空氣中的熱量。 在平板太陽能集熱器的兩端設(shè)置止回風(fēng)閥6，止回風(fēng)閥只允許空氣向一個方向流 動，而且阻止其向另一個方向流動。通常這種閥門是自動工作的，在一個方向流動的流 體壓力作用下，閥瓣打開；流體反方向流動時，由流體壓力和閥瓣的自重合閥瓣作用于 閥座，從而切斷流動。同時，旋啟式止回閥在完全打開的狀況下，流體壓力幾乎不受阻 礙，因此通過閥門的壓力降相對較小，風(fēng)機的能耗減少。止回風(fēng)閥在風(fēng)機不開的時候自 然關(guān)閉，集熱器內(nèi)空氣與集熱器外空氣不會產(chǎn)生對流，因此平板集熱器集熱板得到的太 陽輻射熱量不會由于集熱器內(nèi)空氣與集熱器外空氣對流導(dǎo)致熱損失。而風(fēng)機開啟時候， 在風(fēng)機壓頭作用下，止回風(fēng)閥會在壓差的作用下自動開啟。
權(quán)利要求
一種承壓式真空平板太陽能集熱器，其特征在于該集熱器包括玻璃蓋板(1)、端擋板(2)、底板(13)、灌流風(fēng)機(3)、側(cè)擋板(4)、止回風(fēng)閥(6)、底部保溫層(12)、側(cè)保溫層(14)、集熱板(15)、傳熱管(11)、鋁管帶(10)、傳熱翅片(16)；其中玻璃蓋板(1)由上玻璃蓋板(8)、下玻璃蓋板(9)、以及四周密封條(5)構(gòu)成；相對的兩個端擋板(2)和相對的兩個側(cè)擋板(4)、分別位于端擋板(2)和側(cè)擋板(4)的上下兩側(cè)的玻璃蓋板(1)和底板(13)共同位形成一個整體；灌流風(fēng)機(3)位于端擋板(2)上，止回風(fēng)閥(6)位于側(cè)擋板(4)的內(nèi)側(cè)，底部保溫層(12)位于底板(13)上，側(cè)保溫層(14)位于側(cè)擋板(4)內(nèi)側(cè)，在底部保溫層(12)上設(shè)有集熱板(15)，在集熱板(15)上表面設(shè)有傳熱管(11)，在集熱板(15)下表面設(shè)有傳熱翅片(16)，鋁管帶(10)位于集熱板(15)的下方，鋁管帶(10)中有若干熱泵工質(zhì)通道(17)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的承壓式真空平板太陽能集熱器，其特征在于在上玻璃蓋板 (8)、下玻璃蓋板(9)之間設(shè)置若干細珠(7)，通過膠水粘結(jié)固定于上玻璃蓋板(8)、下玻璃 蓋板(9)之間，從而增加玻璃蓋板的承壓能力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的承壓式真空平板太陽能集熱器，其特征在于集熱板(15)與傳 熱管(ll)焊接連接，盡可能減小傳熱管和集熱板之間的接觸熱阻；水在傳熱管中流動， 集熱板的背面連接鋁制鋁管帶(IO)，鋁管帶(IO)的另一面焊接傳熱平鋁板后再連接傳熱翅 片(16)，熱泵工質(zhì)在鋁管帶中流動。
全文摘要
承壓式真空平板太陽能集熱器中，玻璃蓋板(1)由上玻璃蓋板(8)、下玻璃蓋板(9)、以及四周密封條(5)構(gòu)成；相對的兩個端擋板(2)和相對的兩個側(cè)擋板(4)、分別位于端擋板(2)和側(cè)擋板(4)的上下兩側(cè)的玻璃蓋板(1)和底板(13)共同位形成一個整體；灌流風(fēng)機(3)位于端擋板(2)上，止回風(fēng)閥(6)位于側(cè)擋板(4)的內(nèi)側(cè)，底部保溫層(12)位于底板(13)上，側(cè)保溫層(14)位于側(cè)擋板(4)內(nèi)側(cè)，在底部保溫層(12)上設(shè)有集熱板(15)，在集熱板(15)上表面設(shè)有傳熱管(11)，在集熱板(15)下表面設(shè)有傳熱翅片(16)，鋁管帶(10)位于集熱板(15)的下方，鋁管帶(10)中有若干熱泵工質(zhì)通道(17)。
文檔編號F25B39/02GK101691954SQ20091003620
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者張小松, 張月紅, 李舒宏, 楊磊 申請人:東南大學(xué)