[發明專利]承壓式真空平板太陽能集熱器

有效

• 申請號: 200910036205.4
• 申請日: 2009-09-25
• 公開（公告）號: CN101691954A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發明（設計）人: 李舒宏;張小松;楊磊;張月紅
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F24J2/24
• 分類號: F24J2/24;F24J2/50;F25B39/02;F24H4/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

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流道。本發明屬于太陽能應用技術領域，特別涉及太陽能集熱器、太陽能熱泵集熱/蒸發器結構設計。

背景技術

太陽能集熱器是太陽能熱利用的主要部件。

國內應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合。而平板集熱器由于造型美觀，易于鋪設在建筑物的頂面或者立面上，與建筑物可以有機結合，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-空氣復合熱源熱泵系統受到廣大技術人員的重視。太陽能熱泵利用熱泵工質在集熱器中吸收太陽輻射蒸發，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，熱泵工質又能夠從空氣中吸收熱量，生產生活熱水。

因此有必要發展一種既有利于與建筑物有機結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-空氣復合熱源熱泵的蒸發器，可以全年有效的提供熱水。

發明內容

技術問題：本發明的任務是提出了一種適合太陽能-空氣復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；并且能夠實現太陽能和空氣雙熱源，解決了傳統太陽能熱水器受天氣影響而系統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，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(作為蒸發器)，構成太陽能-空氣復合熱源熱泵運行。

技術方案：本發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、灌流風機、側擋板、止回風閥、底部保溫層、側保溫層、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、以及四周密封條構成；相對的兩個端擋板和相對的兩個側擋板圍成一個空間，玻璃蓋板和底板分別位于端擋板和側擋板的上下兩側形成一個整體；灌流風機位于端擋板上，止回風閥位于側擋板的內側，底部保溫層位于底板上，側保溫層位于側擋板內側，在底部保溫層上設有集熱板，在集熱板上表面設有傳熱管，在集熱板下表面設有傳熱翅片，鋁管帶位于集熱板的下方，鋁管帶上有若干熱泵工質通道。

在上玻璃蓋板、下玻璃蓋板之間設置若干細珠，通過膠水粘結固定于上玻璃蓋板、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，熱泵工質在鋁管帶中流動。

本發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，同時在集熱器的側面安裝風機，該平板集熱器作為蒸發器可以構成太陽能-空氣復合熱源熱泵系統，在沒有太陽輻射或太陽輻射很弱的時候，開啟風機，平板換熱器可以從空氣中吸取熱量，通過熱泵系統提升熱量的品位，獲得較高溫度的熱水；在平板集熱器的兩端設置止回風閥，在不開啟風機的時候，集熱器內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-空氣復合熱源熱泵熱水器。在太陽輻射強烈時，熱泵系統不需運行，平板集熱器與水箱構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，熱泵系統開啟，風機不開，平板集熱器吸收到的太陽輻射熱量被熱泵工質吸收，通過熱泵循環制取熱水。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，系統中水溫無法升高。此時可以開啟風機和壓縮機，熱泵工質從空氣中吸收熱量，通過熱泵壓縮機，經熱泵循環提高熱量品位，可以獲得較高溫度的熱水。