專利名稱：豎置式三維太陽集能板芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能利用技術(shù)，尤其是一種豎置式三維太陽集能板芯技術(shù)。
背景技術(shù)：
太陽能集熱器是太陽能利用的核心部件，根據(jù)安裝傾角分斜面安裝系統(tǒng)和墻面安裝系統(tǒng)，豎置式太陽能集熱器是一種墻面系統(tǒng)，主要適合于集熱器在墻面豎置或垂直安裝，也適合于其他任意位置的安裝，豎置式墻面安裝的太陽能集熱器板芯包括傳熱導(dǎo)管和吸熱翅片等，其工作面往往被設(shè)計成具有反射吸收的形狀，特點是能吸收來自多個方向上入射的直射光與反射光，將光能轉(zhuǎn)為熱能、電能或兩者輸出，其有效工作面積是二維集熱器板芯的一倍以上，此外，其吸熱工作面通常與水平面間呈一定夾角，因而，往往被設(shè)計成斜面等，用作集熱器時還同時要求豎置安裝后太陽能集熱器能保持較高的吸熱效率與傳熱效率，其中，吸熱效率是靠翅片的吸收結(jié)構(gòu)特性實現(xiàn)的，傳熱效率則是靠翅片與導(dǎo)熱管的連接結(jié)構(gòu)特性實現(xiàn)的，集熱效率由吸熱效率和傳熱效率兩部分共同組成。
已公布的中國專利CN2410591Y涉及一種平板陽臺攔板型垂直安裝的三維太陽熱水器，其特征是集熱器橫向水平放置，整體垂直安裝，集熱器內(nèi)的管板式吸熱體傳熱導(dǎo)管的翅片是傾斜放置的，其傳熱導(dǎo)管與其翅片是導(dǎo)熱管的園柱面與翅片平面的線接觸固定連接，因此，其傳熱導(dǎo)管亦呈水平放置，因而，其插入聯(lián)集管的傳熱管的端部是帶向上擺頭的，這種形式的集熱器易做成攔板式結(jié)構(gòu)而與建筑陽臺有機(jī)結(jié)合，以避免傾斜安裝對建筑外觀的影響。上述技術(shù)方案中翅片吸熱工作面的設(shè)計根據(jù)附圖是直齒鋸齒型的，其中，向上的受光工作直齒面與入射陽光垂直，又根據(jù)附圖所示，非受光直齒面與其垂直，這樣便可接受來自地面反射方向上的反射光，但光強(qiáng)與距離的平方成反比，實際來自地反射的光強(qiáng)很低，由于兩者間呈垂直，所以，上齒面上的反射光方向與下齒面近似平行，而下齒面對來自上齒面的反射光吸收能力很小，因此，這種直齒鋸齒型翅片的反射吸收效率很低，除此之外，也不適合于其他任意位置的安裝。
另一個中國專利CN2284934采用了陷落式直板葉片集熱裝置，其方法是采用垂直于傳熱導(dǎo)管的平行涂黑吸收葉片與傳熱導(dǎo)管組成平板三維集熱器的板芯，其中，吸收葉片的非向陽端部至少有一折邊，用于攔截吸收陷落在集熱裝置內(nèi)的直射陽光，適于在屋面斜置安裝使用。采用這種技術(shù)方案時，集熱裝置的吸收效率固然能大大提高，但是其傳熱效率將由于其吸收葉片與傳熱導(dǎo)熱管間僅為圓環(huán)型線接觸傳熱且存在配合間隙而大幅度降低，因而，勢必造成整體的集熱效率低下；并且，每個葉片上的多個傳熱連接配合孔洞必須要分別與多個導(dǎo)熱管間相適配，加工工藝與精度要求十分高，制造成本上升。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的缺陷有待于進(jìn)一步解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于包括垂直豎置安裝在內(nèi)的可任意角度安裝使用的豎置式三維太陽集能板芯，這種豎置式三維太陽集能板芯能同時具備良好的吸收性能與傳熱性能，加工容易工效高、成本低，并同時適于用作太陽能光熱轉(zhuǎn)換與光電轉(zhuǎn)換中的集能與傳熱板芯的基材體。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明采用一種豎置式三維太陽集能板芯，由導(dǎo)熱管與多個吸熱翅片等組成，其特征在于，所述的吸熱翅片是集能傳熱翅片，集能傳熱翅片與導(dǎo)熱管傳熱連接處的相互設(shè)置是其平面與導(dǎo)熱管的軸線垂直相交，同時，集能傳熱翅片的向陽端帶有一斜折面，該斜折面與集能傳熱翅片原平面間呈一銳夾角α，且多個斜折面間相互平行。所述的集能傳熱翅片的斜折面截面長度與其斜折面間平行間距尺寸之比B介于1-4，其最佳范圍在1.5-2.5。所述的集能傳熱翅片的斜折面上帶有太陽能波長選擇性或非選擇性的表面吸收層。所述的集能傳熱翅片與導(dǎo)熱管間，在其連接處構(gòu)成傳熱連接包括了焊接連接、脹套連接、粘接連接或其組合。所述的集能傳熱翅片原平面與其斜折面間的銳夾角α可介于正負(fù)3°-75°。所述的基材可是金屬或非金屬或是其組合。所述的板芯包括平板式集熱(能)器的集能板芯或真空管式集熱(能)器中玻璃集熱(能)管的集能管芯。所述的太陽能波長選擇性或非選擇性的表面吸收層可是光熱轉(zhuǎn)換吸收層、或是光電轉(zhuǎn)換吸收層、或是兩者的組合。所述的集能傳熱翅片可帶有后置阻擋翼片，后置阻擋翼片在集能傳熱翅片的非向陽端設(shè)置。所述的集能傳熱翅片可是由單一或非單一的基材外設(shè)置了表面吸收層所組成。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較的優(yōu)點如下由于在集能傳熱翅片的向陽端帶有一斜折面，且相互平行的斜折面與其集能傳熱翅片原平面間呈一銳夾角α，這使得板芯可適合于任意位置的安裝使用，特別是在垂直安裝使用時能對直射光、地反射光及漫反射光均有多次反射吸收能力，板芯的適用范圍得到擴(kuò)大；此外，又由于集能傳熱翅片與導(dǎo)熱管傳熱連接處的相互設(shè)置是其平面與導(dǎo)熱管的軸線相互交義，使得兩者間傳熱連接的加工工藝性得到提高，傳熱連接的質(zhì)量易于得到保障，有利于提高傳熱效率和達(dá)到整體集能效率的提高，并有利于降低制造成本。
本發(fā)明的具體應(yīng)用及與現(xiàn)有技術(shù)的比較效果如下(1)安裝位置適用性與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的豎置式三維太陽集能板芯適用于在任意位置安裝使用，如在垂直豎置時，可選擇設(shè)定集能傳熱翅片的向陽端所帶的斜折面與集能傳熱翅片原平面間的銳夾角，使得所接收的直射陽光的反射折向板芯內(nèi)側(cè)，即可在相互平行的斜折面間產(chǎn)生多次反射與吸收，當(dāng)所采用的太陽能波長選擇性表面吸收層的吸收率在90％時，即使冬至日早晚太陽低角度時與春分日太陽高角度正午入射角的最大變化值在45°，只要集能傳熱翅片的斜折面截面長度與其斜折面間平行間距尺寸之比B介于1-4，即保證吸收到所產(chǎn)生的三次反射，其吸收的效率之和可達(dá)到90％×cos45°+36.36％×cos45°+10.66％×cos45°＝96.87％，優(yōu)于現(xiàn)有最佳材料斜置時的吸收率指標(biāo)性能。
(2)傳熱連接結(jié)構(gòu)的加工適應(yīng)性能提高集能傳熱翅片與導(dǎo)熱管軸線垂直相交，能使得兩者間傳熱連接的加工工藝性得到提高，如適合于采用類同空調(diào)冷凝器管翅間的脹套連按、釬焊、導(dǎo)熱粘接、脹套后浸釬焊或熔融釬焊(Braze)等復(fù)合連接的加工工藝，與現(xiàn)有技術(shù)由于相交角度限制的加工適應(yīng)性相比，有利于加工和提高傳熱接觸面積及效率，降低生產(chǎn)成本。


圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的剖視具體實施例方式按圖1、圖2所示，本發(fā)明實施例的豎置式三維太陽集能板芯由導(dǎo)熱管1、多個吸熱翅片2等組成，吸熱翅片是集能傳熱翅片，集能傳熱翅片與導(dǎo)熱管傳熱連接處的相互設(shè)置是其平面與導(dǎo)熱管的軸線垂直相交，同時，集能傳熱翅片的向陽端帶有一斜折面，該斜折面與集能傳熱翅片原平面間呈一銳夾角α，該銳夾角α可介于正負(fù)3°-75°，具體可根據(jù)適用地的地理緯度與安裝場合的角度要求等確定，多個斜折面間相互平行。根據(jù)經(jīng)驗，集能傳熱翅片的斜折面截面長度與其斜折面間平行間距尺寸之比B介于1-4倍，其最佳范圍選擇在1.5-2.5倍，此時，便能使得入射光的前三次反射全部落在斜折面上而被吸收。
集能傳熱翅片的斜折面上帶有太陽能波長選擇性或非選擇性的表面吸收層，太陽能波長選擇性或非選擇性的表面吸收層可是光熱轉(zhuǎn)換吸收層、或是光電轉(zhuǎn)換吸收層、或是兩者的組合。所述的金屬吸熱翅片的工作面上帶有的太陽能利用功能性材料層可以是太陽選擇性吸收光熱轉(zhuǎn)換層、或太陽能光伏電池貼片、或光電轉(zhuǎn)換膜、或是任意前兩者的組合，如陽光的正入射斜折面上帶太陽能光伏電池貼片，反射入射斜折面上帶太陽選擇性吸收光熱轉(zhuǎn)換層，從而形成混合型的光熱集能器。集能傳熱翅片可是由單一或非單一的基材外設(shè)置了表面吸收層所組成。所述的基材可是金屬或非金屬或是其組合，前者如鋁材或陶瓷成型材料，或是鋁材與陶瓷絕緣導(dǎo)熱材料層間的粘接組合?；呐c導(dǎo)熱管間構(gòu)成傳熱連接后成為板芯基材體，再經(jīng)其集能傳熱翅片上設(shè)置表面吸收層和導(dǎo)熱管與聯(lián)匯管連接后則成為三維太陽集能板芯。所述的導(dǎo)熱管可是帶導(dǎo)熱液體的金屬流道管或是熱管。
所述的集能傳熱翅片斜翼面沿該集能器板芯縱向的分布密度根據(jù)經(jīng)驗應(yīng)介于10～1000個/米之間，帶光電轉(zhuǎn)換層時應(yīng)取10-100個/米之間。
所述的集能傳熱翅片與導(dǎo)熱管間可是多個集能傳熱翅片與一個導(dǎo)熱管間的連接、或是多個集能傳熱翅片與多個導(dǎo)熱管間的連接。板芯的應(yīng)用包括作為平板式集熱(能)器的集能板芯或真空管式集熱(能)器中玻璃集熱(能)管的集能管芯。
集能傳熱翅片可帶有后置阻擋翼片，后置阻擋翼片在集能傳熱翅片的非向陽端設(shè)置。設(shè)置了后置阻擋翼片會使板芯的熱容增大，這對于提高板芯的集熱靈敏度不利。
此外，集能傳熱翅片與導(dǎo)熱管間，在其連接處構(gòu)成的傳熱連接包括了焊接連接、脹套連接、粘接連接或其組合。由于集能傳熱翅片與導(dǎo)熱管軸線采用垂直相交，能使得兩者間傳熱連接的加工工藝性提高，便于采用類同空調(diào)冷凝器管翅間的脹套連接加工，其中，集能傳熱翅片可采用鋁材，可經(jīng)一次性沖裁壓成型，僅比現(xiàn)有的空調(diào)冷凝器翅片多一個斜折面，加工成本低、工效高，并且，脹套后可經(jīng)浸釬焊或熔融釬焊(Braze)或?qū)嵴辰拥冉M合連接工藝的輔助加強(qiáng)，與現(xiàn)有技術(shù)由于相交角度限制的加工適應(yīng)性相比，有利于加工和提高傳熱接觸面積及效率。
工作原理豎置式三維太陽集能板芯適用于在任意位置安裝使用，如在垂直豎置時，太陽照射在作為平板式集熱(能)器的集能板芯或真空管式集熱(能)器中玻璃集熱(能)管的集能管芯上，如選擇設(shè)定集能傳熱翅片的向陽端所帶的斜折面與集能傳熱翅片原平面間的銳夾角，以北京地區(qū)為例，地理緯度角近似為40°，太陽緯度角的變化在22°，因此，理論銳夾角α可取90°-40°-22°＝28°，考慮集能板芯與斜折面的加工和安裝誤差，實際另加5°-7°作為補償，保證使得所接收的直射陽光及地反射光的的入射反射光在集能傳熱翅片的向陽端所帶的斜折面上產(chǎn)生的反射均折向板芯內(nèi)側(cè)，當(dāng)集能傳熱翅片的斜折面截面長度與其斜折面間平行間距尺寸之比B介于1-4，對于北京地區(qū)集能板芯垂直豎置時，其最佳范圍可選擇在1.5-2.5倍，即所采用的太陽能波長選擇性表面吸收層的吸收率在90％時，即使冬至口早晚太陽低角度時與夏至日太陽高角度正午入射角的最大變化值實際取28°，也能保證吸收到所產(chǎn)生的三次反射，集能板芯吸收太陽能后，傳導(dǎo)給與其相連接的導(dǎo)熱管，經(jīng)其循環(huán)換熱管路與水箱換熱，從而將集能板芯上的熱量源源不斷的輸出。
權(quán)利要求
1.豎置式三維太陽集能板芯，由導(dǎo)熱管與多個吸熱翅片等組成，其特征在于，所述的吸熱翅片是集能傳熱翅片，集能傳熱翅片與導(dǎo)熱管傳熱連接處的相互設(shè)置是其平面與導(dǎo)熱管的軸線垂直相交，同時，集能傳熱翅片的向陽端帶有一斜折面，該斜折面與集能傳熱翅片原平面間呈一銳夾角α，且多個斜折面間相互平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎置式三維太陽集能板芯，其特征在于，所述的集能傳熱翅片的斜折面截面長度與其斜折面間平行間距尺寸之比B介于1-4，其最佳范圍在1.5-2.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎置式三維太陽集能板芯，其特征在于，所述的集能傳熱翅片的斜折面上帶有太陽能波長選擇性或非選擇性的表面吸收層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎置式三維太陽集能板芯，其特征在于，所述的集能傳熱翅片與導(dǎo)熱管間，在其連接處構(gòu)成傳熱連接包括了焊接連接、脹套連接、粘接連接或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎置式三維太陽集能板芯，其特征在于，所述的集能傳熱翅片原平面與其斜折面間的銳夾角α可介于正負(fù)3°-75°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎置式三維太陽集能板芯，其特征在于，所述的集能傳熱翅片可是由單一或非單一的基材外設(shè)置了表面吸收層所組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎置式三維太陽集能板芯，其特征在于，所述的板芯包括平板式集熱(能)器的集能板芯或真空管式集熱(能)器中玻璃集熱(能)管的集能管芯。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的豎置式三維太陽集能板芯，其特征在于，所述的太陽能波長選擇性或非選擇性的表面吸收層可是光熱轉(zhuǎn)換吸收層、或是光電轉(zhuǎn)換吸收層、或是兩者的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎置式三維太陽集能板芯，其特征在于，所述的集能傳熱翅片可帶有后置阻擋翼片，后置阻擋翼片在集能傳熱翅片的非向陽端設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的豎置式三維太陽集能板芯，其特征在于，所述的基材可是金屬或非金屬或是其組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種豎置式三維太陽集能板芯，由導(dǎo)熱管與多個吸熱翅片等組成，其特征在于，所述的吸熱翅片是集能傳熱翅片，集能傳熱翅片與導(dǎo)熱管傳熱連接處的相互設(shè)置是其平面與導(dǎo)熱管的軸線垂直相交，同時，集能傳熱翅片的向陽端帶有一斜折面，該斜折面與集能傳熱翅片原平面間呈一銳夾角α，且多個斜折面間相互平行。由于在集能傳熱翅片的向陽端帶有一斜折面，且相互平行的斜折面與其集能傳熱翅片原平面間呈一銳夾角α，這使得板芯可適合于任意位置的安裝使用，特別是在垂直安裝使用時能對直射光、地反射光及漫反射光均有多次反射吸收能力，使板芯的適用范圍得到擴(kuò)大。
文檔編號F24J2/46GK1858515SQ20051002565
公開日2006年11月8日 申請日期2005年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月8日
發(fā)明者潘戈 申請人:潘戈