專利名稱：太陽能集熱器及其所應(yīng)用的太陽能熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光-熱轉(zhuǎn)換設(shè)備，特別涉及一種太陽能熱水器的集 熱器。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高，太陽能熱水器在日常生活中的應(yīng)用越 來越廣泛。
太陽能集熱器是太陽能熱水器的關(guān)鍵設(shè)備，其作用是盡可能充分 地吸收太陽能，并將其傳遞給流經(jīng)其中的循環(huán)水。
請參考圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種典型太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)示 意圖。
現(xiàn)有技術(shù)中一種典型的太陽能集熱器1包括用來收集太陽能并將
其轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能的集熱芯11,集熱芯11設(shè)置于外殼體12中。外殼 體12可以由4失皮制成，主要包括側(cè)壁121、頂壁122以及底壁123。 外殼體12的頂壁122具有一開口 ，該開口中設(shè)置透光板13，以<更太 陽光可以穿過該透光板13照射集熱芯11。集熱芯11與外殼體12之 間的空腔中設(shè)有保溫材料，以避免熱量散失。太陽能集熱器l還設(shè)有 進水管15和出水管16,并通過進水管15和出水管16連接入太陽能 熱水器的循環(huán)管路中。
然而，上述現(xiàn)有技術(shù)中的太陽能集熱器1的熱損失較大、熱效率 較低。其原因主要在于
首先，透光板13的保溫性能較差。
眾所周知，熱量傳播的主要方式包括熱傳導、熱對流以及熱輻射； 太陽能集熱器1中熱量損失的主要方式是熱傳導以及熱對流。
現(xiàn)有技術(shù)主要通過由保溫材料形成的保溫層來隔斷集熱芯11與 殼體l之間的熱傳導，但是，集熱芯11與透光板13之間由于透光的 要求無法設(shè)置保溫材料，因此熱量容易自透光板13散失至大氣中。
上述熱量散失的具體方式通常是熱量由集熱芯11與透光板13之間的空氣以熱對流的方式傳遞主合透光板13的下表面，然后再以熱傳 導的方式通過透光板13傳遞至室外大氣。 其次，外殼體12的密封性能較差。
如前所述，太陽能集熱器1中熱量損失的主要方式是熱傳導以及 熱對流，現(xiàn)有技術(shù)對熱傳導的危害已經(jīng)有了較為深入的認識，但是， 現(xiàn)有技術(shù)對熱對流所帶來危害的重視程度尚不足，很少采取避免對流 換熱的措施。
現(xiàn)有技術(shù)中外殼體12與透光板13所形成的腔體(即集熱芯11 所在的腔體)的密封性普遍較差，外殼體12的側(cè)壁121、頂壁122以 及底壁123的連接部位通常都具有較寬的縫隙，而太陽能集熱器1通 常設(shè)置于室外特別是房頂；因此，上述腔體內(nèi)外的空氣容易產(chǎn)生對流， 集熱芯11以熱對流的方式向室外空氣散發(fā)熱量的現(xiàn)象十分嚴重，在有 風時該問題尤為突出，這直接導致太陽能集熱器1的熱效率較低。
再者，現(xiàn)有技術(shù)中的透光板1通常采用玻璃制成，由于玻璃的傳 熱系數(shù)較大而透光率卻較低，太陽能集熱器1的熱效率進一步降低。 此外，玻璃的比重較大，透光板l的重量因此較重，搬運4交為不1更。
綜上所述，如何減小太陽能集熱器中熱量的散失進而提高其熱效 率，是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種太陽能集熱器，其散失的熱量較少、熱 效率較高。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有較高熱效率的太陽能熱 水器。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種太陽能集熱器，包括設(shè)置 于外殼體中的集熱芯，所述外殼體自底面和側(cè)面包圍所述集熱芯，且 兩者之間的間隙中填充保溫材料；所述集熱芯的頂部設(shè)有與所述外殼 體固定連接的透光板；所述透光板包括相平行的頂板和底板，兩者具 有適當?shù)拈g距。
優(yōu)選地，所述頂板和底板之間進一步設(shè)有支撐板。 優(yōu)選地，所述頂板和底板間距的范圍為3mm至9mm。優(yōu)選地，所述頂板和底板間距的范圍為5mm至7mm。 優(yōu)選地，所述透光板與所述外殼體緊密連接，兩者所形成的空間 與外界氣密封。優(yōu)選地，所述透光板與所述集熱芯間距的范圍為22mm至38mm。 優(yōu)選地，所述透光板與所述集熱芯間距的范圍為28mm至32mm。 優(yōu)選地，所述頂板、底板和支撐板均為透光的聚碳酸酯板。 優(yōu)選地，所述保溫材料為聚氨酯。本發(fā)明還提供一種太陽能熱水器，包括上述任一項所述的太陽能 集熱器。相對上述背景技術(shù)，本發(fā)明所提供的太陽能集熱器的透光板包括 頂板和底才反，所述頂板和底板之間因此可以形成空氣層。眾所周知， 氣體的傳熱系數(shù)通常顯著低于固體，因此內(nèi)部設(shè)置空氣層之后，所述 透光板整體的傳熱系數(shù)將顯著降低，通過所述透光板向大氣傳導的熱 量將大幅減少，太陽能集熱器以及太陽能熱水器的效率因此將得到提 高。作為本發(fā)明的一種改進，可以將太陽能集熱器的透光板與外殼體 緊密連接，進而使兩者所形成的空間與外界氣密封。這樣，所述集熱 芯周圍的空氣將完全與外界大氣相隔離，即使室外風速較大所述集熱 芯也能避免通過熱對流的方式向大氣中散失熱量，因此太陽能集熱器 以及太陽能熱水器的效率將進一步提高。作為本發(fā)明的另一改進，可以將太陽能集熱器的透光板與集熱芯 間距的范圍設(shè)置為22mm至38mm;所述透光板與集熱芯的間距決定 了兩者之間空氣層的厚度。空氣層過厚，空氣容易在所述集熱芯與透 光板之間產(chǎn)生對流，所述集熱芯的熱量因此容易以熱對流的方式傳遞 至所述透光板；空氣層過薄，空氣容易達到較高的溫度，所述集熱芯 的熱量容易以熱傳導的方式傳遞至所述透光板。本發(fā)明將所述透光板 與集熱芯之間空氣層厚度的范圍設(shè)為22mm至38mm,能夠同時有效 地抑制上述熱傳導和熱對流，所述集熱芯的熱損失將進一步降低、太 陽能集熱器以及太陽能熱水器的效率將進一步提高。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種典型太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所提供太陽能集熱器一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明所提供集熱芯一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明所提供透光板一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明核心是提供一種太陽能集熱器，其散失的熱量較少、熱效 率較高。本發(fā)明的另 一 核心是提供 一 種具有較高熱效率的太陽能熱水器。為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖 和實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。請參考圖2以及圖3,圖2為本發(fā)明所提供太陽能集熱器一種具 體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本發(fā)明所提供集熱芯一種具體實施 方式的結(jié)構(gòu)示意圖。在一種具體實施方式
中，本發(fā)明所提供的太陽能集熱器2的核心部件是集熱芯21，集熱芯21通常包括直接吸收太陽光的集熱板211, 以及大體與集熱板211相平行的底板213,集熱板211與底板213之 間設(shè)有水流管道212，水流管道212通過進水管25和出水管26連接 入太陽能熱水器的循環(huán)管路中。集熱板211通常由導熱性較好的金屬材料(比如鋁合金)制得， 其朝陽面還可以涂抹光譜選擇性吸收涂料，以盡可能充分地將太陽能 轉(zhuǎn)化為集熱板211的內(nèi)能。水流管道212固定連接于集熱板211的背光面，通常選用銅管以 便于導熱，水流管道212與集熱板211之間的熱阻應(yīng)當盡可能的小。底板213的基本作用是固定水流管道212，并增加集熱芯21整體 的強度，因此除了適當?shù)膹姸戎?，對其并無其他特殊要求。本具體實施方式
中，本發(fā)明所提供的太陽能集熱器2還包括外殼 體22。外殼體22大體包括側(cè)壁221、底壁222以及頂壁223,因此，外 殼體22可以自底面和側(cè)面將集熱芯21包圍；位于集熱芯21頂面的是 外殼體22的頂壁223,但頂壁223僅為一框架，其中心部位具有一腔 體，以便在其中設(shè)置透光板23;透光板23通常通過頂壁22與外殼體 22固定連接。外殼體22與集熱芯21之間具有腔體，其中填充常規(guī)的保溫材料， 從而形成自側(cè)面和底面將集熱芯21包圍的保溫層，進而隔斷了集熱芯 21與外殼體22之間的熱傳導，以提高太陽能集熱器2以及太陽能熱 水器的熱效率。上述保溫材料建議選用聚氨酯，并且建議上述保溫層通過在外殼 體22中現(xiàn)場整體發(fā)泡形成，以便上述聚氨酯可以密實地填充于外殼體 22與集熱芯21之間的腔體中。顯然，由于透光的需要，透光板23與集熱芯21之間不能填充所 述保溫材料；為了有效避免熱量通過透光板23向外散發(fā)，本發(fā)明特別 對透光板23的結(jié)構(gòu)進行了改進。請參考圖4,圖4為本發(fā)明所提供透光板一種具體實施方式
的結(jié) 構(gòu)示意圖。在一種具體實施方式
中，本發(fā)明所提供的透光板23具體包括頂 板231以及底板232，兩者大體相平行，且具有適當?shù)拈g距H。顯然，頂板231以及底板232均應(yīng)當由透光材料制得；建議選用 聚碳酸酯板制造頂板231以及底板232。聚碳酸酯板的傳熱系數(shù)較低，集熱芯21的熱量因此不易散發(fā)； 再者，聚碳酸酯板的透光率較高，可以更加充分地利用太陽光；此外， 聚碳酸酯板的密度較小、重量較輕，有利于方便搬運操作以及降低物 流成本。為了提高透光板23的強度，可以進一步在頂板231與底板232 之間設(shè)置支撐板233;支撐板233還有利于保持頂板231與底板232 的間距。圖4中的支撐板233垂直于頂板231以及底板232，但是， 支撐板233也可以不垂直于上述兩者。顯然，支撐板233也應(yīng)當選用透光材料，其材料最好與頂板231 以及底板232的材料相同。此外，支撐板233的作用也可以通過支撐 柱等部件實現(xiàn)。本發(fā)明所提供的太陽能集熱器2的透光板23包括頂板231和底 4反232,頂斧反231和底232之間因此可以形成空氣層，該空氣層的傳 熱系數(shù)通常顯著低于頂板231和底板232。因此，內(nèi)部設(shè)置上述空氣 層之后，透光板23整體的傳熱系數(shù)將顯著降低，通過透光板23向大 氣傳導的熱量將大幅減少，太陽能集熱器2以及太陽能熱水器的效率 因此將得到提高?？梢赃M一步將頂板231和底板232的間距H的范圍設(shè)置為3mm 至9mm。如果頂板231和底板232之間的空氣層在垂直于頂板231和底板 232的方向上產(chǎn)生明顯的流動，對流換熱現(xiàn)象將比較明顯，頂板23的 隔熱效果將受到不利影響；因此，頂板231和底板232的間距H不宜 過大。另一方面，如果上述間距H過小則難以實現(xiàn)通過增加空氣層來 隔熱的目的。將頂板231和底板232的間距H的范圍設(shè)置為3mm至9mm可以 有效地平衡上述兩因素；特別是在上述間距H的范圍為5mm至7mm 的情況下，既能實現(xiàn)有效隔熱，又能避免頂板231和底板232之間的 空氣出現(xiàn)明顯的對流換熱。可以在上述具體實施方式
的基礎(chǔ)上對太陽能集熱器2進行其他改進。在另一種具體實施方式
中，本發(fā)明所提供的太陽能集熱器2同樣 具有外殼體22、設(shè)置于外殼體22中的集熱芯21、以及與外殼體22 固定連接并具有空氣層的透光板23等部件。不同之處在于，透光板23與外殼體22系緊密連接，從而使兩者 所形成的空間(即集熱芯21所在的腔體)與外界氣密封。外殼體22的側(cè)壁221、底壁222以及頂壁223相連接的位置顯然 都應(yīng)保持氣密封，頂壁223與透光板23連接的部位也應(yīng)當保持氣密封；8透光板23與頂壁223粘結(jié)于一體。由于透光板23與外殼體22緊密地連接，集熱芯21周圍的空氣 將完全與外界大氣相隔離，即使室外風速較大集熱芯21周圍的空氣也 不會與大氣進行對流換熱，因此可以避免通過熱對流的方式向大氣中 散失熱量，太陽能集熱器2以及太陽能熱水器的效率將得到進一步的 提高。在集熱芯21周圍的空氣將完全與外界大氣相隔離的情況下，可 以進一步調(diào)整透光板23與集熱芯21的間距，進而調(diào)整兩者之間空氣 層的厚度。透光板23與集熱芯21之間的空氣層過厚，空氣容易在集熱芯21 與透光板23之間產(chǎn)生對流，集熱芯21的熱量因此容易以熱對流的方 式傳遞至透光板23;上述空氣層過薄，空氣容易達到較高的溫度，集 熱芯21的熱量容易以熱傳導的方式傳遞至透光板23。將透光板23與集熱芯21之間空氣層厚度(也即透光板23與集 熱芯21間距)的范圍設(shè)為22mm至38mm，能夠同時有效地抑制上述 熱傳導和熱對流，集熱芯21的熱損失將進一步降低、太陽能集熱器2 以及太陽能熱水器的效率將進一步提高。將上述空氣層厚度范圍為設(shè)28mm至32mm的情況下，上述技術(shù) 效果尤為明顯。本發(fā)明所提供的太陽能熱水器包括上述任意一種太陽能集熱器， 其具體結(jié)構(gòu)本文不再贅述。以上對本發(fā)明所提供的太陽能集熱器以及太陽能熱水器進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思 想。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā) 明原理的前提下，還
權(quán)利要求
1. 一種太陽能集熱器，包括設(shè)置于外殼體中的集熱芯，所述外殼體自底面和側(cè)面包圍所述集熱芯，且兩者之間的間隙中填充保溫材料；所述集熱芯的頂部設(shè)有與所述外殼體固定連接的透光板；其特征在于，所述透光板包括相平行的頂板和底板，兩者具有適當?shù)拈g距。
2、 如權(quán)利要求1所述的太陽能集熱器，其特征在于，所述頂板 和底板之間進一 步設(shè)有支撐板。
3、 如權(quán)利要求2所述的太陽能集熱器，其特征在于，所述頂板 和底板間距的范圍為3mm至9mm。
4、 如權(quán)利要求3所述的太陽能集熱器，其特征在于，所述頂板 和底+反間i 巨的范圍為5mm至7mm。
5、 如權(quán)利要求1所述的太陽能集熱器，其特征在于，所述透光 板與所述外殼體緊密連接，兩者所形成的空間與外界氣密封。
6、 如權(quán)利要求5所述的太陽能集熱器，其特征在于，所述透光 板與所述集熱芯間距的范圍為22mm至38mm。
7、 如權(quán)利要求6所述的太陽能集熱器，其特征在于，所述透光 板與所述集熱芯間距的范圍為28mm至32mm。
8、 如權(quán)利要求1所述的太陽能集熱器，其特征在于，所述頂板、 底板和支撐板均為透光的聚碳酸酯板。
9、 如權(quán)利要求1所述的太陽能集熱器，其特征在于，所述保溫 材料為聚氨酯。
10、 一種太陽能熱水器，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至9任 一項所述的太陽能集熱器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能集熱器，包括設(shè)置于外殼體中的集熱芯，所述外殼體自底面和側(cè)面包圍所述集熱芯，且兩者之間的間隙中填充保溫材料；所述集熱芯的頂部設(shè)有與所述外殼體固定連接的透光板；所述透光板包括相平行的頂板和底板，兩者具有適當?shù)拈g距，從而在兩者之間形成一空氣層。本發(fā)明還公開了一種包括上述太陽能集熱器的太陽能熱水器。設(shè)置上述空氣層之后，所述透光板整體的傳熱系數(shù)將顯著降低，通過所述透光板向大氣傳導的熱量將大幅減少，太陽能集熱器以及太陽能熱水器的效率因此將得到提高。
文檔編號F24J2/00GK101261050SQ20081009506
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者周奇迪, 唐玉敏 申請人:寧波晟唐基業(yè)科能電器有限公司