本發(fā)明涉及一種微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)全鋁型太陽能集熱器，屬于新能源、太陽能光熱利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

太陽能集熱技術(shù)以其節(jié)能降耗及環(huán)保方面的良好表現(xiàn)普遍受到人們的關(guān)注，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝使用方便。目前，太陽能集熱器主要包括真空管式、平板式兩種形態(tài)。真空管式太陽能集熱器的真空集熱管由內(nèi)外兩層玻璃構(gòu)成。內(nèi)外兩層玻璃管之間抽成真空，內(nèi)層玻璃管外表面涂有吸收層。真空管式太陽能集熱器利用了真空熱絕緣抑制了熱損，同時能夠防凍，但是現(xiàn)有真空管式集熱器存在輪廓面積大，使用安全系數(shù)低，以及難以與多層或高層建筑一體化安裝的問題。平板式太陽能集熱器是主要由吸熱板芯、透明蓋板、殼體、保溫材料以及進(jìn)出水集管等組成。其中，吸熱板芯一般由導(dǎo)熱流體銅管路和吸熱翅片鋁板通過焊接而成，透明蓋板通常由對太陽光透明的玻璃材料構(gòu)成，殼體由背板、邊框等構(gòu)成。傳統(tǒng)平板式太陽能集熱器具有承壓、安全、分體式安裝等特點，可安裝于多層或高層建筑的陽臺、南墻窗戶下面，易與建筑一體化。

微通道換熱器是一種通道當(dāng)量直徑在100～1000μm的換熱器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、高效節(jié)能等特點，其結(jié)構(gòu)形式主要有平板錯流式微通道換熱器、三維錯流式微通道換熱器、燒結(jié)網(wǎng)式多孔微通道換熱器。傳統(tǒng)微通道換熱器主要應(yīng)用于傳統(tǒng)的工業(yè)制冷、余熱利用、汽車空調(diào)、家用空調(diào)、熱泵熱水器等。與常規(guī)管式和板式換熱器相比，微通道換熱器不僅體積換熱系數(shù)高，換熱面積大、換熱效率高，可滿足更高的能效標(biāo)準(zhǔn)，而且具有優(yōu)良的耐壓性能，且目前的理論研究尚不能完全解釋微流體流動的機(jī)理，因而已引起國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。目前，微通道換熱器的關(guān)鍵技術(shù)在于微通道流道結(jié)構(gòu)設(shè)計和微通道鋁扁管的制造工藝，微通道鋁扁管是一種采用精煉鋁棒，通過精密模具熱擠壓工藝，經(jīng)表面噴鋅防腐處理，形成的薄壁多孔扁形管狀鋁制換熱元件，微通道鋁扁管的生產(chǎn)方法和工藝在國內(nèi)已漸趨成熟，使得微通道換熱器的規(guī)?；瘧?yīng)用成為可能。

通過以上的背景技術(shù)分析，如若將微通道鋁扁管換熱技術(shù)直接應(yīng)用于平板太陽能集熱器，即利用多條微通道鋁扁管來代替吸熱芯板中的導(dǎo)熱流體銅管路和吸熱翅片鋁板，則可以增大導(dǎo)熱流體的換熱面積、提高太陽能集熱效率，同時采用鋁代替銅材料可大幅降低成本，且可省卻吸熱芯板的焊接工序，生產(chǎn)工藝更簡單。但是，由于微通道鋁扁管的通道直徑小于1mm，液體工質(zhì)與鋁材料界面浸潤性和微通道的毛細(xì)作用，會導(dǎo)致導(dǎo)熱流體在微通道鋁扁管內(nèi)流動的壓降較大，形成較大的流動阻力，不利于導(dǎo)熱流體將太陽能熱量傳遞到水箱或用戶。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，并通過綜合分析各自的技術(shù)特點，提出并公開一種微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)全鋁型太陽能集熱器。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)全鋁型太陽能集熱器包括鋁底板殼體(1)、透明蓋板(2)、微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)、吸熱膜(4)、透明絕熱層(5)、集流平板鋁管(6)、隔熱保溫層(7)、以及相應(yīng)的密封元件和連接元件，其特征在于所述多根微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)按固定間距水平陣列排列且其中性面處于同一平面，在多根微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)上表面覆 有吸熱膜(4)，在其下表面設(shè)置有隔熱保溫層(7)；所述每根微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)的兩端通過密封元件分別與進(jìn)水集流平板鋁管(6a)和出水集流平板鋁管(6b)連接，集流平板鋁管(6)上下表面設(shè)置有隔熱保溫層(7)，通過連接元件與鋁底板殼體(1)連接固定；所述鋁底板殼體(1)內(nèi)側(cè)四周設(shè)置有隔熱保溫層(7)，透明蓋板(2)設(shè)置在吸熱膜(4)上部，與隔熱保溫層(7)表面接觸并密封，透明蓋板(2)通過連接元件固定于鋁底板殼體(1)上；所述吸熱膜(4)與透明蓋板(2)之間設(shè)置有兩層較薄的透明絕熱層(5)，通過高透光率的膠合劑分別膠結(jié)固定于吸熱膜(4)下表面和透明蓋板(2)內(nèi)表面，兩個透明絕熱層(5a和5b)之間充滿常壓空氣或其它透明惰性氣體介質(zhì)。

所述微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)采用精煉鋁棒通過精密模具熱擠壓工藝，經(jīng)表面噴鋅防腐處理，形成薄壁多孔扁形管狀平板鋁管(3a、3b)，其制造工藝采用多支共擠多點溫控的熱擠壓精密模具，其模具內(nèi)壁耐磨、耐熱、超潤滑，通過鋁棒的梯度加熱和擠壓機(jī)模筒恒溫加熱的等速擠壓技術(shù)制造多孔薄壁均衡擠壓的微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)，在線噴鋅后形成微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管。

所述微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)的微細(xì)孔道(3a)特征結(jié)構(gòu)形式為圓形、正方形、長方形、菱形或其它多邊形中的一種。所述吸熱膜(4)為黑鉻膜或者藍(lán)鈦膜吸熱材料，采用膠合劑直接粘接固定于微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)表面，其膠合劑為熱阻小、耐高溫的單組份或雙組份膠合劑。

所述透明蓋板(2)結(jié)構(gòu)形式為平面板狀實心或者空心結(jié)構(gòu)，可為低鐵布紋鋼化玻璃、真空玻璃、中空玻璃、防紫外型聚碳酸酯透明板中的一種。所述隔熱保溫層(7)材料類型為巖棉、酚醛泡沫、聚苯乙烯、聚氨脂中的一種或兩種組合，設(shè)置在鋁底板殼體(1)四周、底板與微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)之間以及集流平板鋁管(6)周圍，通過膠合劑分別與鋁底板殼體(1)、微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)、集流平板鋁管(6)粘接固定。

所述微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)的微細(xì)孔道(3a)高度方向特征尺寸h為1～6mm，寬度方向特征尺寸w為1～20mm。所述微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)的高度為h₁＝2～8mm，寬度為w₁＝60～200mm。所述兩根微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)之間的距離t₁為其寬度w₁的1/4～1，微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)伸入集流平板鋁管(6)的長度t₂為集流平板鋁管寬度w₂的1/4～1/2，每根微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)的伸入長度t₂可以相同也可以不同，如若不同則靠近集流平板鋁管(6)進(jìn)出水口端的伸入長度t₂₁＝w₂/2，依次遞減直到t_2n＝w₂/4。所述透明蓋板(2)與吸熱膜(4)之間設(shè)置的兩個透明絕熱層(5)為二氧化硅氣凝膠絕熱層，每個透明絕熱層(5)的厚度為2～5mm。

采用本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，可取得的有益效果是：(1)本發(fā)明采用微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)增大換熱面積，能顯著改善和提高傳統(tǒng)平板集熱器的換熱效率，提高集熱效率；(2)微細(xì)孔道的特征尺寸較常規(guī)微通道的特征尺寸大，能有效減小微細(xì)流道形成的壓降和阻力，增大導(dǎo)熱流體的流速和流量，可明顯改善導(dǎo)熱流體的太陽能熱傳遞效果；(3)本發(fā)明采用全鋁結(jié)構(gòu)的集熱器形式，以鋁扁管代替銅管，可降低成本，無需焊接，工藝更簡單；(4)采用兩層較薄的二氧化硅氣凝膠中間充滿常壓空氣或其它透明惰性氣體介質(zhì)的形式進(jìn)行絕熱，兼顧成本的同時可有效減小集熱器的熱損，提高太陽能集熱效率。

附圖說明

圖1微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)全鋁型集熱器剖面結(jié)構(gòu)圖

圖2微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)全鋁型集熱器結(jié)構(gòu)原理圖

圖3微細(xì)通道結(jié)構(gòu)剖面圖

圖4微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)全鋁型太陽能集熱器外觀圖

圖中：鋁底板殼體1、透明蓋板2、微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管3、微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管流道3a、微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管管體3b、吸熱膜4、透明絕熱層5、蓋板表面透明絕熱層5a、吸熱膜表面透明絕熱層5b、集流平板鋁管6、進(jìn)口端集流平板鋁管6a、出口端集流平板鋁管6b、隔熱保溫層7。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1～4對本發(fā)明進(jìn)一步說明，并詳細(xì)闡述具體實施方法。

一種微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)全鋁型太陽能集熱器包括鋁底板殼體(1)、透明蓋板(2)、微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)、吸熱膜(4)、透明絕熱層(5)、集流平板鋁管(6)、隔熱保溫層(7)、以及相應(yīng)的密封元件和連接元件。

微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)采用精煉鋁棒通過精密模具熱擠壓工藝，經(jīng)表面噴鋅防腐處理，形成薄壁多孔扁形管狀平板鋁管(3a、3b)，其制造工藝采用多支共擠多點溫控的熱擠壓精密模具，其模具內(nèi)壁耐磨、耐熱、超潤滑，通過鋁棒的梯度加熱和擠壓機(jī)模筒恒溫加熱的等速擠壓技術(shù)制造多孔薄壁均衡擠壓的微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)，在線噴鋅后形成微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管。

微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)的微細(xì)孔道(3a)特征結(jié)構(gòu)形式為圓形、正方形、長方形、菱形或其它多邊形中的一種。微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)的微細(xì)孔道(3a)高度方向特征尺寸h為1～6mm，寬度方向特征尺寸w為1～20mm。微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)的高度為h₁＝2～8mm，寬度為w₁＝60～200mm。

多根微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)按固定間距水平陣列排列且其中性面處于同一平面，在多根微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)上表面覆有吸熱膜(4)，在其下表面設(shè)置有隔熱保溫層(7)。吸熱膜(4)為黑鉻膜或者藍(lán)鈦膜吸熱材料，采用膠合劑直接粘接固定于微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)表面，其膠合劑為熱阻小、耐高溫的單組份或雙組份膠合劑。

每根微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)的兩端通過密封元件分別與進(jìn)水集流平板鋁管(6a)和出水集流平板鋁管(6b)連接，集流平板鋁管(6)上下表面設(shè)置有隔熱保溫層(7)，通過連接元件與鋁底板殼體(1)連接固定。兩根微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)之間的距離t₁為其寬度w₁的1/4～1，微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)伸入集流平板鋁管(6)的長度t₂為集流平板鋁管寬度w₂的1/4～1/2，每根微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)的伸入長度t₂可以相同也可以不同，如若不同則靠近集流平板鋁管(6)進(jìn)出水口端的伸入長度t₂₁＝w₂/2，依次遞減直到t_2n＝w₂/4。

鋁底板殼體(1)內(nèi)側(cè)四周設(shè)置有隔熱保溫層(7)，透明蓋板(2)設(shè)置在吸熱膜(4)上部，與隔熱保溫層(7)表面接觸并密封，透明蓋板(2)通過連接元件固定于鋁底板殼體(1)上。

吸熱膜(4)與透明蓋板(2)之間設(shè)置有兩層較薄的透明絕熱層(5)，通過高透光率的膠合劑分別膠結(jié)固定于吸熱膜(4)下表面和透明蓋板(2)內(nèi)表面，兩個透明絕熱層(5a、5b)之間充滿常壓空氣或其它透明惰性氣體介質(zhì)。透明蓋板(2)與吸熱膜(4)之間設(shè)置的兩個透明絕熱層(5)為二氧化硅氣凝膠絕熱層，每個透明絕熱層(5)的厚度為2～5mm。透明蓋板(2)結(jié)構(gòu)形式為平面板狀實心或者空心結(jié)構(gòu)，可為低鐵布紋鋼化玻璃、真空玻璃、中空玻璃、防紫外型聚碳酸酯透明板中的一種。

隔熱保溫層(7)材料類型為巖棉、酚醛泡沫、聚苯乙烯、聚氨脂中的一種或兩種組合，設(shè)置在鋁底板殼體(1)四周、底板與微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)之間以及集流平板鋁管(6)周圍，通過膠合劑分別與鋁底板殼體(1)、微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)平板鋁管(3)、集流平板鋁管(6)粘接固定。