CN102095259A - 聚光太阳能双热联产装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种聚光太阳能双热联产装置，其包括双项热能收集组件以及固定所述双项热能收集组件的框体；所述双项热能收集组件包括透光基板、集热板、工作流体收集管、热空气收集管、环境空气进口、热空气出口、工作流体进口管、工作流体出口管以及连接管；所述集热板与透光基板通过HCEVA热压成一体；所述工作流体收集管通过焊接或导热胶与集热板固定；所述工作流体收集管下端与工作流体进口管密封固定，上端与工作流体出口管密封固定。本发明的聚光太阳能双热联产装置具有聚光盖板，聚光温度高；双项热能输出，热能形式多样；双盖板，保温性能优异；平板型外观，高建筑融合度等明显优势。

Description

聚光太阳能双热联产装置

技术领域

本发明涉及太阳能光热利用技术领域，特别涉及一种聚光太阳能双热联产装置，具体的涉及一种集聚热、双盖保温、热水及热空气双项热能联产于一体的建筑应用型太阳能光热收集装置。

背景技术

城市经济发展迅速，人们日益追求生活的高舒适度，由此形成的高能耗成为制约城市环境可持续发展的重要屏障。近几年，随着新能源产品技术的日渐成熟，国家政策的大力扶持推广以及低碳生活理念的建立，人们开始对新能源产品认可和接纳，特别是太阳能热利用产品，在城市发展中格外受青睐。截止2009年，全国安装太阳能热水器的面积总就已超过一亿平方米；太阳能空气集热器也因在干燥及供暖上的出色表现被广泛使用。目前，这两类主要的太阳能热利用产品均以单体形式存在于市场中。

在中国专利号为200920111708.9的专利中，公开了一种组合式太阳能气液集热器，其由边框、透明盖板、保温层和板芯组成，在边框的空间内同时设置空气集热板芯和一系列金属吸热管，组合而成集热器板芯，且吸热管与热水箱连通。集热器工作中，其板芯将太阳辐射转化为热能，空气集热板芯将热量传给空气，吸热器在接受太阳辐射的同时，也可吸收热空气中的热量。因此，集热器既产生热空气，也提供热的液体工质，既可将热空气导入室内采暖，也可通过液体工质产生热水。此专利公开的组合式太阳能气液集热器存在以下技术设计缺陷：1、透明盖板与集热器板芯之间所形成的空腔作为收集及加热空气的腔体，空气进、出口未设任何自动控制元件，在寒冬时常有水汽附着于玻璃盖板内表面，严重影响正常透光率，集热效果下降；2、冷热骤变过程中产生的水分子无法排出，积压在内框向下一面，产生腐蚀及氧化，严重影响集热器的使用寿命；3、空气集热板芯、吸热翅片、金属吸热管表面未作任何吸热膜涂层处理，实际应用中相当一部分热能又被金属体反射，热效益低，不符合国家能效标准。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的缺陷及为弥补该技术领域内市场产品的缺失，提供一种聚光太阳能双热联产装置。本发明的聚光太阳能双热联产装置具有聚光盖板，聚光温度高；双项热能输出，热能形式多样；双盖板，保温性能优异；平板型外观，高建筑融合度等明显优势。

为达到本发明的目的，本发明的聚光太阳能双热联产装置是采用以下技术方案实施的：所述聚光太阳能双热联产装置包括双项热能收集组件以及框体。

其中，所述双项热能收集组件包括透光基板、集热板、工作流体收集管、热空气收集管、环境空气进口、热空气出口、工作流体进口管、工作流体出口管以及连接管。集热板与透光基板通过HCEVA进入真空层压机热压成一体，将组合好的组件取出，冷却待用。工作流体收集管通过焊接或导热胶与集热板固定；工作流体收集管下端与工作流体进口管密封固定，上端与工作流体出口管密封固定。

优选的，所述集热板上喷涂有太阳能吸热涂层，所述热空气收集管通过焊接或导热胶与集热板固定，两端密封并开孔，采用连接管连接，上一支热空气收集管的出口与下一支的进口对接，形成S型工作流体通道；环境空气进口与第一根热空气收集管一端密封固定，热空气出口与最后一根热空气收集管一端密封固定；工作流体收集管及热空气收集管管内装填有工作流体。

框体包括边框、密封胶、绝热保温涂层、菲涅尔聚光盖板、绝热限位块、吸附剂储条、保温层、底板、吸风器或排风机。

优选的，所述聚光太阳能双热联产装置还包括辅助控制器件如电磁调控档栅。

其中，优选的，所述边框内部涂有绝热保温涂层，防止热量通过金属框外泄；组合好的双项热能收集组件两边嵌有绝热限位块，并用边框固定；环境空气进口、热空气出口设置在边框或底板上；工作流体进口管、工作流体出口管、环境空气进口、热空气出口在安装框体的同时，从框体上预先留有的孔引出；边框上部挤压有密封胶，与菲涅尔聚光盖板成胶凝密封；上、下两层盖板间形成中空腔体，吸附剂储条设置在腔体内部的框体上，用于保持腔体内空气干燥；保温层安装在双项热能收集组件与底板中间；底板用抽芯铆钉固定在边框上；吸风器或排风机设置在热空气出口或热空气总出口管上；电磁调控档栅固定在环境空气进口或环境空气总进口管上，便于不需要热空气时起到封阻作用。

其中，所述的菲涅尔聚光盖板采用市售的具有高透光率、高光线汇聚率、短焦距的线形聚光菲涅尔透镜。其可将大量散射的太阳光能汇聚成高温聚光带，并照射至双项热能收集组件，使工作流体在短时间内形成高温热能输出。

所述的HCEVA是一种塑料物料，通过在EVA原料中添加纳米氧化锌、纳米氧化镁、氧化铝、氮化铝、碳化硅晶须、氮化铝晶须或其他高导热功能粉体及各种助剂，并按一定配比将原料混合均匀，倒入双螺杆挤出机，混炼塑化，挤出切粒后模压成型。其兼具高透光率及高导热率的性能。

所述的太阳能吸热涂层采用可在金属材料上使用的市售TXT-1太阳能选择性涂料；或选用其他对金属体高效吸收光能的涂料，可将阳光有效地聚集起来，以提高阳光的转换利用率。

所述的绝热限位块采用工程塑料、陶瓷材料或其他低热导、高强度、耐磨损且高温下不易变形的材料制成。绝热限位块对双项热能收集组件起到限位固定的作用。

所述的热空气收集管为圆管、方管、扁管或其他异型金属管。热空气收集管的出口与另一根热空气收集管的进口用连接管连接，形成S型气体走道。

所述的工作流体收集管采用防锈铝合金挤压成型，工作流体收集管为圆管，方管，扁管及其他异型管，并与基座一次成型，基座上有大于管径往两边延伸10～20mm的贴边；也可采用B7传热铜合金，不锈钢焊接制成管板状。也可将工作流体收集管和热空气收集管通过一次性挤压成型于一体。

所述的透光基板采用市售高硼硅3.3平板玻璃或PC透光板、增透平板钢化玻璃及其他低铁透光材料。

所述的吸附剂储条采用市售的硅胶干燥剂，通过静态吸附吸收密封空间中的水汽。由于吸附剂储条的存在，可以使装配过程中双层盖板间的气体被充分干燥，防止冷热骤变过程中产生水雾，从而影响玻璃的透光度。

所述的工作流体采用市售Z-Z超导介质、低温导热油或在低温30℃～40℃时可以气化的超导液；无霜、无冻地区，可直接采用水作为工作流体；而集热空气通道管内工作流体为环境空气。

本发明的聚光太阳能联产装置，其工作原理如下：

大量太阳辐射被菲涅尔聚光盖板汇集成高温聚光带，透过中空层，辐射至透光基板，透光基板温度升高，HCEVA将热能迅速向下传导至集热板，同时集热板表面喷涂的太阳能吸收涂层，主动吸收透过双层盖板的太阳辐射，大量热能快速地向集热板底部的工作流体收集管及热空气收集管传导。

工作流体从工作流体进口管进入工作流体收集管内，迅速吸收工作流体收集管所收集到的热能，从而加热工作流体，加热后的工作流体由工作流体出口管排出使用；同时，电磁调控档栅开启，环境空气从环境空气进口不断进入热空气收集管内，迅速吸收热空气收集管的热能，进入热空气收集管中的热能在需要时通过吸风装置，将热空气抽出，以供使用。

本发明聚光太阳能双热联产装置创新性地提出了热水+热空气一体联产的理念，必将在太阳能光热利用领域引起巨大反响。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。其中：

图1  是模块化的本发明的应用与太阳能建筑的聚光太阳能双热联产装置的主视示意图；

图2  是图1中A-A面剖面示意图；

图3  是图2中的局部放大示意图。

具体实施方式

本发明的聚光太阳能双热联产装置是采用以下技术方案实施的：聚光太阳能双热联产装置包括：双项热能收集组件、框体以及辅助控制器件。

结合图1、图2及图3所示，本发明的聚光太阳能双热联产装置的双项热能收集组件包括透光基板5、HCEVA(导热EVA)6、太阳能吸热涂层7、集热板8、工作流体收集管3、热空气收集管2、环境空气进口14、热空气出口15、工作流体进口管16、工作流体出口管1以及连接管18。集热板8喷涂有太阳能吸热涂层7，其与透光基板5通过HCEVA6进入真空层压机热压成一体，将组合好的组件取出，冷却待用。工作流体收集管3通过焊接或导热胶与集热板8固定；工作流体收集管3下端与工作流体进口管16密封固定，上端与工作流体出口管1密封固定。

热空气收集管2通过焊接或导热胶与集热板8固定；两端密封并开孔，采用连接管18连接，上一支热空气收集管2的出口与下一支的进口对接，形成S型工作流体17通道；环境空气进口14与第一根热空气收集管2一端密封固定，热空气出口15与最后一根热空气收集管2一端密封固定；工作流体收集管3及热空气收集管2管内装填有工作流体17。

框体以及辅助控制器件包括边框11、密封胶、绝热保温涂层、菲涅尔聚光盖板4、绝热限位块12、吸附剂储条13、保温层9、底板10、吸风器或排风机以及电磁调控档栅构成。

其中。边框11内部涂有绝热保温涂层，防止热量通过金属框外泄；组合好的双项热能收集组件两边嵌有绝热限位块12，并用边框11固定；环境空气进口14、热空气出口15设置在边框11或底板10上；工作流体进口管16、工作流体出口管1、环境空气进口14、热空气出口15在安装框体的同时，从框体上预先留有的孔引出；边框11上部挤压有密封胶，与菲涅尔聚光盖板4成胶凝密封；上、下两层盖板间形成中空腔体，吸附剂储条13设置在腔体内部的框体上，用于保持腔体内空气干燥；保温层9安装在双项热能收集组件与底板10中间；底板10用抽芯铆钉固定在边框11上；吸风器或排风机设置在热空气出口15或热空气总出口管上；电磁调控档栅固定在环境空气进口14或环境空气总进口管上，便于不需要热空气时起到封阻作用。

所述的菲涅尔聚光盖板4采用市售的具有高透光率、高光线汇聚率、短焦距的线形聚光菲涅尔透镜。可将大量散射的太阳光能汇聚成高温聚光带，并照射至双项热能收集组件，使工作流体在短时间内形成高温热能输出。

所述的HCEVA6是一种塑料物料，通过在EVA原料中添加纳米氧化锌、纳米氧化镁、氧化铝、氮化铝、碳化硅晶须、氮化铝晶须或其他高导热功能粉体及各种助剂，并按一定配比将原料混合均匀，倒入双螺杆挤出机，混炼塑化，挤出切粒后模压成型。兼具高透光率及高导热率的性能。

所述的太阳能吸热涂层7采用可在金属材料上使用的市售TXT-1太阳能选择性涂料；或选用其他对金属体高效吸收光能的涂料，可将阳光有效地聚集起来，以提高阳光的转换利用率。

所述的绝热限位块12采用工程塑料、陶瓷材料或其他低热导、高强度、耐磨损且高温下不易变形的材料制成。绝热限位块12对双项热能收集组件起到限位固定的作用。

所述的热空气收集管2为圆管、方管、扁管或其他异型金属管。热空气收集管2的出口与另一根热空气收集管2的进口用连接管18连接，形成S型气体走道。

所述的工作流体收集管3采用防锈铝合金挤压成型，工作流体收集管3为圆管，方管，扁管及其他异型管，并与基座一次成型，基座上有大于管径往两边延伸10～20mm的贴边。也可采用B7传热铜合金，不锈钢焊接制成管板状。

所述的透光基板5采用市售高硼硅3.3平板玻璃或PC透光板、增透平板钢化玻璃及其他低铁透光材料。

所述的吸附剂储条13采用市售的硅胶干燥剂，通过静态吸附吸收密封空间中的水汽。由于吸附剂储条13的存在，可以使装配过程中双层盖板间的气体被充分干燥，防止冷热骤变过程中产生水雾，从而影响玻璃的透光度。

所述的工作流体采用市售Z-Z超导介质、低温导热油或在低温30℃～40℃时可以气化的超导液；无霜、无冻地区，可直接采用水作为工作流体；而集热空气通道管内工作流体为环境空气。

本发明的聚光太阳能双热联产装置具有明显的技术和性价优势，具体如下：

一、聚光、双盖保温及密闭式集热腔体集成优化技术，兼具高效热能收集、利用及优异的保温性能。

本发明采用具有高光线汇聚率的菲涅尔聚光板作为盖板，聚集的光线温度最高可达80℃以上，使工作流体在短时间内达到高温并输出。菲涅尔聚光盖板与透光基板通过边框固定，形成双盖板中空腔体，保证高热能收集的同时防止热能通过盖板散失，从而提高整体装置的保温性能，达到热能利用最大化。中空腔体的存在，还能解决表层盖板在冬季接触温度低，而形成结霜的问题，使整个装置在低温环境中也有高效的热能输出效率。

本发明同时采用集热板与透光基板在真空层压机热压成一体的独特制作工艺，通过双项热能收集组件上表面与集热板底面固定，下表面与保温层紧密贴合，并由底板封装，形成密闭式集热腔体，大大提高热能吸收率。

二、快速导热双通道，瞬间吸热双产出。

本发明采用透光基板与集热板通过新材料HCEVA热压成一体，将菲涅尔聚光盖板照射至透光基板上的高温聚光带上的热能及透光基板本身所吸附的热能迅速向集热板传导；集热板表面本身涂有太阳能吸热涂层，可主动吸收透过双层盖板的太阳辐射。HCEVA及太阳能吸热涂层形成快速导热双通道，使整个装置的导热速度成倍增加。

大量热能传导至集热板，并被热空气收集管、工作流体收集管内的工作流体瞬间吸收利用。热空气、热水双热能收集模式，在提高热能吸收速度、减少热能散失的同时达到双热能输出，使整个装置满足一年内不同季节的热能需要。

三、建筑应用型太阳能产品，应用范围广

本发明具备平板集热器外观，结构简单，安装方便，在与建筑结合方面具有一定的优势，可广泛应用于立面墙系统和屋面系统的安装使用。本发明安装在南向立面墙上，可节省安装费用，也不会增加房屋负荷。在夏季遮挡建筑部分墙面，降低建筑物得热率，降低空调耗能；在冬季，对建筑有一定保温作用，并能利用所产热空气为室内供暖，大大降低建筑能耗，打造“低碳建筑”。

热空气和热水双项热能输出形式，同时满足人们日常生产生活用热水及取暖、除湿、通风要求；还可应用于农作物烘干，例如对水果及烟草进行干燥；所产热能可作为热泵、溴化锂制冷机组的低温热源等，应用范围更加广泛。

本发明在国家政策的鼓励下提供优越的建筑应用型太阳能产品的同时，其具备的优异的性价比，必将成为百姓用得起、房地产商乐意接受的新能源产品。整个装置包含的集成优化技术也将引领整个太阳能光热利用技术的发展！

本发明并不局限于所述的实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神即公开范围内，仍可作一些修正或改变，故本发明的权利保护范围以权利要求书限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种聚光太阳能双热联产装置，其特征在于，其包括双项热能收集组件以及固定所述双项热能收集组件的框体；

其中，所述双项热能收集组件包括透光基板、集热板、工作流体收集管、热空气收集管、环境空气进口、热空气出口、工作流体进口管、工作流体出口管以及连接管；所述集热板与透光基板通过HCEVA热压成一体；所述工作流体收集管通过焊接或导热胶与集热板固定；所述工作流体收集管下端与工作流体进口管密封固定，上端与工作流体出口管密封固定。

2.根据权利要求1所述的一种聚光太阳能双热联产装置，其特征在于，所述集热板上喷涂有太阳能吸热涂层，所述热空气收集管与集热板固定，其两端密封并开孔，采用连接管连接；所述环境空气进口与热空气收集管一端密封固定，热空气出口与热空气收集管另一端密封固定；工作流体收集管及热空气收集管管内装填有工作流体。

3.根据权利要求1或2所述的一种聚光太阳能双热联产装置，其特征在于，所述框体包括边框、密封胶、菲涅尔聚光盖板、绝热限位块、吸附剂储条、保温层、底板、吸风器或排风机。

4.根据权利要求3所述的一种聚光太阳能双热联产装置，其特征在于，所述聚光太阳能双热联产装置还包括辅助控制器件，所述辅助控制器件包括电磁调控档栅，固定在环境空气进口或环境空气总进口管上。

5.根据权利要求3所述的一种聚光太阳能双热联产装置，其特征在于，所述边框内部涂有绝热保温涂层；组合好的双项热能收集组件两边嵌有绝热限位块，并通过边框固定；所述环境空气进口、热空气出口设置在边框或底板上；框体上设有工作流体进口管、工作流体出口管、环境空气进口、热空气出口的引出孔；所述绝热限位块采用工程塑料、陶瓷材料或其他低热导、高强度、耐磨损且高温下不易变形的材料制成。

6.根据权利要求3所述的一种聚光太阳能双热联产装置，其特征在于，所述边框上部挤压有密封胶，与菲涅尔聚光盖板成胶凝密封；上、下两层盖板间形成中空腔体，吸附剂储条设置在腔体内部的框体上；所述保温层安装在双项热能收集组件与底板中间；所述底板固定在边框上；吸风器或排风机设置在热空气出口或热空气总出口管上。

7.根据权利要求3所述的一种聚光太阳能双热联产装置，其特征在于，所述的热空气收集管为圆管、方管、扁管或其他异型金属管；热空气收集管的出口与另一根热空气收集管的进口用连接管连接，形成S型工作流体走道。

8.根据权利要求3所述的一种聚光太阳能双热联产装置，其特征在于，所述的工作流体收集管采用防锈铝合金挤压成型，工作流体收集管为圆管，方管，扁管及其他异型管，并与基座一次成型；或采用B7传热铜合金，不锈钢焊接制成管板状；所述工作流体收集管和热空气收集管通过一次性挤压成型于一体。

9.根据权利要求3所述的一种聚光太阳能双热联产装置，其特征在于，所述的透光基板为市售高硼硅3.3平板玻璃、PC透光板、增透平板钢化玻璃或其他低铁透光材料。

10.根据权利要求3所述的一种聚光太阳能双热联产装置，其特征在于，所述的工作流体收集管的工作流体为水、市售Z-Z超导介质、低温导热油或在低温30℃～40℃时可以气化的超导液；所述集热空气通道管内工作流体为环境空气。

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