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平板太阳能集热器结构及选材特点分析

2011/7/28/10:21来源:中国太阳能网

    平板型太阳能集热器是太阳能低温热利用的基本部件,也一直是世界太阳能市场的主导产品。平板型集热器已广泛应用于生活用水加热、游泳池加热、工业用水加热、建筑物采暖与空调等诸多领域。用平板型太阳能集热器部件组成的热水器即平板太阳能热水器。平板型太阳能集热器主要由吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成(如图1)。

图1 平板型集热器结构示意图

图1 平板型集热器结构示意图

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  当平板型太阳能集热器工作时,太阳辐射穿过透明盖板后,投射在吸热板上,被吸热板吸收并转换成热能,然后将热量传递给吸热板内的传热工质,使传热工质的温度升高,作为集热器的有用能量输出。

  一、吸热板

  吸热板是平板型太阳能集热器内吸收太阳辐射能并向传热工质传递热量的部件,其基本上是平板形状。

  1.吸热板的结构形式

  在平板形状的吸热板上,通常都布置有排管和集管。排管是指吸热板纵向排列并构成流体通道的部件;集管是指吸热板上下两端横向连接若干根排管并构成流体通道的部件。吸热板的材料种类很多,有铜、铝合金、铜铝复合、不锈钢、镀锌钢、塑料、橡胶等。吸热板有如下主要结构形式(如图2)。

图2 吸热板结构形式示意图

图2 吸热板结构形式示意图

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  (1)管板式。管板式吸热板是将排管与平板以一定的结合方式连接构成吸热条带(如图2a),然后再与上下集管焊接成吸热板。这是目前国内外使用比较普遍的吸热板结构类型。

管板式吸热板

管板式吸热板

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  (2)翼管式。翼管式吸热板是利用模子挤压拉伸工艺制成金属管两侧连有翼片的吸热条带(如图2b),然后再与上下集管焊接成吸热板。吸热板材料一般采用铝合金。翼管式吸热板的优点:热效率高,管子和平板是一体,无结合热阻;耐压能力强,铝合金管可以承受较高的压力。缺点:水质不易保证,铝合金会被腐蚀;材料用量大,工艺要求管壁和翼片都有较大的厚度;动态特性差,吸热板有较大的热容量。

翼管式吸热板

翼管式吸热板

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  (3)扁盒式。扁盒式吸热板是将两块金属板分别模压成型,然后再焊接成一体构成吸热板(如图2c),吸热板材料可采用不锈钢、铝合金、镀锌钢等。通常,流体通道之间采用点焊工艺,吸热板四周采用滚焊工艺。扁盒式吸热板的优点:热效率高,管子和平板是一体,无结合热阻;不需要焊接集管,流体通道和集管采用一次模压成型。缺点:焊接工艺难度大,容易出现焊接穿透或者焊接不牢的问题;耐压能力差,焊点不能承受较高的压力;动态特性差,流体通道的横截面大,吸热板有较大的热容量;有时水质不易保证,铝合金和镀锌钢都会被腐蚀。

  (4)蛇管式。蛇管式吸热板是将金属管弯曲成蛇形(如图2d),然后再与平板焊接构成吸热板。这种结构类型在国外使用较多。吸热板材料一般采用铜,焊接工艺可采用高频焊接或超声焊接。蛇管式吸热板的优点:不需要另外焊接集管,减少泄漏的可能性;热效率高,无结合热阻;水质清洁,铜管不会被腐蚀;保证质量,整个生产过程实现机械化;耐压能力强,铜管可以承受较高的压力。缺点:流动阻力大,流体通道不是并联而是串联;焊接难度大,焊缝不是直线而是曲线。

蛇管式吸热板

蛇管式吸热板

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