专利名称：太阳能集热器及其所应用的太阳能热水器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光-热转换设备，特别涉及一种太阳能热水器 的集热器。本实用新型还涉及一种太阳能热水器。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，太阳能热水器在日常生活中的应用越 来越广泛。
太阳能集热器是太阳能热水器的关键设备，其作用是尽可能充分 地吸收太阳能，并将其传递给流经其中的循环水。
请参考图1,图1为现有技术中一种典型太阳能集热器的结构示 意图。
现有技术中一种典型的太阳能集热器1包括用来收集太阳能并将其转化为水的内能的集热芯11,集热芯11设置于外壳体12中。外壳 体12可以由铁皮制成，主要包括侧壁121、顶壁122以及底壁123。 外壳体12的顶壁122具有一开口 ，该开口中设置透光4反13，以-使太 阳光可以穿过该透光板13照射集热芯11。集热芯11与外壳体12之 间的空腔中设有保温材料，以避免热量散失。太阳能集热器l还设有 进水管15和出水管16,并通过进水管15和出水管16连接入太阳能 热水器的循环管路中。
然而，上述现有技术中的太阳能集热器1的热损失较大、热效率 较低。其原因主要在于
首先，透光板13的保温性能较差。
众所周知，热量传播的主要方式包括热传导、热对流以及热辐射； 太阳能集热器1中热量损失的主要方式是热传导以及热对流。
现有技术主要通过由保温材料形成的保温层来隔断集热芯11与 壳体12之间的热传导，但是，集热芯11与透光板13之间由于透光的 要求无法设置保温材料，因此热量容易自透光板13散失至大气中。
上述热量散失的具体方式通常是热量由集热芯11与透光板13之间的空气以热对流的方式传递给透光+反13的下表面，然后再以热传 导的方式通过透光板13传递至室外大气。 其次，外壳体12的密封性能较差。
如前所述，太阳能集热器1中热量损失的主要方式是热传导以及 热对流，现有技术对热传导的危害已经有了较为深入的认识，但是， 现有技术对热对流所带来危害的重视程度尚不足，很少采取避免对流 换热的措施。
现有技术中外壳体12与透光板13所形成的腔体(即集热芯11 所在的腔体)的密封性普遍较差，外壳体12的侧壁121、顶壁122以 及底壁123的连接部位通常都具有较宽的缝隙，而太阳能集热器1通 常设置于室外特别是房顶；因此，上述腔体内外的空气容易产生对流， 集热芯11以热对流的方式向室外空气散发热量的现象十分严重，在有 风时该问题尤为突出，这直接导致太阳能集热器1的热效率较低。
再者，现有技术中的透光板1通常采用玻璃制成，由于玻璃的传 热系数较大而透光率却较低，太阳能集热器1的热效率进一步降低。 此外，玻璃的比重较大，透光板l的重量因此较重，搬运较为不便。
综上所述，如何减小太阳能集热器中热量的散失进而提高其热效 率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种太阳能集热器，其散失的热量较 少、热效率较高。本实用新型的另一目的是提供一种具有较高热效率 的太阳能热水器。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种太阳能集热器，包括 设置于外壳体中的集热芯，所述外壳体自底面和侧面包围所述集热芯， 且两者之间的间隙中填充保温材料；所述集热芯的顶部i殳有与所述外 壳体固定连接的透光板；所述透光板包括相平行的顶4反和底板，两者 具有适当的间距。
优选地，所述顶板和底板之间进一步设有支撑板。
优选地，所述顶板和底板间距的范围为3mm至9mm。优选地，所述顶板和底^1间距的范围为5mm至7mm。 优选地，所述透光板与所述外壳体紧密连接，两者所形成的空间 与外界气密封。
优选地，所述透光板与所述集热芯间距的范围为22mm至38mm。 优选地，所述透光板与所述集热芯间距的范围为28mm至32mm。 优选地，所述顶板、底板和支撑板均为透光的聚石友酸酯板。 优选地，所述保温材料为聚氨酯。
本实用新型还提供一种太阳能热水器，包括上述任一项所述的太 阳能集热器。
相对上述背景技术，本实用新型所提供的太阳能集热器的透光板 包括顶板和底板，所述顶板和底板之间因此可以形成空气层。众所周 知，气体的传热系数通常显著低于固体，因此内部设置空气层之后， 所述透光板整体的传热系数将显著降低，通过所述透光板向大气传导 的热量将大幅减少，太阳能集热器以及太阳能热水器的效率因此将得 到提高。
作为本实用新型的一种改进，可以将太阳能集热器的透光板与外 壳体紧密连接，进而使两者所形成的空间与外界气密封。这样，所述 集热芯周围的空气将完全与外界大气相隔离，即使室外风速较大所述 集热芯也能避免通过热对流的方式向大气中散失热量，因此太阳能集 热器以及太阳能热水器的效率将进一步提高。
作为本实用新型的另一改进，可以将太阳能集热器的透光板与集 热芯间距的范围i殳置为22mm至38mm;所述透光板与集热芯的间距 决定了两者之间空气层的厚度。空气层过厚，空气容易在所述集热芯 与透光板之间产生对流，所述集热芯的热量因此容易以热对流的方式 传递至所述透光板；空气层过薄，空气容易达到较高的温度，所述集 热芯的热量容易以热传导的方式传递至所述透光板。本实用新型将所 述透光板与集热芯之间空气层厚度的范围设为22mm至38mm,能够 同时有效地抑制上述热传导和热对流，所述集热芯的热损失将进一步 降低、太阳能集热器以及太阳能热水器的效率将进一步提高。
图1为现有技术中一种典型太阳能集热器的结构示意图； 图2为本实用新型所提供太阳能集热器一种具体实施方式
的结构 示意图3为本实用新型所提供集热芯一种具体实施方式
的结构示意
图4为本实用新型所提供透光板一种具体实施方式
的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型核心是提供一种太阳能集热器，其散失的热量较少、 热效率较高。本实用新型的另 一 核心是提供 一 种具有较高热效率的太 阳能热水器。
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合 附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
请参考图2以及图3，图2为本实用新型所提供太阳能集热器一 种具体实施方式
的结构示意图，图3为本实用新型所提供集热芯一种具体实施方式
的结构示意图。
在一种具体实施方式
中，本实用新型所提供的太阳能集热器2的 核心部件是集热芯21，集热芯21通常包括直接吸收太阳光的集热板 211,以及大体与集热板211相平行的底板213,集热板211与底板213 之间设有水流管道212,水流管道212通过进水管25和出水管26连 接入太阳能热水器的循环管路中。
集热板211通常由导热性较好的金属材料(比如铝合金)制得， 其朝阳面还可以涂抹光谱选择性吸收涂料，以尽可能充分地将太阳能 转化为集热板211的内能。
水流管道212固定连4妄于集热板211的背光面，通常选用铜管以 <更于导热，水流管道212与集热板211之间的热阻应当尽可能的小。
底板213的基本作用是固定水流管道212，并增加集热芯21整体 的强度，因此除了适当的强度之外，对其并无其他特殊要求。本具体实施方式
中，本实用新型所提供的太阳能集热器2还包括
外壳体22。
外壳体22大体包括侧壁221、底壁222以及顶壁223,因此，外 壳体22可以自底面和侧面将集热芯21包围；位于集热芯21顶面的是 外壳体22的顶壁223,但顶壁223仅为一框架，其中心部位具有一腔 体，以便在其中设置透光板23;透光板23通常通过顶壁223与外壳体 22固定连接。
外壳体22与集热芯21之间具有腔体，其中填充常规的保温材料， 从而形成自侧面和底面将集热芯21包围的保温层，进而隔断了集热芯 21与外壳体22之间的热传导，以提高太阳能集热器2以及太阳能热 水器的热效率。
上述保温材料建议选用聚氨酯，并且建议上述保温层通过在外壳 体22中现场整体发泡形成，以便上述聚氨酯可以密实地填充于外壳体 22与集热芯21之间的腔体中。
显然，由于透光的需要，透光板23与集热芯21之间不能填充所 述保温材料；为了有效避免热量通过透光板23向外散发，本实用新型 特别对透光板23的结构进行了改进。
请参考图4，图4为本实用新型所提供透光板一种具体实施方式的结构示意图。
在一种具体实施方式
中，本实用新型所提供的透光板23具体包 括顶板231以及底板232，两者大体相平行，且具有适当的间距H。
显然，顶板231以及底板232均应当由透光材料制得；建i义选用 聚碳酸酯板制造顶板231以及底板232。
聚碳酸酯板的传热系数较低，集热芯21的热量因此不易散发； 再者，聚碳酸酯板的透光率较高，可以更加充分地利用太阳光；此外， 聚碳酸酯板的密度较小、重量较轻，有利于方便搬运操作以及降低物 流成本。
为了提高透光板23的强度，可以进一步在顶板231与底板232 之间设置支撑板233;支撑板233还有利于保持顶板231与底板232的间距。图4中的支撑板233垂直于顶板231以及底板232,但是， 支撑板233也可以不垂直于上述两者。
显然，支撑板233也应当选用透光材料，其材料最好与顶板231 以及底板232的材料相同。此外，支撑板233的作用也可以通过支撑 柱等部件实现。
本实用新型所提供的太阳能集热器2的透光板23包括顶板231 和底板232，顶板231和底232之间因此可以形成空气层，该空气层 的传热系数通常显著低于顶板231和底板232。因此，内部设置上述 空气层之后，透光板23整体的传热系数将显著降低，通过透光板23 向大气传导的热量将大幅减少，太阳能集热器2以及太阳能热水器的 效率因此将得到提高。
可以进一步将顶板231和底板232的间距H的范围i殳置为3mm 至9mm。
如果顶板231和底板232之间的空气层在垂直于顶^反231和底板 232的方向上产生明显的流动，对流换热现象将比较明显，顶板23的 隔热效果将受到不利影响；因此，顶板231和底板232的间距H不宜 过大。另一方面，如果上述间距H过小则难以实现通过增加空气层来 隔热的目的。
将顶板231和底板232的间距H的范围i殳置为3mm至9mm可以 有效地平衡上述两因素；特别是在上述间距H的范围为5mm至7mm 的情况下，既能实现有效隔热，又能避免顶寺反231和底板232之间的 空气出现明显的对流换热。
可以在上述具体实施方式
的基础上对太阳能集热器2进行其他改进。
在另一种具体实施方式
中，本实用新型所提供的太阳能集热器2 同样具有外壳体22、设置于外壳体22中的集热芯21、以及与外壳体 22固定连接并具有空气层的透光板23等部件。
不同之处在于，透光板23与外壳体22系紧密连接，从而使两者 所形成的空间(即集热芯21所在的腔体)与外界气密封。外壳体22的侧壁221、底壁222以及顶壁223相连接的位置显然 都应保持气密封，顶壁223与透光板23连接的部位也应当保持气密封； 可以通过胶黏剂将透光板23与顶壁223粘结于一体。
由于透光板23与外壳体22紧密地连接，集热芯21周围的空气 将完全与外界大气相隔离，即使室外风速较大集热芯21周围的空气也 不会与大气进行对流换热，因此可以避免通过热对流的方式向大气中 散失热量，太阳能集热器2以及太阳能热水器的效率将得到进一步的 提高。
在集热芯21周围的空气将完全与外界大气相隔离的情况下，可 以进一步调整透光板23与集热芯21的间距，进而调整两者之间空气 层的厚度。
透光板23与集热芯21之间的空气层过厚，空气容易在集热芯21 与透光板23之间产生对流，集热芯21的热量因此容易以热对流的方 式传递至透光板23;上述空气层过薄，空气容易达到较高的温度，集 热芯21的热量容易以热传导的方式传递至透光板23。
将透光板23与集热芯21之间空气层厚度(也即透光板23与集 热芯21间距)的范围设为22mm至38mm，能够同时有效地抑制上述 热传导和热对流，集热芯21的热损失将进一步降低、太阳能集热器2 以及太阳能热水器的效率将进一步提高。
将上述空气层厚度范围为设28mm至32mm的情况下，上述技术 效果尤为明显。
本实用新型所提供的太阳能热水器包括上述任意一种太阳能集 热器，其具体结构本文不再赘述。
以上对本实用新型所提供的太阳能集热器以及太阳能热水器进 行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方 式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方 法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改 进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求1、一种太阳能集热器，包括设置于外壳体中的集热芯，所述外壳体自底面和侧面包围所述集热芯，且两者之间的间隙中填充保温材料；所述集热芯的顶部设有与所述外壳体固定连接的透光板；其特征在于，所述透光板包括相平行的顶板和底板，两者具有适当的间距。
2、 如权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述顶板 和底板之间进一步设有支撑板。
3、 如权利要求2所述的太阳能集热器，其特征在于，所述顶板 和底板间3巨的范围为3mm至9mm。
4、 如权利要求3所述的太阳能集热器，其特征在于，所述顶板 和底板间距的范围为5mm至7mm。
5、 如权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述透光 板与所述外壳体紧密连接，两者所形成的空间与外界气密封。
6、 如权利要求5所述的太阳能集热器，其特征在于，所述透光 板与所述集热芯间距的范围为22mm至38mm。
7、 如权利要求6所述的太阳能集热器，其特征在于，所述透光 板与所述集热芯间距的范围为28mm至32mm。
8、 如权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述顶板、 底板和支撑板均为透光的聚碳酸酯板。
9、 如权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述保温 材料为聚氨酯。
10、 一种太阳能热水器，其特征在于，包括如权利要求1至9任 一项所述的太阳能集热器。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能集热器，包括设置于外壳体中的集热芯，所述外壳体自底面和侧面包围所述集热芯，且两者之间的间隙中填充保温材料；所述集热芯的顶部设有与所述外壳体固定连接的透光板；所述透光板包括相平行的顶板和底板，两者具有适当的间距，从而在两者之间形成一空气层。本实用新型还公开了一种包括上述太阳能集热器的太阳能热水器。设置上述空气层之后，所述透光板整体的传热系数将显著降低，通过所述透光板向大气传导的热量将大幅减少，太阳能集热器以及太阳能热水器的效率因此将得到提高。
文档编号F24J2/46GK201229080SQ20082010514
公开日2009年4月29日 申请日期2008年4月28日 优先权日2008年4月28日
发明者周奇迪, 唐玉敏 申请人:宁波晟唐基业科能电器有限公司