金屬薄板光熱設備及太陽能光熱建築一體化外貼面模塊的製作方法

2023-06-02 00:48:26 3

金屬薄板光熱設備及太陽能光熱建築一體化外貼面模塊的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種金屬薄板光熱設備，是由平面金屬薄板和波紋金屬薄板通過全密封焊接構成；所述金屬薄板光熱設備內部設置有一個換熱介質穩流通道，所述的兩片平行設置的金屬薄板包括設置於上層的；本實用新型還公開了一種太陽能光熱建築一體化外貼面模塊，包括金屬薄板結構光熱設備、保溫層、龍骨架和防水板。本實用新型的光熱建築一體化外貼面模塊具有結構緊湊、傳熱效率高、壓損小、重量輕巧、裝飾性強、安裝靈活、承壓性高、抗凍、耐腐蝕、使用壽命長以及低成本等特點，可根據各種建築的形式及特點，選擇貼面模塊的尺寸、形狀、色調及紋理圖案等，達到兩者真正有效的結合，增加建築節能效果，廣泛適用於城市中高層建築及工業廠房等太陽能集熱場合。
【專利說明】金屬薄板光熱設備及太陽能光熱建築一體化外貼面模塊

【技術領域】
[0001]本實用新型同時屬於中低溫太陽能光熱【技術領域】和建築行業，涉及一種金屬薄板光熱設備，還涉及一種基於金屬薄板光熱設備的新型太陽能光熱建築一體化外貼面模塊。

【背景技術】
[0002]太陽能光熱建築一體化技術是將太陽能光熱設備與建築有機結合，利用太陽能光熱模塊替代傳統建築的覆蓋層，使太陽能轉化為熱能，為用戶提供熱水、採暖及空調等用途。該技術既消除了太陽能對建築物形象的影響，又避免了重複投資，降低了成本，是未來太陽能開發利用的重要方向。
[0003]目前國內太陽能與建築相結合的主要安裝方式通常為直接安裝式和建築構件式。
[0004](I)直接安裝式即通常將太陽能光熱設備單獨懸掛於建築外牆或者外置於樓頂屋面，如坡形屋面平鋪式、平屋面安裝式、陽臺式安裝或壁掛式等。該傳統的建築思想將太陽能光熱設備僅作為建築附加物，破壞建築物主體美觀造型，且安裝方式受限於建築類型，光熱設備無法真正與建築融為一體。目前大多數的太陽能光熱設備採用該方式與建築相結口 ο
[0005](2)建築構件式安裝是將太陽能光熱設備變成建築某個部分的構件，是真正意義上的太陽能光熱建築一體化技術，其包括陽臺嵌入式、天窗式、幕牆式、牆壁立面/屋面覆蓋式等，從而形成真正與建築融為一體的太陽能集熱系統。
[0006]目前國內可實現建築構件式安裝的主要太陽能光熱產品為平板型和真空管集熱器。
[0007](I)傳統的平板型光熱設備因矩形幾何結構優勢，易與建築圍護結構相結合。但是該光熱設備與建築結合樣式有限，僅僅局限於某些建築平面規則安裝，在某些建築曲面情況下無法完美貼合建築本身布局和造型。此外，平板型光熱設備在尺寸、幾何形狀、表面顏色及紋理等方面的選擇性非常小，在絕大多數情況下均不能滿足建築美觀需求，因此其實際建築一體化推行的力度並不理想。
[0008](2)傳統的真空管光熱設備受限於自身圓柱幾何結構，與建築一體化的樣式更是有限，僅在陽臺、窗戶或遮陽棚等建築外圍護位置可以使用。此外真空管價格較高，且易破碎，不適合建築一體化。
[0009]以上分析充分說明，目前市面上的太陽能光熱設備還未能與建築完美結合。因此研發一種幾何形式靈活、高能效、標準化、系列化、配套化的太陽能光熱建築一體化模塊勢在必行。解決這一根本問題的關鍵在於要使太陽能光熱設備真正成為建築的局部部件，可根據各種建築的形式及特點，選擇光熱設備的尺寸、形狀、色調及紋理圖案等，達到兩者真正有效的結合。此外需通過提高集熱效率、減少流道壓力損失等多種措施來綜合提高太陽能集熱系統的熱效率。通過對系統合理的配置，簡化系統設置，減少不必要的運轉機械和控制裝置，降低不必要的運轉、輔助加熱耗能及運轉維護費用等，以降低後期管理費用和集熱成本，使整個集熱系統更適合於城市中高層建築及工業廠房的安裝。經檢索相關文獻，未發現與本實用新型技術方案相同的太陽能光熱建築一體化外貼面模塊。
實用新型內容
[0010]本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單、幾何形狀靈活、裝飾性強、傳熱效率高、流道壓損小的金屬薄板結構光熱設備。
[0011]為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案為:一種金屬薄板光熱設備，其創新點在於:由兩片平行設置的金屬薄板通過全密封焊接構成；所述金屬薄板光熱設備內部設置有一個換熱介質穩流通道；
[0012]所述的兩片平行設置的金屬薄板包括設置於上層的平面金屬薄板和設置於下層的波紋金屬薄板；所述平面金屬薄板表面鍍制有選擇性吸熱塗層，平面金屬薄板外表面設置有至少一個與換熱介質流道連通的工質進口和至少一個與換熱介質流道連通的工質出口 ；所述波紋金屬薄板內側表面衝壓成型導流凸起或凸筋；
[0013]所述金屬薄板光熱設備還設置有至少三個掛耳。
[0014]進一步的，所述平面金屬薄板為矩形、平行四邊形、圓形、橢圓形、三角形、梯形；所述波紋金屬薄板為弧形或波浪形。
[0015]進一步的，所述選擇性吸熱塗層包括氮氧化鈦膜層、黑鉻塗層、陽極氧化塗層、電解鋁彩色塗層。
[0016]進一步的，所述平面金屬薄板表面壓製成樣式各異的紋理圖案。
[0017]進一步的，所述波紋金屬薄板為鼓泡式波紋，波紋金屬薄板的內側面衝壓成型有若干排均勻分布的導向凸起，且相鄰排的導向凸起錯開設置；所述導向凸起的形狀可以為球體、圓柱、圓錐、多面體。
[0018]進一步的，所述波紋金屬薄板為直條形波紋，波紋金屬薄板的內側面自進液側向出液側衝壓成型有若干相互平行設置的直條形導流凸筋，且所述相鄰排導流凸筋的流道口錯開設置。
[0019]進一步的，出液側衝壓成型有若干相互平行設置的人字形導流凸筋，所述相鄰排導流凸筋的流道口錯開設置。
[0020]本實用新型的另一目的在於提供一種太陽能光熱建築一體化模塊，來替代建築物的表面覆蓋層，實現真正的太陽能與建築完美結合，降低太陽能熱利用成本，擴大其應用範圍，其創新點在於:包括依次由前至後平行且重疊設置的金屬薄板光熱設備、保溫層、防水板和龍骨架；
[0021]所述防水板表面具有規則雨水導流凹槽；
[0022]所述龍骨架背部通過自攻螺栓穿透防水板與建築圍護結構固定，前部通過自攻螺栓穿透保溫層與金屬薄板光熱設備掛耳連接固定。
[0023]進一步的，所述防水板為整體式無焊縫面板；所述龍骨架為U型龍骨，所述防水板和龍骨架彎折為與建築表面緊密貼合的形狀。
[0024]進一步的，所述外貼面模塊通過連接軟管依次串聯或並聯構成換熱陣列。
[0025]本實用新型的有益效果:金屬薄板光熱設備是由互相平行平面金屬薄板和波紋金屬薄板相疊而成，板片之間形成不等截面的紊流通道，通過流道的傳熱工質與光熱設備的塗層表面直接進行熱量交換，減少換熱熱阻，增加總體換熱效率。薄板光熱設備全密封焊接而成,承壓性能高。板內多處並聯流動阻力小、壓損小。金屬板片由雷射切割而成，可根據建築表面尺寸要求形成標準化、系列化的模塊。此外，金屬板片可根據不同的建築美觀需求，衝壓成各種幾何形狀，並在板片表面鍍有各式的顏色和圖案，以達到太陽能光熱與建築真正有效結合。
[0026]波紋板片通常由厚度為0.5?3_的不鏽鋼、鋁合金、銅等薄板衝制而成，可以任意定製規格尺寸，並壓製成各種幾何形狀。板片表面可根據建築裝飾需求噴塗各種顏色和圖案。金屬薄板光熱設備換熱係數高、壓損小、高承壓、耐腐蝕，且生產工藝簡單，標準生產化程度高，成本低廉。通過使用各種不同形式的磨具可將金屬薄板壓成形狀各異的波紋，並在波紋板片的兩個角上開有四個角孔，作為工作介質的進出口通道。金屬薄板的波紋形式主要有人字形波紋、直條波紋、橫直波紋和鼓泡型等。這些波紋設計構成了複雜的流道，使得工作介質在波紋板間流道內呈旋轉三維流動，能在較低的雷諾數下產生紊流，所以該結構的傳熱係數較高。兩個薄板片採用全焊接工藝密封工藝焊接而成(如雷射焊)，不採用任何非金屬密封材料，因而有較高的耐溫、耐壓性能，可適用的工作溫度和壓力範圍非常廣泛。金屬薄板片至少含有三個掛耳，通過自攻螺栓與龍骨架固定。
[0027]保溫材料能夠減少金屬薄板式換熱器向四周環境散失熱量，以提高組件的集熱效率。保溫材料需要導熱係數小、防潮、有一定的硬度等特點，厚度一般為3-5釐米。常用的保溫材料有聚苯乙烯、聚氨脂等。保溫材料可根據工作介質不同的進出口管徑進行開孔。
[0028]龍骨架為U型龍骨，可根據建築需求彎折成各種幾何形狀，與建築表面完美貼合。
[0029]防水板可保證當該建築外貼面模塊作為建築覆蓋層時，自動將雨水導流至排水槽，保證建築免受雨水衝擊的影響。防水板可根據建築需求彎折成各種幾何形狀，與建築表面完美貼合。
[0030]與常規建築相比，光熱建築一體化外貼面能夠減少建築牆體得熱和散熱，從而降低室內的冷負荷和冬季室內採暖負荷，提高了建築節能效果。
[0031]金屬薄板光熱建築一體化外貼面模塊具有結構緊湊、傳熱效率高、壓損小、重量輕巧、裝飾性強、安裝靈活、承壓性高、抗凍、耐腐蝕、使用壽命長以及低成本等特點。可根據各種建築的形式及特點，選擇貼面模塊的尺寸、形狀、色調及圖案等，達到兩者真正有效的結合，增加建築節能效果，廣泛適用於城市中高層建築及工業廠房等太陽能集熱場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為金屬薄板光熱建築一體化外貼面與建築相結合的三維不意圖。
[0033]圖2為金屬薄板光熱建築一體化外貼面的三維組裝示意圖。
[0034]圖3為金屬薄板光熱設備的正面示意圖。
[0035]圖4為金屬薄板光熱設備的反面示意圖。
[0036]圖5為金屬薄板光熱設備橫向剖視圖。
[0037]圖6為金屬薄板光熱設備縱向剖視圖。
[0038]圖7為金屬薄板光熱設備連接示意圖。
[0039]圖8為一種鼓泡式凸起波紋交錯排列的金屬薄板光熱設備三維示意圖。
[0040]圖9為一種鼓泡式凸起波紋交錯排列的金屬薄板光熱設備平面圖。
[0041]圖10為幾何尺寸各異的金屬薄板光熱設備。
[0042]圖11為花紋樣式各異的金屬薄板光熱設備。
[0043]圖12為另一花紋樣式各異的金屬薄板光熱設備。
[0044]圖13為圓形金屬薄板光熱設備。
[0045]圖14為三角形金屬薄板光熱設備。
[0046]圖15為平行四邊形金屬薄板光熱設備。
[0047]圖16為梯形金屬薄板光熱設備。
[0048]圖17為菱形金屬薄板光熱設備。
[0049]圖18為多邊形金屬薄板光熱設備。
[0050]圖19為矩形平板狀金屬薄板光熱設備。
[0051]圖20為雙波峰曲面金屬薄板光熱設備。
[0052]圖21為弧形金屬薄板光熱設備。
[0053]圖22為單波峰曲面金屬薄板光熱設備。
[0054]圖23為一種凸筋波紋呈直條的金屬薄板式換熱器正面圖:垂直平行流道。
[0055]圖24 —種凸筋波紋呈直條的金屬薄板式換熱器正面圖:水平曲折流道
[0056]圖25 —種凸筋波紋呈人字形直條的金屬薄板式換熱器正面圖:人字形流道
[0057]圖26金屬薄板光熱建築一體化外貼面聯接方式示意圖:垂直串聯。
[0058]圖27金屬薄板光熱建築一體化外貼面聯接方式示意圖:水平並聯。

【具體實施方式】
[0059]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型的技術方案作詳細說明。
[0060]請參閱圖1-6，本實用新型揭示了一種可與建築圍護結構I完美結合的波紋金屬薄板式光熱建築一體化外貼面2，包括依次由前至後平行且重疊設置的金屬薄板光熱設備
3、保溫層31、龍骨架30和防水板29。在實際安裝過程中，龍骨架30背部通過自攻螺栓穿透防水板與建築圍護結構I固定，前部通過自攻螺栓穿透保溫層31與金屬薄板光熱設備3的掛耳4連接固定。防水板29為整體式無焊縫面板，表面具有規則雨水導流凹槽。
[0061]金屬薄板光熱設備3由太陽能吸熱塗層12、平面金屬薄板7和波紋金屬薄板10依次由上到下重疊設置而成。為能形成紊流通道8，提高金屬薄板光熱設備3的集熱效率，其金屬薄板光熱設備3的兩片金屬薄板中，一片為無波紋的平面金屬薄板10，另一片為在內側表面衝壓成型出導流凸起9的波紋金屬薄板7。金屬薄板體上下左右均含有掛耳4，並通過自攻螺栓與龍骨架30固定。傳熱工質的進口 6和出口 5開孔位置分別位於平面金屬薄板10的下部和上部邊緣。金屬薄板光熱設備3中的有吸熱塗層12面向太陽，背部緊貼保溫層31，通過連接軟管11依次串聯或並聯構成換熱陣列。
[0062]本實用新型中的金屬薄板光熱設備3整體不採用任何非金屬密封材料；波紋板片由厚度為0.5?3_的不鏽鋼、鋁、鈦、鑰等薄板衝制而成，可以任意根據建築圍護結構的幾何尺寸定製，並通過使用不同形式的磨具壓成形狀各異的波紋。
[0063]圖10-22揭示了金屬薄板光熱設備3在幾何尺寸、形狀、色調及紋理圖案方面的選擇性。金屬薄板光熱設備3可為系列化的標準尺寸，亦可根據建築具體尺寸進行剪裁。通過噴塗不同的選擇性吸熱塗層12，金屬薄板光熱設備3表面可呈現不同的顏色。金屬薄板光熱設備3平面金屬薄板10的表面可壓制樣式各異的紋理圖案13。金屬薄板光熱設備3可為平板狀或曲面狀，其中平板狀可為矩形、圓形14、三角形15、平行四邊形16、梯形17、菱形18、六邊形19以及其他不規則幾何形狀；曲面狀可為雙波峰曲面20、弧形21、單波峰曲面22以及其他不規則幾何曲面形狀。
[0064]本技術人員應當了解，這裡波紋狀薄板7的紋路僅僅是示意性的，不是局限性的。如圖23-25所示，波紋狀薄板為的紋路也可以是直條形波紋，具體為:波紋狀薄板7的內側面衝壓成型有若干相互平行設置的直條形導流凸筋23，且相鄰排導流凸筋的流道口或平行設置或錯開設置，這裡的直條形導流凸筋可以根據安裝需求平行或垂直設置。該具有垂直或平行直條形導流凸筋的波紋狀薄板7與無波紋平面薄板10焊接後形成換熱介質紊流通道24或換熱介質紊流通道25或換熱介質紊流通道26。
[0065]波紋狀薄板7也可以為人字形波紋，具體為:波紋狀薄板7的內側面衝壓成型有若干相互平行設置的人字形導流凸筋27，相鄰排導流凸筋的流道口錯開設置，進而形成換熱介質紊流通道28。
[0066]波紋金屬薄板式光熱建築一體化外貼面2可通過連接管件依次串聯或者並聯構成換熱陣列。圖26和圖27給出了波紋金屬薄板式光熱建築一體化外貼面模塊陣列的垂直串聯和水平並聯的聯接方式，其通過使用標準的管路連接件11連接構成換熱矩陣。
[0067]波紋金屬薄板式光熱建築一體化外貼面的工作原理簡述為:當太陽投射在波紋金屬薄板光熱設備上，絕大部分能量被光熱設備吸收並轉換成熱能(少部分能量以熱量或者光反射等形式損失掉)，然後將熱量傳遞給光熱設備內的傳熱工質，使傳熱工質的溫度升高，作為外貼面模塊的有效能量輸出。此為太陽能光熱領域的公知技術，這裡不再贅述。
【權利要求】
1.金屬薄板光熱設備，其特徵在於:由兩片平行設置的金屬薄板通過全密封焊接構成；所述金屬薄板光熱設備內部設置有換熱介質穩流通道； 所述兩片平行設置的金屬薄板包括設置於上層的平面金屬薄板和設置於下層的波紋金屬薄板；所述平面金屬薄板表面鍍制有選擇性吸熱塗層，其外表面設置有至少一個與換熱介質流道連通的工質進口和至少一個與換熱介質流道連通的工質出口 ；所述波紋金屬薄板內側表面衝壓成型有導流凸起或凸筋； 所述金屬薄板光熱設備還設置有至少三個掛耳。
2.根據權利要求1所述的金屬薄板光熱設備，其特徵在於:所述金屬薄板光熱設備為平面狀或曲面狀，平面狀金屬薄板光熱設備的形狀為矩形、平行四邊形、圓形、橢圓形、三角形、梯形；曲面狀金屬薄板光熱設備的形狀為弧形或波浪形。
3.根據權利要求1所述的金屬薄板光熱設備，其特徵在於:所述選擇性吸熱塗層包括氮氧化鈦膜層、黑鉻塗層、陽極氧化塗層、電解鋁彩色塗層。
4.根據權利要求1所述的金屬薄板光熱設備，其特徵在於:所述平面金屬薄板表面壓製成樣式各異的紋理圖案。
5.根據權利要求1所述的金屬薄板光熱設備，其特徵在於:所述波紋金屬薄板為鼓泡式波紋，波紋金屬薄板的內側面衝壓成型有若干排均勻分布的導向凸起，且相鄰排的導向凸起錯開設置；所述導向凸起的形狀可以為球體、圓柱、圓錐、多面體。
6.根據權利要求1所述的金屬薄板光熱設備，其特徵在於:所述波紋金屬薄板為直條形波紋，波紋金屬薄板的內側面自進液側向出液側衝壓成型有若干相互平行設置的直條形導流凸筋，且所述相鄰排導流凸筋的流道口錯開設置。
7.根據權利要求1所述的金屬薄板光熱設備，其特徵在於:所述波紋金屬薄板為人字形波紋，波紋金屬薄板的內側面自進液側向出液側衝壓成型有若干相互平行設置的人字形導流凸筋，所述相鄰排導流凸筋的流道口錯開設置。
8.一種太陽能光熱建築一體化外貼面模塊，其特徵在於:包括依次由前至後平行且重疊設置的如權利要求1所述的金屬薄板光熱設備、保溫層、防水板和龍骨架； 所述防水板表面具有規則雨水導流凹槽； 所述龍骨架背部通過自攻螺栓穿透防水板與建築圍護結構固定，前部通過自攻螺栓穿透保溫層與金屬薄板光熱設備掛耳連接固定。
9.根據權利要求8所述的太陽能光熱建築一體化外貼面模塊，其特徵在於:所述防水板為整體式無焊縫面板；所述龍骨架為U型龍骨，所述防水板和龍骨架彎折為與建築表面緊密貼合的形狀。
10.根據權利要求8所述的太陽能光熱建築一體化外貼面模塊，其特徵在於:所述外貼面模塊通過連接軟管依次串聯或並聯構成換熱陣列。
【文檔編號】E04D13/18GK203961157SQ201420059178
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年2月8日 優先權日:2014年2月8日
【發明者】張行星, 許鷹, 徐吉浣 申請人:南通星昀能源科技有限公司