基本介紹
- 中文名：集熱板
- 外文名：Collector plate
- 別稱：吸收板、集熱體、受熱板
- 特點：導熱率高，光能轉化熱能
- 套用：太能能集熱器
- 理論基礎：光學與熱力學
集熱板的技術要求,集熱板的結構型式,集熱板上的塗層,集熱板的材料,
集熱板的技術要求
根據集熱板的功能及工程套用的需求，對集熱板有以下主要技術要求：
(1)太陽吸收率高，可以最大限度地吸收太陽輻射能；
(2)熱傳遞性能好，產生的熱量可以最大限度地傳遞給傳熱工質；
(3)與傳熱工質的相容性好，不會被傳熱工質腐蝕；
(4)具有一定的承壓能力，便於將集熱器與其他部件連線組成太陽能系統；
(5)加工工藝簡單，便於批量生產及推廣套用。
集熱板的結構型式
在平板形狀的吸熱板上，通常都布置有排管和集管。排管是指吸熱板縱向排列並構成流體通道的部件；集管是指集熱板上下兩端橫向連線若干根排管並構成流體通道的部件。
1)管板式
管板式吸熱板是將排管與平板以一定的結合方式連線構成吸熱條帶，如圖所示，然後再與上下集管焊接成吸熱板。這是目前國內外使用比較普遍的吸熱板結構類型。
吸熱板結構型式示意圖排管與平板的結合有多種方式，主要有熱碾壓吹脹、高頻焊接、超聲焊接等。北京市太陽能研究所於1986年從加拿大引進了一條具有國際先進水平的銅鋁複合太陽條生產線，使我國平板集熱器技術跨上一個新的台階。之後，該項技術先後輻射到瀋陽、煙臺、，“州、昆明、蘭州等地，在全國又相繼建立起十幾條銅鋁複合太陽條生產線。該項技術是將一根銅管置於兩條鋁板之間熱碾壓在一起，然後再用高壓空氣將它吹脹成型。銅鋁複合板芯的優點是：
(1)熱效率高，熱碾壓使銅管和鋁板之間達到冶金結合，無結合熱阻；
(2)水質清潔，太陽條接觸水的部分是銅材，不會被腐蝕；
(3)保證質量，整個生產過程實現機械化，使產品質量得以保證；
(4)耐壓能力強，太陽條是用高壓空氣吹脹成型。
近年來，全銅吸熱板正在我國逐步興起，它是將銅管和銅板通過高頻焊接或超聲焊接工藝而連線在一起。全銅吸熱板具有銅鋁複合太陽條的所有優點：
(1)熱效率高，無結合熱阻；
(2)水質清潔，銅管不會被腐蝕；
(3)保證質量，整個生產過程實現機械化；
(4)耐壓能力強，銅管可以承受較高的壓力。
2)翼管式
翼管式吸熱板是利用模子擠壓拉伸工藝製成金屬管兩側連有翼片的吸熱條帶，然後再與上下集管焊接成吸熱板。吸熱板材料一般採用鋁合金。翼管式吸熱板的優點是：
(1)熱效率高，管子和平板是一體的，無結合熱阻；
(2)耐壓能力強，鋁合金管可以承受較高的壓力。
缺點是：
(1)水質不易保證，鋁合金會被腐蝕；
(2)材料用量大，工藝要求管壁和翼片都有較大的厚度；
(3)動態特性差，吸熱板有較大的熱容量。
3)扁盒式
扁盒式吸熱板是將兩塊金屬板分別模壓成型，然後再焊接成一體構成吸熱板。吸熱板材料可採用不鏽鋼、鋁合金、鍍鋅鋼等。通常，流體通道之間採用點焊工藝，吸熱板四周採用滾焊工藝。
扁盒式吸熱板的優點是：
(1)熱效率高，管子和平板是一體的，無結合熱阻；
(2)不需要焊接集管。流體通道和集管採用一次模壓成型。
缺點是：
(1)焊接工藝難度大，容易出現焊接穿透或者焊接不牢的問題；
(2)耐壓能力差，焊點不能承受較高的壓力；
(3)動態特性差，流體通道的橫截面大，吸熱板有較大的熱容量；
(4)有時水質不易保證，鋁合金和鍍鋅鋼都會被腐蝕。
4)蛇管式
蛇管式吸熱板是將金屬管彎曲成蛇形，然後再與平板焊接構成吸熱板。這種結構類型在國外使用較多。吸熱板材料一般採用銅，焊接工藝可採用高頻焊接或超聲焊接。
蛇管式吸熱板的優點是：
(1)不需要另外焊接集管，減少泄漏的可能性；
(2)熱效率高，無結合熱阻；
(3)水質清潔，銅管不會被腐蝕；
(4)保證質量，整個生產過程實現機械化；
(5)耐壓能力強，銅管可以承受較高的壓力。
缺點是：
(1)流動阻力大，流體通道不是並聯而是串聯；
(2)焊接難度大，焊縫不是直線而是曲線。
集熱板上的塗層
為使集熱板最大限度地吸收太陽輻射能並將其轉換成熱能，在集熱板上應覆蓋有深色的塗層，該塗層稱為太陽能吸收塗層。太陽能吸收塗層可分為兩大類：非選擇性吸收塗層和選擇性吸收塗層。非選擇性吸收塗層是指其光學特性與輻射波長無關的吸收塗層；選擇性吸收塗層則是指其光學特性隨輻射波長不同有顯著變化的吸收塗層。
1)電鍍塗層
(1)黑鉻塗層
黑鉻塗層的吸收率α和發射率ε分別為0.93～0.97和0.07～0.15，α/ε為6～13，具有優良的光譜選擇性。黑鉻塗層的熱穩定性和抗高溫性能也很好，適用於高溫條件，在300℃能長期穩定工作。此外，黑鉻塗層還具有較好的耐候性和耐蝕性。但是，現在採用的電鍍黑鉻工藝，電流密度大(15～200A/dm2)，溶液導電性差，電鍍時會產生大量的焦耳熱，需要冷卻和通風排氣才能維持正常生產。另外，黑鉻鍍在非銅件上，需要先預鍍銅，再鍍光亮鎳，最後鍍黑鉻，生產成本較高。
(2)黑鎳塗層
黑鎳塗層的吸收率α可達0.93～0.96，熱發射率ε為0.08～0.15，α/ε接近6～12，其吸收性能較好。黑鎳塗層很薄，為了提高塗層與基體的結合力和耐蝕性，常採用中間塗層(如Ni、Cu、Cd)或雙層鎳塗層。由於黑鎳塗層的熱穩定性、耐蝕性較差，通常只適用於低溫太陽能熱利用。
(3)黑鈷塗層
黑鈷塗層的主要成分是CoS，具有蜂窩形網狀結構，其吸收率α可達0.94～0.96，發射率ε為0.12～0.14，α/ε為6.7～8。
2)電化學表面轉化塗層
(1)鋁陽極氧化塗層
鋁及鋁合金的陽極氧化可在硫酸介質中進行，但在太陽能熱利用中．主要用磷酸介質。鋁氧化塗層著色有多種工藝，其中電解著色工藝獲得的塗層具有牢固、穩定、耐曬的優良特性．並且可進行大規模生產。鋁陽極氧化塗層是一種多孔膜，孔隙率達22%，電解著色時金屬易沉積在微孔中。用於電解著色的金屬鹽類有鎳鹽、錫鹽、鈷鹽和銅鹽等。鋁陽極氧化塗層耐蝕、耐磨和耐光照等性能也相當好，在太陽熱水器中已得到廣泛套用。
(2)CuO轉化塗層
以陽極氧化法製取的CuO轉化塗層，NaOH電解液的濃度為1mol/L，電流密度為2mA/cm2，溫度為50～57℃。塗層的吸收率可達0.88～0.95，法向發射率為0.15～0.30。這種CuO塗層有一層黑色絨面，若保護不好，則會導致吸收率的降低。
3)真空鍍塗層
可以採用真空蒸發和磁控濺射技術製備選擇吸收性能優良的塗層，但後者的設備比較簡單，工藝控制方便，容易在大面積上獲得均勻一致的塗層。國內生產的全玻璃真空集熱管和高檔平板集熱器吸熱板都採用磁控濺射技術製備吸收塗層。
集熱板的材料
(1)集管和支管採用TP2銅
TP2銅(磷脫氧銅)是熔鰓高純度的原材料，把熔化銅中產生的氧氣用親氧性的磷(P)脫氧，使其氧含量降低到100×10-6以下，從而提高其延展性、耐蝕性、熱傳導性、焊接性和抽拉加工性，在高溫中也不發生氫脆現象。
(2)條帶(整板)採用銅或鋁
TUl無氧紫銅(標準見GB/T 5231—2001)特性及適用範圍：氧和雜質含量極低，純度高，導電、導熱性極好，延展性極好，透氣率低，無“氫病”或極少“氫病”；加工性能、焊接性能和耐蝕耐寒性均好。
