[发明专利]一种集热器及具有该集热器的太阳能热水器

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能领域，尤其涉及一种集热器及具有该集热器的太阳能热水器。 

背景技术

现有的太阳能热水器主要由集热器、储水箱、连接管道、支架及相关附件构成。其中，集热器为太阳能热水器的核心部件，其主要功能为吸收太阳能并将太阳能转化为热能。集热器包括：吸热芯板，其吸收太阳能并将热能传递给水流，其主要材料为铜、铝合金、不锈钢或者镀锌板；盖板，其防止热能散失，盖板能透过可见光但不透过远红外线，具有高全光透射比、高抗冲击性以及优良的绝热性能；保温层，其减少集热器向四周环境的散热，要求保温性能好，热导率不大于0.055W/(m＊℃)，常用材料为岩棉、矿棉、酚醛泡沫、聚氨酯发泡塑料等；外壳，其将上述吸热芯片、盖板、保温层组成一个整体，要求具备一定刚度和强度，常用材料为钢板、铝型材、玻璃钢或塑料。 

通过上述描述可知，现有技术中的太阳能热水器，真正起到吸收太阳能将太阳能转化为热能的器件只有金属材料的吸热芯板。然而，金属材料对光具有一定的反射，使得光的部分能量散失，从而影响了其转化太阳能的效率。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种集热器及具有该集热器的太阳能热水器。 

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种集热器，其包括：热芯板、盖板以及外壳，所述吸热芯板由多个超材料片层叠加而成，所述每一超 材料片层包括基材以及周期排布于基材上的人造金属微结构，当可见光通过所述吸热芯板时，所述吸热芯板的相对介电常数和相对磁导率相等。 

进一步地，所述吸热芯板由至少5层超材料片层叠加而成。 

进一步地，所述吸热芯片基材两相对侧表面一侧表面上附着有第一人造金属微结构，另一侧表面上附着有与所述第一人造金属微结构一一对应的第二人造金属微结构；所述第一人造金属微结构包括相互垂直而连接成“十”字形的两个第一金属分支，分别连接在所述第一金属分支两端且垂直于所述第一金属分支的第二金属分支；所述第二人造金属微结构由一边具有缺口的四边形状的第三金属分支构成。 

进一步地，所述吸热芯片基材两相对侧表面的至少一侧表面上附着有人造金属微结构，所述人造金属微结构包括第一金属分支，所述第一金属分支构成一边具有缺口的四边形状；一端设于该缺口相对的四边形边上并向该缺口延伸且突出该缺口的第二金属分支；垂直于所述第二金属分支另一端的第三金属分支。 

进一步地，所述吸热芯片基材中周期排布的人造金属微结构由三个相同的平面拓扑结构在三维空间共中心点两两垂直相交而成。 

进一步地，所述平面拓扑结构包括相互垂直相交呈“十”字形的两条第一金属分支；分别连接于该两条第一金属分支两端、长度小于该第一金属分支并垂直于该第一金属分支的四条第二金属分支；从该第二金属分支两端向内延伸的八条第三金属分支；一边具有缺口并设置于该四条第二金属分支围成的平面内的四边形状的第四金属分支，该第四金属分支的四边长度小于该第二金属分支且具有该缺口的一边不与该第一金属分支相交，其他三边均与该第一金属分支相交。 

进一步地，所述基材为高分子聚合物、陶瓷、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料。 

进一步地，所述人造金属微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻、 离子刻、斜角沉积法排布于所述基材上。 

进一步地，所述人造金属微结构的材质为铜或者银。 

本发明还提供一种太阳能热水器，所述太阳能热水器集成有上述的集热器。 

本发明利用超材料原理制成集热器中的吸热芯板，无需采用常规的金属制成吸热芯板，摆脱了金属材质自身必然会对入射光产生反射的限制。本发明集热器对入射光基本零反射，并能高效吸收入射到集热器内部的光线，吸热效果更好。 

附图说明

图1为构成超材料的基本单元的立体结构示意图； 

图2a为本发明一种集热器第一较佳实施例中附着于吸热芯板基材一侧表面的第一人造金属微结构拓扑示意图； 

图2b为本发明一种集热器第一较佳实施例中附着于吸热芯板基材另一侧表面的第二人造金属微结构拓扑示意图； 

图3为本发明一种集热器第二较佳实施例中附着于吸热芯板基材上人造金属微结构拓扑示意图； 

图4为图3所示人造金属微结构响应电磁场的等效拓扑示意图； 

图5为本发明一种集热器第三较佳实施例中附着于吸热芯板基材中人造金属微结构拓扑示意图；