CN101144655A - 一种热管式太阳能集热管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热管式太阳能集热管，它是由外套管和内热管组成，所述内热管是由吸热部分和放热部分一体构成，内热管的吸热部分设于外套管内，所述内热管的吸热部分的横截面为圆弧形的设有中空内腔的双层结构，内热管的放热部分卡固于外套管外，且内热管和外套管相卡固连接处为密封连接，内热管设于外套管内的外壁与外套管内管腔壁之间是真空状态，内热管的吸热部分的外表面镀有太阳能吸收涂层，内热管内腔装设有导热介质；本发明节省原料和能源，热效率高，热启动快，不会爆管，冬天不会冻裂管适用地域广，长期使用热转换率不会衰减且安全性能高。

Description

一种热管式太阳能集热管
技术领域
本发明涉及一种热管式太阳能集热管。
背景技术
目前，太阳能集热管使用最多的是双层玻璃单真空内走水式集热管，因其技术产生时间早，且成本较低的特点而被广泛使用，但其缺点较多：如热利用率低，浪费水资源，易产生水垢；且一旦产生水垢会导致集热管效率大幅下降，冷热不均易爆管，寒冷冬天易冻裂，安全性差等。针对这些缺点，九十年代至今，引入了热管原理，相对应的技术有：双真空玻璃热管式，真空玻璃金属热管式，双层玻璃单真空+金属热管式。带金属热管式的后两项技术已初步形成产业化，但其缺点是成本太高，每台高出700-1200元，占用了大量铜资源；双真空玻璃热管价格便宜但因无法解决热工质充分利用的难题，经过一段时间的试生产和试用不得不下马。因此，发明一种价格与双层玻璃单真空内走水式集热管相当的热管式太阳能集热管意义特别重大，那么热管式太阳能集热管应该是突破口。
现有的双真空玻璃热管式集热管为保证太阳光线的采集效果，采用的是圆管外镀涂层的方式，而用圆管方式因其圆腔空间大，根本无法将少量的导热介质快速充分加热，即使导热介质能快速充分加热，因放热部分的体积仅占整个空腔体积的十分之一弱，根本无法将热量高效率地传递给水箱中的水。而已有技术要缩小吸热部分的空腔则对太阳光线的采集能力将大幅度下降，如果增加导热介质的量，会因为加热膨胀而发生爆管现象。从以上可以看出，如何在保证采光能力的基础上，减少吸热部分空腔体积，将是玻璃热管产业化的技术关键。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种节省原料和能源，热效率高，热启动快，不会爆管，冬天不会冻裂管适用地域广，长期使用热转换率不会衰减且安全性能高的热管式太阳能集热管。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种热管式太阳能集热管，它是由外套管和内热管组成，所述内热管是由吸热部分和放热部分一体构成，内热管的吸热部分设于外套管内，所述内热管的吸热部分的横截面为圆弧形的设有中空内腔的双层结构，内热管的放热部分卡固于外套管外，且内热管和外套管相卡固连接处为密封连接，内热管设于外套管内的外壁与外套管内管腔壁之间是真空状态，内热管的吸热部分的外表面镀有太阳能吸收涂层，内热管内腔装设有导热介质。
在所述内热管的吸热部分的横截面为圆弧形的设有中空内腔的双层结构上，设有中空的横截面为圆弧形的内腔。
在所述内热管的吸热部分的横截面为圆弧形的设有中空内腔的双层结构上，设有中空的横截面为圆形、方形、月牙形、三角形、矩形、梅花形、心形、多边形或波浪形的内腔。
所述内热管的吸热部分的横截面可以为中空的圆弧形内腔与中空的圆形、方形、月牙形、三角形、矩形、梅花形、心形、多边形或波浪形的内腔的结合。
所述内热管的材质是玻璃、塑料、金属铜、金属钢、金属锌或铝合金。
所述导热介质是气-液相变的导热介质，还可以是复合无机超导热介质。
所述内热管的吸热部分内腔表面可以是镀有太阳能吸收涂层。
所述内热管的放热部分的外表面可以是镀有防垢导热涂层
所述内热管的放热部分的内腔横截面的形状是园形、椭圆形或圆弧形。
所述内热管的吸热部分的双层圆弧结构内壁间距离为0.01-15mm。
所述内热管的放热部分的长度为至少5cm。
所述外套管的横截面的形状是圆形、椭圆形或园弧形。
由于本发明关键部分内热管的吸热部分采用的为设有中空内腔的双层圆弧结构，采用该结构有以下好处：
a.采集面积和采集效率与目前最通用的圆管方式基本相同。
从采集面积而论，相同半径的双圆弧形和圆管方式基本一致；而从采集效率来说，双圆弧形比圆管方式效率还要高，因为圆弧形在光线进入后的反射光可以被二次甚至三次吸收，尤其是太阳光最强时，吸收效果更好；
b.双圆弧形结构能使导热介质在上下圆弧内壁之间与上下圆弧内壁直接接触，太阳能能直接高效率地加热导热介质，使之受热激化，从而保证了太阳能的有效传递；
c.因双圆弧形的内腔占有空间很少，热管的大部分空腔在放热部分，这样使得带有太阳能能量的导热介质大部分在放热部分中，从而能有效的将太阳能传递给水箱中的水。
使用本发明的上述方案，使太阳能热水器在以下几个方面与现有技术对比中，具有下述优势：
I.与目前最大量使用的双层玻璃单真空内走水式集热管相比：
(1).价格相当；
(2).节水30-80公斤/台，按全国现有的使用量2000万台计算，全国每年节水达100-150万吨；
(3).现有技术加热80升水箱水量，其中集热管内还需要30-50升水，整个所吸收太阳能的有效利用率仅为60-70％，而本发明因为集热管内无水，有效利用率大为提高，热启动快；
(4).现有技术易爆管，寒冷冬天易冻裂，本发明无此缺点，适合在寒冷地区使用，且四季通用；
(5).现有技术因需要集热管管内走水，易结垢和堆积水中杂质，结垢后热转换效率大幅度降低，本发明无此缺点；
(6).现有技术安全性能低，一根集热管损坏则整个热水器瘫痪，本发明无此缺点。
IT.与金属热管相比
(1).热利用率相当：
(2).现有技术金属热管的价格每台比双层玻璃单真空内走水式集热管高出700-1200元，本发明因其成本低，更适合大范围推广；
(3).现有技术金属热管每根铜重约0.26-0.3公斤，每台热水器金属热管总重约5-7公斤，按年产1000万台，就需要5-7万吨稀有贵金属紫铜，本发明使用的是玻璃，原材料广泛易得，为国家节省大量的铜资源。
本发明节省原料和能源，热效率高，热启动快，不会爆管，冬天不会冻裂管适用地域广，长期使用热转换率不会衰减且安全性能高。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明侧视图；
图3是图2的A-A向剖面图；
图4是本发明的内热管吸热部分实施例2部分结构示意图；
图5是本发明的内热管吸热部分实施例3部分结构示意图；
图6是本发明的内热管放热部分实施例3部分结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1-3所示，一种热管式太阳能集热管，它是由外套管1和内热管2组成，所述内热管2是由吸热部分21和放热部分22一体构成，内热管2的吸热部分21设于外套管1内，所述内热管2的吸热部分21的横截面为圆弧形的设有中空内腔的双层结构，内热管2的放热部分22卡固于外套管1外，且内热管2和外套管1相卡固连接处为密封连接，内热管2设于外套管1内的外壁与外套管1内管腔壁之间是真空状态，内热管2的吸热部分21的外表面镀有太阳能吸收涂层23，内热管2内腔装设有导热介质24。
在所述内热管2的吸热部分21的横截面为圆弧形的设有中空内腔的双层结构上，设有中空的横截面为圆弧形的内腔211。
所述内热管2的材质是玻璃。
所述导热介质24是气-液相变的导热介质。
所述内热管2的放热部分22的内腔横截面的形状是园形。
所述内热管2的吸热部分21的横截面为圆弧形的设有中空内腔的双层结构内壁间距离为8mm。
所述内热管2的放热部分22的长度为30cm。
所述外套管1的横截面的形状是圆形。
实施例2
参见图4所示，一种热管式太阳能集热管，其与实施例1不同之处在于：
在所述内热管2的吸热部分21的横截面为圆弧形的设有中空内腔的双层结构上，设有中空的横截面为圆形的内腔211。
所述内热管2的吸热部分21的横截面为圆弧形的设有中空内腔的双层结构内壁间距离为0.1mm。
所述内热管2的放热部分22的长度为5cm。
所述内热管2的放热部分22的内腔横截面的形状是圆弧形。
所述外套管1的横截面的形状是园弧形。
实施例3
参见图5-6所示，一种热管式太阳能集热管，其与实施例1不同之处在于：
所述内热管2的吸热部分21的横截面可以为中空的圆弧形内腔与中空的圆形的内腔的结合。
所述内热管2的材质是塑料。
所述导热介质24是复合无机超导热介质。
所述内热管2的吸热部分21内腔表面是镀有太阳能吸收涂层24。
所述内热管2的放热部分22的外表面是镀有防垢导热涂层25。
所述内热管2的吸热部分21的横截面为圆弧形的设有中空内腔的双层结构内壁间距离为3mm。
所述内热管2的放热部分22的长度为20cm。

Claims (9)

1.一种热管式太阳能集热管，其特征在于：它是由外套管和内热管组成，所述内热管是由吸热部分和放热部分一体构成，内热管的吸热部分设于外套管内，所述内热管的吸热部分的横截面为圆弧形的设有中空内腔的双层结构，内热管的放热部分卡固于外套管外，且内热管和外套管相卡固连接处为密封连接，内热管设于外套管内的外壁与外套管内管腔壁之间是真空状态，内热管的吸热部分的外表面镀有太阳能吸收涂层，内热管内腔装设有导热介质。
2.根据权利要求1所述的一种热管式太阳能集热管，其特征在于：在所述内热管的吸热部分的横截面为圆弧形的设有中空内腔的双层结构上，设有中空的横截面为圆弧形的内腔。
3.根据权利要求1所述的一种热管式太阳能集热管，其特征在于：在所述内热管的吸热部分的横截面为圆弧形的设有中空内腔的双层结构上，设有中空的横截面为圆形、方形、月牙形、三角形、矩形、梅花形、心形、多边形或波浪形的内腔。
4.根据权利要求2或3所述的一种热管式太阳能集热管，其特征在于：所述内热管的吸热部分的横截面可以为中空的圆弧形内腔与中空的圆形、方形、月牙形、三角形、矩形、梅花形、心形、多边形或波浪形的内腔的结合。
5.根据权利要求1所述的一种热管式太阳能集热管，其特征在于：所述内热管的材质是玻璃、塑料、金属铜、金属钢、金属锌或铝合金。
6.根据权利要求1所述的一种热管式太阳能集热管，其特征在于：所述导热介质是气-液相变的导热介质，还可以是复合无机超导热介质。
7.根据权利要求1所述的一种热管式太阳能集热管，其特征在于：所述内热管的吸热部分内腔表面可以是镀有太阳能吸收涂层。
8.根据权利要求1所述的一种热管式太阳能集热管，其特征在于：所述内热管的放热部分的外表面可以是镀有防垢导热涂层。
9.根据权利要求1所述的一种热管式太阳能集热管，其特征在于：所述内热管的放热部分的内腔横截面的形状是园形、椭圆形或圆弧形，所述外套管的横截面的形状是圆形、椭圆形或园弧形。
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