CN101256034A - 热管式真空集热管 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能领域，公开了一种热管式真空集热管，包括表面设有太阳能吸收层的热管，所述热管外设有玻璃管，所述玻璃管一端开口，所述玻璃管与热管之间为真空层，所述真空层间可以设有吸气剂以更好地保证真空层的真空度，所述热管的上部设有冷却套管，所述冷却套管上设有进液口和出液口，所述热管的中部通过封接件与玻璃管口密封连接，在所述封接处的外部设有防护罩，所述防护罩的一端与玻璃管配合，另一端与热管紧密配合，所述热管下部为三层复合结构，底层为复合材料层，复合材料层外设有金属层，在金属层外为太阳能吸收层。复合材料层可以选择碳纤维复合材料或者玻璃纤维复合材料制造，和工质的相容性提高，不易产生不凝性气体。

Description

热管式真空集热管
技术领域
本发明涉及一种太阳能集热管，特别涉及一种热管式真空集热管。
背景技术
真空集热管是一种太阳能热利用领域的核心器件，其主要功能是将太阳能转化为热能。热管是一种高效传热元件，具有效率高、安全性能好等特点。将热管技术与真空集热管有机结合，制成可应用于中、高温热利用场所的热管式金属-玻璃真空集热管，可以提高真空集热管传热和安全性能。目前市场上使用的热管式真空集热管，热管壳体为金属，在玻璃管与金属热管之间采用可伐合金连接。这种集热管结构解决了膨胀系数的差异问题，在实践中已有一定的应用。
检索发现，申请号为01141781.1的中国专利申请公开了一种热管式太阳能真空集热管，其端盖可以套装在全玻璃真空管上面，也可以插接在真空管内，再用胶粘剂封固，端盖上部有一尾管可以排气和注液，真空管内充填以相变工质。专利号为ZL 00101464.1的中国专利公开了一种真空集热管，其特点是通过连接套管下部台阶的内孔与全玻璃真空集热管的口部密封连接，其上部台阶的内孔与金属长管的下端口部密封连接。此外，申请号为02289924.3的中国实用新型专利公开了一种设置有可伐密封环的热管真空集热管，它是在可伐端盖与玻璃管法兰之间设置有一个带弯边的可伐密封环，可伐密封环弯边压入并封接于玻璃管法兰内，可伐端盖与可伐密封环直接进行焊接密封。以上关于热管真空集热管的封接结构的改进，在不同程度上改善了气密性，避免了产生慢性漏气，延长了热管集热管的使用寿命，基本可以满足日常太阳能热水器之类的中低温使用场合。
但实践证明，上述金属与玻璃之间的封接较为困难，即使采用可伐合金过渡封接，时间长或受热后仍易漏气甚至破裂。另外，金属热管内易产生不凝性气体，导致性能下降，寿命缩短。
发明内容
为了解决现有技术存在的金属与玻璃的封接困难，管内易产生不凝性气体的缺点，本发明提出了一种热管式真空集热管，采用复合材料为壳体的热管，更易与玻璃封接，不易产生不凝性气体的。
本发明的技术方案为一种热管式真空集热管，包括表面设有太阳能吸收层的热管，所述热管外设有玻璃管，所述玻璃管一端开口，所述玻璃管与热管之间为真空层，所述真空层间可以设有吸气剂以更好地保证真空层的真空度，所述热管的上部设有冷却套管，所述冷却套管上设有进液口和出液口，所述热管的中部通过封接件与玻璃管口密封连接，在所述封接处的外部设有防护罩，所述防护罩的一端与玻璃管配合，另一端与热管紧密配合，所述热管下部为三层复合结构，底层为复合材料层，复合材料层外设有金属层，在金属层外为太阳能吸收层。复合材料层可以选择碳纤维复合材料或者玻璃纤维复合材料制造。所述的金属层可以采用直接在复合材料制造的热管表面镀铜或者镀铝的方式，然后再在所镀的铜、碳钢、不锈钢或者铝表面涂敷太阳能吸收层。这样处理过的复合材料管的致密性大大提高，金属粒子可以很好的填充复合材料中的空隙，可以更好的保证管子的真空度。而且复合材料制成的的热管，复合材料和管内的工质的相容性提高，在热管内不易产生不凝性气体。所述的热管式真空集热管，还可以在所述的热管下部装有自定心支撑，借助自定心支撑的辅助支撑作用，可以消除热变形差异产生的应力，对封接处起到所需的应力缓解保护作用，延长集热管的寿命。所述的热管式真空集热管，在所述的热管上还可以设有翅片，翅片上设有太阳能吸收层，翅片可以是一字型、十字型或者螺旋型的，在热管下部带有表面涂覆太阳能吸收涂层的翅片，可以在不增大整体体积的情况下，显著增大吸热面积，提高吸热效率。
本发明的有益效果为：1.由于热管由复合材料构成，热管与玻璃管之间的封接是采用复合材料与玻璃之间的封接方式相比原来的金属和玻璃的封接要容易的多，密封效果也要好的多，更能保证集热管的真空度。
2.成本低，易加工成型。本发明采用复合材料作为热管的壳体材料，相比金属而言成本较低；复合材料为壳体的热管和管内的工质的相容性提高，不易产生不凝性气体而影响热管的寿命，且更易加工成所需要的形状。
3.在复合材料外设有金属层大大的提高了复合材料管表面的致密性，能够更好的保证真空度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本实用新型实施例1的结构示意图。
图中1是热管、2是冷却套管、3冷却介质、4是法兰、5是封接件、6是玻璃管、7是真空层、8是太阳能吸收层、9是自定心支撑、10是保护罩、11是翅片。
图2是本发明实施例2的结构示意图。
图3是图1的A向局部视图。
图4是图1的B-B剖视图。
图5是本发明实施例3的结构示意图。
图6是本发明实施例4的结构示意图。
图7是图5的C-C剖视图。
图8是本发明实施例5的结构示意图。
图9是本发明实施例6的结构示意图。
图10是图9的E-E剖视图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的热管式真空集热管如图1所示，一端封闭的玻璃管6中设有中下部表面涂覆太阳能吸收层8的热管1。该热管1的上部设有冷却套管2，冷却套管2上设有进液口和出液口。热管1中部通过封接件5与玻璃管6密封封接。玻璃管6与热管1之间形成真空层7，真空层7内可以放置有吸气剂以更好地保证真空度。封接件5上方的热管段固定防护罩10的上盘，玻璃管6与防护罩下盘配合，防护罩10的下盘周边可以制有向上翻边，该翻边与上盘焊接固定，构成防护罩，遮住玻璃管与热管的连接缝，以便更好的保护连接缝，延长集热管的使用寿命。为了消除热变形差异对封接处的应力，热管1的下部还可以装有自定心支撑9，如图3和图4所示，起到使热管在玻璃管中心定位的辅助支撑作用。该自定心支撑9可以是由圆弧支撑座、弹性撑片、抵触头构成，圆弧支撑座的圆弧半径与热管1外径相配，固定在热管1外，弹性撑片由圆弧支撑座上向两侧伸展，通过端部的抵触头抵靠在玻璃管6内定位。组装时，支撑件两件一组，分别固定在热管1两侧对称处。热管1可以用碳纤维或者玻璃纤维复合材料来制造。碳纤维或者玻璃纤维更易加工成型，成本低，且复合材料制造的热管不易产生不凝性气体而影响热管的寿命；更易与玻璃等材料密封。为了保证管子的真空度，可以在复合材料管子的外面再镀一层金属铜、碳钢、不锈钢或者铝，这样金属粒子可以很好的填充复合材料管表面的空隙，提高管子的致密性，保证管子的真空度。
工作时，太阳光透过玻璃管6和真空层7，照射在涂有太阳能吸收层8的热管1的加热段上，太阳能吸收层8涂覆在热管1的中下部，太阳光被太阳能吸收层8表面吸收后，加热热管1管内的工质，管内工质汽化后升至热管1的冷却段，将热量传递给热管1上部的冷却套管2中的冷却介质3。热管1的冷却段内蒸汽冷凝后，回到热管1的加热段重新循环使用。从而实现了由太阳能转变为热能的过程，达到了利用太阳能制备热水、热气体，产生蒸汽、高温气体进行发电、海水淡化、热利用等目的。
实施例2
本实施例的热管式真空集热管如图2所示，与实施例1的结构基本相同，不同之处在于热管1的中部直接插装在法兰4的中心孔中密封，该法兰4的中心孔与热管1密封连接，并通过封接件5与玻璃管密封连接。这样更有利于保护封接处，且成本更经济。
实施例3
本实施例的热管式真空集热管如图5所示，与实施例1的结构基本相同，不同之处在于热管下部还设有翅片11，翅片11表面涂覆有太阳能吸收层8，翅片的截面可以是如图7所示的十字型翅片，也可以为一字型翅片，翅片的设置更好的增大了太阳能的有效吸收面积，更有利于吸收太阳能，可以有效的减小热管1的直径，减轻整个集热管的重量，更易于安装。
实施例4
本实施例的复合材料热管式真空集热管如图6所示，与实施例2的结构基本相同，不同之处在于热管下部有截面如图7所示的翅片11，因此更有利于吸收太阳光。
实施例5
本实施例的复合材料热管式真空集热管如图8所示，与实施例2的结构基本相同，不同之处在于热管下部有截面如图10所示的螺旋型翅片11，因此可以吸收更多太阳光。
实施例6
本实施例的复合材料热管式真空集热管如图9所示，与实施例1的结构基本相同，不同之处在于热管下部有截面如图10所示的螺旋翅片11，因此可以吸收更多太阳光。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种热管式真空集热管，包括表面设有太阳能吸收层的热管，所述热管外设有玻璃管，所述玻璃管一端开口，所述玻璃管与热管之间为真空层，所述热管的上部设有冷却套管，所述冷却套管上设有进液口和出液口，所述热管的中部通过封接件与玻璃管口密封连接，在所述封接处的外部设有防护罩，所述防护罩的一端与玻璃管配合，另一端与热管紧密配合，其特征在于：所述热管下部为三层复合结构，底层为复合材料层，复合材料层外设有金属层，在金属层外为太阳能吸收层。
2.如权利要求1所述的热管式真空集热管，其特征在于所述复合材料层为碳纤维复合材料层。
3.如权利要求1所述的热管式真空集热管，其特征在于所述复合材料层为玻璃纤维复合材料层。
4.如权利要求1所述的热管式真空集热管，其特征在于所述的金属层为铜、铝、碳钢或者不锈钢。
5.如权利要求1所述的热管式真空集热管，其特征在于在所述的热管下部装有自定心支撑。
6.如权利要求1所述的热管式真空集热管，其特征在于在所述的热管上还设有翅片，翅片上设有太阳能吸收层。
7.如权利要求6所述的热管式真空集热管，其特征在于所述的翅片为螺旋型。
8.如权利要求6所述的热管式真空集热管，其特征在于所述的翅片为一字型。
9.如权利要求6所述的热管式真空集热管，其特征在于所述的翅片为十字型。
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