CN101551168B - 压力式内聚光热管集热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压力式内聚光集热器，由压力式密封装置、联箱10、外玻璃管5、内玻璃管4、CPC聚光装置6、热管1、纳米导热浆层7以及端盖3组成；热管1同轴穿过压力式密封装置，外玻璃管5和内玻璃管4的开口处相互封接，外玻璃管5和内玻璃管4的夹层之间设有CPC聚光装置6，热管1置于内玻璃管4内部并且与内玻璃管4同轴布置，热管1外壁与内玻璃管4内壁之间充装纳米导热浆层7，外玻璃管5和内玻璃管4之间的空腔抽成真空或充入惰性气体，内玻璃管4置于CPC聚光装置6的聚焦处，管口处设有端盖3。本发明具有成本较低、更高的集热温度、更强的承压能力和可靠性更高等优点，使得集热器在民用和工业领域具有更广泛的适应性。
Description
技术领域
本发明涉及一种热管集热器，特别涉及一种压力式内聚光集热器，属太阳能热利用领域。
背景技术
对于太阳能热水器以及中高温太阳能热利用系统来说，目前的热管真空管式太阳能集热器一般存在以下问题：
1)不采用热管作为吸热元件的(如申请号分别为200510075639.7、200710202123.3的中国专利等)，由于水直接在玻璃管内沿管壁流动，从而使的所产生的水垢直接附着在玻璃管壁面，影响了太阳光线的透射；另外由于玻璃管本身的强度较低，从而使整个集热器承压能力较差。不论这种集热器是否采用聚光装置来提高集热温度，其可靠性都是无法解决的。如申请号为200510086598.1的中国专利所提出的结构，由于采用的是直通式金属管，面临着承压能力或玻璃金属密封的可靠性问题。
2)采用热管作为吸热元件且不聚光的，目前来说主要是将其置于双层玻璃管内，热管两侧加装翅片来提高效率(如申请号为01141781.1的中国专利)。但是，由于太阳能转换成的热能经过一层玻璃管壁的导热，在经过对流和辐射传递给热管，最后通过热管的相变换热传递给工作流体，这个过程与不采用热管的集热器相比，势必降低工作流体的温度。从而使集热器的使用范围受到了很大限制。
3)采用热管作为吸热元件且引入聚光装置的，这种类型的集热器一般是将聚光器和热管同时封装在双层玻璃管的内管内部(如申请号为200510094657.X的中国专利)，这种结构热管和聚光器所处的空间真空度难以保证，若要提高真空度，就带来了热管管壁和玻璃管的封接问题，即金属与玻璃的可靠封接问题，目前来说只有可伐合金材料可以胜任，而这种材料的价格较高，从而提高了集热器的造价，不利于技术的推广。
4)目前的技术中，热管与联箱的连接一般使用内孔为圆柱形的接头底座(如申请号为200510008450.6的中国专利，专利号为ZL200620004190.5的中国专利等提出的密封结构)，这种方式对于常压或低压的热水系统可靠性较高，但对于高压系统来说，其结构形式很容易造成密封不可靠。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述缺陷，设计一种压力式内聚光热管集热器。
本发明的技术方案是：压力式内聚光热管集热器，由压力式密封装置、联箱10、外玻璃管5、内玻璃管4、CPC聚光装置6、热管1、纳米导热浆层7以及端盖3组成，其中：所述热管1同轴穿过压力式密封装置；所述外玻璃管5和内玻璃管4的开口处相互封接，所述外玻璃管5和内玻璃管4的夹层之间设有CPC聚光装置6；所述热管1置于内玻璃管4内部并且与内玻璃管4同轴布置；热管1外壁与内玻璃管4内壁之间充装纳米导热浆层7；所述外玻璃管5和内玻璃管4之间的空腔抽成真空或充入惰性气体；所述内玻璃管4置于CPC聚光装置6的聚焦处，管口处设有端盖3。
优选内玻璃管4的外壁覆有选择性吸收涂层，用以吸收CPC聚光装置聚集的太阳辐射能；内玻璃管4置于CPC聚光装置7的聚焦处(内玻璃管置于CPC聚光器的底部)，热管置于内玻璃管内部并且与内玻璃管同轴布置，热管外壁与内玻璃管内壁之间充装纳米导热浆。所述纳米导热浆层7的纳米导热浆由导热系数大于200W/m·K的粒径10～200纳米的颗粒物与导热液混合而成，体积比1∶1～10∶1，优选纳米的颗粒物为铝粉或铜粉。在外玻璃管和内玻璃管的封接处设有端盖，其作用是将纳米导热浆封装于内玻璃管与热管之间。端盖3中心开孔，用于热管1伸出。所述热管1的冷凝段插入联箱10；处于玻璃管中的热管部分为热管的蒸发段，处于联箱中的热管部分为热管的冷凝段。
当太阳平行光照射到处在双层玻璃管间的CPC聚光装置时，所述CPC聚光装置将太阳光全部反射到内玻璃管的外壁面，通过外壁面所涂覆的选择性吸收涂层将辐射能吸收，使得内玻璃管外壁面温度升高，再依次通过内玻璃管壁、纳米导热浆、热管管壁的导热将热量传递至热管，使得热管正常工作，以相变换热的方式最终将热量传递给联箱内的水。
本发明的进一步方案是：
由于采用了双层玻璃管间内聚光的方案，可以使得集热器实现较高的集热温度，进而使联箱中的压力非常高，这样一来常规的热管-联箱连接方式就不足以实现可靠的密封。必须采用承压能力更高的连接方式。因此，本发明提出了压力式密封装置，所述压力式密封装置由密封基体11、螺纹压盖8、垫片2、填料9组成；所述填料9和垫片2置于热管1与密封基体11之间，所述密封基体11与联箱10焊接，螺纹压盖8的外螺纹与密封基体11的内螺纹紧密配合，所述螺纹压盖8通过螺纹的预紧力压迫垫片2进而压迫填料9实现联箱10与热管1间的密封；所述密封基体11中充装填料9的空腔朝向螺纹压盖8的一端为圆柱形，另一端为圆台形，且圆台的小端朝向联箱10。
密封基体的外壁面与联箱的开孔边缘焊接，其内孔朝向联箱的一端为圆柱形，且内径与热管的外径相同，另一端的内螺纹与螺纹压盖的外螺纹紧密配合，中间形成的空腔中充装填料，填料与螺纹压盖之间放置垫片，充装填料的空腔朝向压盖的一端为圆柱形，另一端为圆台形，且圆台的小端朝向联箱。这种结构与常规密封方式相比，在压盖和垫片压迫填料时，在圆台处将产生更大的形变量，从而达到承受更高压力的目的。
有益效果：
1)采用双层玻璃管之间放置CPC聚光装置、双层玻璃管间抽真空的方式，使得聚光装置的高反射涂层可以长效的处于真空环境中，由于双层玻璃管的封接技术非常成熟，因此提高了集热器的可靠性，与采用可伐合金的集热器相比具有较低的成本。
2)同样由于采用了双层玻璃管封接，且在内玻璃管外壁涂覆选择性吸收涂层的方式，使得选择性吸收涂层也可以长效地处于真空环境中，进一步提高了集热器的可靠性。
3)由于采用了纳米导热浆作为导热介质，依靠其极高的导热系数，可以达到更高的集热温度，使得集热器在民用和工业领域具有更广泛的适应性。
4)由于采用了压力式密封装置，与常规的太阳能热水系统相比，具有更强的承压能力，且可靠性更高。
附图说明：
图1——本发明的结构原理示意图。
图2——本发明的横截面图。
图3——本发明的密封部分详图。
其中：1-热管，2-垫片，3-端盖，4-内玻璃管，5-外玻璃管，6-聚光装置，7-纳米导热浆，8-螺纹压盖，9-填料，10-联箱，11-密封基体.
具体实施方式：
如图1、图2、图3所示，压力式内聚光热管集热器结构包括由密封基体11、螺纹压盖8、垫片2、填料9组成的压力式密封装置、外玻璃管5、内玻璃管4、CPC聚光装置6、热管1以及端盖3。外玻璃管5和内玻璃管4在开口处相互封接，其夹层之间设有CPC聚光装置6，并且抽成真空。CPC聚光装置6的表面采用镀铝工艺使其具有高反射率，用以高效的反射太阳光，内玻璃管4的外壁覆有选择性吸收涂层，用以吸收CPC聚光装置6聚集的太阳辐射能；内玻璃管4置于CPC聚光装置的聚焦处，热管1置于内玻璃管4的内部并且与内玻璃管4同轴布置，热管1外壁与内玻璃管4内壁之间充装纳米导热浆7。
密封基体11的外壁面与联箱10的开孔边缘焊接，其内孔朝向联箱10的一端为圆柱形，且内径与热管1的外径相同，另一端的内螺纹与螺纹压盖8的外螺纹紧密配合，中间形成的空腔中充装填料9，填料9与螺纹压盖8之间放置垫片2，充装填料9的空腔朝向螺纹压盖8的一端为圆柱形，另一端为圆台形，且圆台的小端朝向联箱10。本实施例的压力式密封装置与常规密封方式相比，在螺纹压盖8和垫片2压迫填料9时，在圆台处将产生更大的形变量，从而达到承受更高压力的目的。
本发明的压力式内聚光热管集热器，外玻璃管5和内玻璃管4的封接处设有端盖3，其作用是将纳米导热浆7封装于内玻璃管4与热管1之间。端盖3中心开孔，用于热管1伸出。处于内玻璃管4中的热管部分为热管1的蒸发段，处于联箱9中的热管部分为热管1的冷凝段。
本实施例的压力式内聚光热管集热器在工作时，CPC聚光装置6将太阳光全部反射到内玻璃管4的外壁面，通过内玻璃管4外壁面所涂覆的选择性吸收涂层将辐射能吸收，使得内玻璃管4外壁面温度升高，再依次通过内玻璃管4的管壁、纳米导热浆7、热管1的管壁的导热将热量传递至热管1的内部，使得热管1正常工作，以相变换热的方式最终将热量传递给联箱10内的水。
本实施例的纳米导热浆7为平均粒径50纳米的金属铝颗粒与导热姆A混合而成，体积比例为5∶1，具有极高的导热系数，为集热器的高效集热提供了必要条件，当然，也可为其它纳米级材料混合而成；端盖3为橡皮塞，造价低廉。
本实施例的集热器，外玻璃管5和内玻璃管4的封接技术简单，成本低廉，同时为玻璃管间真空度的保持提供了保障；CPC聚光装置6表面的高反射涂层和内玻璃管4外壁面的选择性吸收涂层均处在这种长效的真空环境中，也为其可靠性和寿命提供了保障。因此，本实施例具有高可靠性、低成本的特点，可以用于民用和工业热水(蒸汽)的生产。
同时，因为本实施例的集热器所产生的热水(蒸汽)温度较高，采用本发明所提出的压力式密封装置具有更好的密封效果，从而实现了高温高压高可靠性的内聚光式太阳能集热系统。
除以上实施例之外，本发明可有多种实施方式，凡在本发明基础上实施的等效替换或类似组合变换均落在本发明要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.压力式内聚光热管集热器，由压力式密封装置、联箱(10)、外玻璃管(5)、内玻璃管(4)、CPC聚光装置(6)、热管(1)、纳米导热浆层(7)以及端盖(3)组成，其中所述热管(1)同轴穿过压力式密封装置；所述外玻璃管(5)和内玻璃管(4)的开口处相互封接，所述外玻璃管(5)和内玻璃管(4)的夹层之间设有CPC聚光装置(6)；所述热管(1)置于内玻璃管(4)内部并且与内玻璃管(4)同轴布置；热管(1)外壁与内玻璃管(4)内壁之间充装纳米导热浆层(7)；所述外玻璃管(5)和内玻璃管(4)之间的空腔抽成真空或充入惰性气体；所述内玻璃管(4)置于CPC聚光装置(6)的聚焦处，管口处设有端盖(3)；其中所述的压力式密封装置由密封基体(11)、螺纹压盖(8)、垫片(2)、填料(9)组成；所述填料(9)和垫片(2)置于热管(1)与密封基体(11)之间，所述密封基体(11)与联箱(10)焊接，螺纹压盖(8)的外螺纹与密封基体(11)的内螺纹紧密配合，所述螺纹压盖(8)通过螺纹的预紧力压迫垫片(2)进而压迫填料(9)实现联箱(10)与热管(1)间的密封；所述密封基体(11)中充装填料(9)的空腔朝向螺纹压盖(8)的一端为圆柱形，另一端为圆台形，且圆台的小端朝向联箱(10)；其中所述纳米导热浆层(7)的纳米导热浆由粒径10～200纳米的铝粉或铜粉与导热液混合而成，体积比1∶1～10∶1；其中所述内玻璃管(4)外壁覆有选择性吸收涂层；其中所述CPC聚光装置(6)覆有反射涂层，反射率大于90％。
2.根据权利要求1所述的压力式内聚光热管集热器，其特征在于：所述端盖(3)中心开孔，用于热管(1)伸出。
3.根据权利要求1所述的压力式内聚光热管集热器，其特征在于：所述热管(1)的冷凝段插入联箱(10)。
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101201 Termination date: 20150515 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |