CN101737965B - 真空管套管组合式两用型太阳能加热器 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能应用技术领域的真空管套管组合式两用型太阳能加热器，包括：壳体、入口管、出口管、保温机构和若干热量收集组件，其中：若干个热量收集组件的外部与壳体相连接且内部依次串联，入口管与首端的热量收集组件的入口相连，出口管与末端的热量收集组件的出口相连，保温机构固定设置于壳体内部并与入口管、出口管和若干热量收集组件相接触。本发明中被加热工质流经的管路全部密封且耐压，故被加热工质即可以是水也可以是空气，从而得到高温空气或高温水，结构简单，运行安全可靠，系统热效率高且稳定，出口的空气或水蒸气温度可以达到200度。

Description

真空管套管组合式两用型太阳能加热器
技术领域
本发明涉及的是一种太阳能应用技术领域的装置，具体是一种真空管套管组合式两用型太阳能加热器。
背景技术
常规能源资源的有限性和环境压力的增加，使世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持，太阳能是一种清洁、环保、高效和永不衰竭的新能源，所以各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。目前，在太阳能热利用中，太阳能热水器已经形成产业，并已广泛普及。目前，我国的家庭、企事业单位为得到日常生活热水所使用的太阳能热水器几乎全部是玻璃真空管式太阳能热水器。另外还一种金属管板式平板集热器有着较好的耐压性，但由于平板集热器上面是用平板玻璃采光保温，保温性能较差，且热效率不高，致使阳光不好的季节热水水温达不到使用要求。目前的各种热水器都只能提供数十度左右温度的热水用于日常生活，还不能提供工业所需要的水温达到一百余度的高温空气或水蒸气。
经过对现有相关技术文献检索发现，中国专利文献号CN2540598记载了一种“太阳能空气热水两用型加热器”，该技术直接在现有的玻璃真空管太阳能热水器的基础上另外增加了一套空气循环管路，通过阀门控制工质的切换，这套系统出口的水或空气的温度都不高，属于常温加热；中国专利文献号CN1434255记载了一种“新型玻璃真空热管太阳能热水器”，该技术使用热管，管外部附加肋片以强化传热热管和玻璃传热管件的传热，由于肋片数量有限和玻璃管与肋片间存在的缝隙问题，其传热热管和玻璃传热管的传热效率不高；中国专利文献号CN1443996记载了一种“真空管金属管组合式太阳能集热器元件”，该技术在玻璃真空管内腔插入热管，在真空管和热管之间填充导热用固体粉末，虽然这种型式解决了耐压及炸管问题，但填充的固体粉末之间存在空隙且无肋片导热，导致实际传热效果并不好。上述技术的核心都是要解决真空管和传热热管间的导热介质传热效率低的问题，但效果都并不理想。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种真空管套管组合式两用型太阳能加热器，可提供用于太阳能热发电、太阳能空凋和工业蒸汽等各种工业用途的高温空气或水蒸气。本发明结构简单，核心思想是提高玻璃真空管和传热套管间的导热介质传热效率，极大的降低传热热阻，提高太阳能热利用率，系统稳定且能耐压，被加热工质出口温度最高可超过200度。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：壳体、入口管、出口管、保温机构和若干热量收集组件，其中：若干个热量收集组件的外部与壳体相连接且内部依次串联，入口管与首端的热量收集组件的入口相连，出口管与末端的热量收集组件的出口相连，保温机构固定设置于壳体内部并与入口管、出口管和若干热量收集组件相接触。
所述的热量收集组件包括：真空管、传热介质组件和套管组件，其中：套管组件位于真空管内部，传热介质组件位于套管组件与真空管之间。
所述的传热介质组件包括：内胆管、传导介质和外波纹肋片，其中：内胆管位于真空管内，外波纹肋板位于内胆管和套管组件之间，传导介质填充在内胆管和套管组件以及外波纹肋板之间的空隙。
所述的内胆管为薄不锈钢板制成的心型圆筒管，其外径大于等于真空管的内径且与真空管内壁无缝隙接触。
所述的传导介质为具有高导热系数的导热油石墨粉糊状介质。
所述的套管组件包括：套管外管、套管内管、进气腔、井字钢架和内波纹肋片，其中：套管外管位于内胆管内，套管外管的顶部与进气腔固定连接，套管外管的内部与井字钢架相焊接，套管内管位于套管外管内部并穿过井字钢架中央正方形孔且与井字钢架固定连接，进气腔具体套接于套管外管外面，下端与套管外管焊接固定，上端与套管内管密封连接，内波纹肋片位于套管外管和套管内管之间。
所述的进气腔为金属圆管。
所述的套管外管与内胆管的上端密封连接。
所述的内波纹肋片和外波纹肋片为薄不锈钢板压制成波纹形状再卷绕而成；
所述的集热管组件外部设有简化的复合抛物面聚光板，该聚光板由不锈钢镜面板制成，聚光板底部为平面，该聚光板的聚光比为2.15，厚度0.8mm，宽度为330mm，长度为1800mm。
所述的聚光板的剖面为轴对称复合抛物面结构，包括：曲面部分和与之相连接的底面部分，其中：曲面部分为抛物线形状，底面部分为直线形状。
与现有技术相比，本发明结构简单、加工成本低、环保、可靠性和耐久性好。波纹肋板形成肋片结构即支撑结构又强化换热，由于此种肋片结构不用焊接固定，因此加工、安装和维修都很简便。内胆管和套管外管之间填充的导热性质良好的固液混合物传导介质被密封。被加热工质流经的管路全部密封且耐压，故即可加热空气又可加热水。每个热收集组件外设置简化复合抛物面聚光板，即有效提高太阳能热利用率，又降低聚光板加工成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为热收集组件结构示意图；
其中：图2a为热收集组件剖面示意图；图2b为热收集组件顶部截面示意图；图2c为热收集组件中部截面示意图。
图3为聚光板剖面示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：壳体1、入口管2、出口管3、保温机构4和10个热量收集组件5，其中：10个热量收集组件5的外部与壳体1相连接且内部依次串联，入口管2与首端的热量收集组件5的入口相连，出口管3与末端的热量收集组件5的出口相连，保温机构4固定设置于壳体1内部并与入口管2、出口管3和10热量收集组件5相接触。
所述的热量收集组件包括：真空管6、传热介质组件7和套管组件8，其中：套管组件8位于真空管6内部，传热介质组件7位于套管组件8与真空管6之间。
所述的传热介质组件7包括：内胆管9、传导介质10、和外波纹肋片11，其中：内胆管9安装于真空管6内，内胆管9是一个薄不锈钢板制成的心型圆筒管，外径略大于真空管6的内径，用外力将内胆管9插入真空管6，使其紧贴真空管6内壁，形成无缝隙接触。外波纹肋板11安装于内胆管9和套管组件8之间，通过外波纹肋板11的弹性支撑作用增强内胆管9和真空管6内壁间的接触能力，传导介质10填充在内胆管9和套管组件8以及外波纹肋板11之间的空隙。
所述的套管组件8包括：套管外管12、套管内管13、进气腔14、井字钢架15和内波纹肋片16，套管外管12位于内胆管9内，套管外管12的顶部与进气腔14固定连接，内部焊接井字钢架15，套管内管13位于套管外管12内部并穿过井字钢架15中央正方形孔与其固定连接，进气腔14的上端与套管内管13密封连接，内波纹肋片16位于套管外管12和套管内管13之间。
所述的进气腔14是一个金属圆管，进气腔14套在套管外管12外面，下端与套管外管12焊接固定，上端与套管内管13密封连接。
所述的内胆管9的下端密封、内胆管9的上端与套管外管12密封连接。
所述的传导介质10为导热油和石墨粉混合物。
所述的内波纹肋片16和外波纹肋片11为薄不锈钢板压制成波纹形状再卷绕而成；
所述的热收集组件5外部设有简化的复合抛物面聚光板17，该聚光板17由不锈钢镜面板制成，该聚光板的聚光比为2.15，厚度0.8mm，宽度为330mm，长度为1800mm。
所述的聚光板的剖面为轴对称复合抛物面结构，包括：曲面部分和与之相连接的底面部分，其中：曲面部分的形状曲线为抛物线，底面部分的形状曲线为直线，长度为50mm。
本实施例在当太阳辐射能经聚光板17反射聚光后，由真空管6吸收，并转化为热量通过与之紧贴的内胆管9，通过传导介质10和外波纹肋片11传递给套管外管12，被加热工质从入口管2进入进气腔14，再进入套管外管12，同时吸热升温，套管外管12和套管内管13之间设有内波纹肋板16，内波纹肋板16的尖部与套管外管12内壁紧密接触，起到肋片强化换热作用，同时内波纹肋片16之间的间隔区域还作为被加热工质流路，被加热工质在套管外管12底部转入套管内管13并流出进入下一个热收集组件，从而对工质进行进一步的加热，这样可通过增加热收集组件5的数目来提高被加热工质的温度。每个热收集组件外5都设置一个简化的复合抛物面聚光板17，热量由聚光板17汇聚到真空管6，能提高集热效率，提高被加热工质温度。实验已发现，即使使用简化CPC聚光板，数根热收集组件5连接后的工质最大加热温度可超过200度，每个热收集组件的集热功率最大可达到140W。
本实施例中的被加热工质流经的管路全部密封且耐压，故被加热工质即可以是水也可以是空气，从而得到高温空气或高温水。
本实施例中的真空管套管组合式两用型太阳能加热器，可提供用于太阳能热发电、太阳能空凋和工业蒸汽等各种工业用途的高温高压水或水蒸气。结构简单，安全环保，太阳能热利用率高，系统稳定且能耐压，被加热的工质是逐步加热，热收集组件数目可变，且每个热收集组件外配置聚光板，能将工质集热温度提高到200度以上。

Claims (7)

1.一种真空管套管组合式两用型太阳能加热器，包括：壳体、入口管、出口管、保温机构和若干热量收集组件，其特征在于：若干个热量收集组件的外部与壳体相连接且内部依次串联，入口管与首端的热量收集组件的入口相连，出口管与末端的热量收集组件的出口相连，保温机构固定设置于壳体内部并与入口管、出口管和若干热量收集组件相接触；
所述的热量收集组件包括：真空管、传热介质组件和套管组件，其中：套管组件位于真空管内部，传热介质组件位于套管组件与真空管之间；
所述的传热介质组件包括：内胆管、传导介质和外波纹肋片，其中：内胆管位于真空管内，外波纹肋片位于内胆管和套管组件之间，传导介质填充在内胆管和套管组件以及外波纹肋片之间的空隙；
所述的内胆管为薄不锈钢板制成的心型圆筒管，其外径大于等于真空管的内径且与真空管内壁无缝隙接触。
2.根据权利要求1所述的真空管套管组合式两用型太阳能加热器，其特征是，所述的传导介质为具有高导热系数的导热油-石墨粉糊状介质。
3.根据权利要求1所述的真空管套管组合式两用型太阳能加热器，其特征是，所述的套管组件包括：套管外管、套管内管、进气腔、井字钢架和内波纹肋片，其中：套管外管位于内胆管内，套管外管的顶部与进气腔固定连接，套管外管的内部与井字钢架相焊接，套管内管位于套管外管内部并穿过井字钢架中央正方形孔且与井字钢架固定连接，进气腔具体套接于套管外管外面，下端与套管外管焊接固定，上端与套管内管密封连接，内波纹肋片位于套管外管和套管内管之间。
4.根据权利要求3所述的真空管套管组合式两用型太阳能加热器，其特征是，所述的内波纹肋片和外波纹肋片为薄不锈钢板压制成波纹形状再卷绕而成。
5.根据权利要求1所述的真空管套管组合式两用型太阳能加热器，其特征是，所述的热量收集组件外部设有复合抛物面聚光板，聚光板底部为平面，该聚光板的聚光比为2.15。
6.根据权利要求5所述的真空管套管组合式两用型太阳能加热器，其特征是，所述的聚光板由不锈钢镜面板制成。
7.根据权利要求5所述的真空管套管组合式两用型太阳能加热器，其特征是，所述的复合抛物面聚光板的剖面为轴对称复合抛物面结构，包括：曲面部分和与之相连接的底面部分，其中：曲面部分为抛物线形状，底面部分为直线形状。
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