CN103245097B - 稀疏芯网加速玻璃热管启动的太阳能真空集热装置 - Google Patents
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Abstract
稀疏芯网加速一体式玻璃热管启动的太阳能真空集热装置，由全玻璃真空热管集热管、绝热水箱或者联集盒、尾盒支架组成，其特征是在热管热端内部含有一个由若干条宽度2至10毫米的细条毛细吸液芯组成的稀疏芯网。稀疏芯网加速插入式玻璃热管启动的太阳能真空集热装置，由插入式全玻璃真空热管集热管、绝热水箱或者联集盒、尾盒支架组成，其特征是在插入式玻璃热管热端内部含有一个由若干条宽度2至10毫米的细条毛细吸液芯组成的稀疏芯网。本发明有益效果：太阳落山，热管内工质被稀疏芯网抬高。相对于光管，热管冬季启动时间从140多分钟缩短至20多分钟。热管工作时稀疏芯网不多吸持工质，工质充装量不增加使空晒时热管内部压力保持低位。
Description
技术领域
本发明涉及稀疏芯网加速玻璃热管启动的太阳能真空集热装置。
背景技术
热管真空集热管制造的太阳能热水器具有管内无水、符合卫生饮用水标准、能效比高、单管损坏照样工作等优点。因此。管内无水的太阳能真空热水器将有可能占领越来越多的市场份额。
现有一种工作量充装很少的全玻璃热管真空集热管太阳能热水器，热管内壁采用光管结构、热管真空集热管倾斜约45度安装。在非换热状态下，可以观察到热管底部有液态工质集聚。
对其进行与管内存水的全玻璃真空集热管太阳能热水器对照试验，发现热管太阳能热水器的升温情况先慢后快。判断是热管启动过程过长，在热管启动阶段，热管集热产品不能满功率运行因而升温慢，热管启动之后热管集热装置满功率运行因而升温快。
考察全玻璃热管真空集热管的热管启动：由于集聚于热管底部的工质通常因为被吸气剂形成的镜面遮光其温度上升缓慢，使得这些液态工质不能迅速参与两相流换热循环。同时，由于热管热端内部其他部位的温度虽高但在很长一段时间内处于干涸状态而不能对集热做贡献。以后依靠靠近底部的玻璃热管管壁传热逐渐使液态工质汽化并循环参与两相流换热，热管完成启动过程进入正常工作状态。问题是在冬季，热管的启动过程可能持续两小时以上，这使得某些玻璃热管集热管的表现不能明显比管内存水的全玻璃真空集热管好，热管的优势没能充分发挥。
玻璃表面不适合加工细槽以形成更大的毛细升力。
采用在玻璃热管内表面布置具有足够大面积的芯网，虽然可利用毛细作用解决热管启动过程过长的问题，但会使成本较大增加，更严重的是还会因内部充装工质较多、使空晒时蒸汽压过高而造成炸管事故的风险大大增加。譬如工质充装量/热管容积率从2毫升/1000毫升时的0.2%提高到5毫升/1000毫升时的0.5%，最高饱和蒸汽压从140℃的约3.7个大气压增加至180℃的约10个大气压，但热管内部从140℃约3.7个大气压的最高蒸汽压继续升温至180℃时内部压力仅有4个大气压左右。由于玻璃耐压能力有限，所以，既要设法抬高热管启动时的液态工质位置高度加快启动，又要在热管工作时尽可能少的截留液态工质以减少工质充装量。
中国发明专利200410012193.9防爆太阳能全玻璃真空集热管，披露了一种防爆太阳能全玻璃真空集热管，其热管中液态工质充装量为0.1～0.5％V，其中V为热管内的容积。使其达到某一临界温度时全部转化为汽相，当温度继续升高时，压力按照汽相的规律升高，从而大幅度的降低了高温状态下热管内的工作压力……。同时，在热管中增设吸附材料，以保证热管再次快速起动。但该发明专利在热管中包括热管蒸发段中部设置的吸附材料吸持工质加速热管启动这一方式仍会带来增加工质充装量和空晒时内部压力或者启动仍然较慢的问题。假定：原来设定内玻璃管内径4.4毫米、罩玻璃管外径58毫米、长2米的全玻璃真空热管集热管的内部压力上限为4个大气压、空晒最高温度230℃、水作工质，计算可得内玻璃管容积约3升。查水蒸汽的饱和蒸汽压表可知：135℃时刚好全部工质汽化的工质充装量，其饱和蒸汽压为3.2个大气压且在最高空晒温度230℃时，内部压力达到4个大气压即等于内玻璃管内部压力极限。并可查得135℃时蒸汽的质量容积比为1.7毫升/升。该集热管的工质充装量为3升*1.7毫升/升=5.1毫升。（5.1毫升工质对于现有的集热管来说偏少，在热端下部会出现干涸，但这个问题这里不做展开）。此时，为了加速热管启动而在热管内部中部设置吸液材料。假定所增加的吸液材料在热管正常工作时提吸持有了总共1.5毫升工质，并且因此加剧热管内部热端干涸现象，干涸的热端不参与换热使集热管的效率大打折扣。为了避免因热端干涸带来的集热量损失。必须增加工质充装量来弥补热管工作时被吸液材料提吸持有的那部分工质。假设增加的工质充装量也是1.5毫升，则工质刚好全部汽化时的蒸汽的质量容积比从1.7毫升/升上升至2.2毫升/升，这时的最高饱和蒸汽压对应的临界温度从135℃上升至145℃；相应地，在最高空晒温度230℃时，热管内部压力从4个大气压增加到5个大气压。结论是：为了加速启动在热管热端中部增加吸液材料并增加工质充装量，在最高空晒温度下，集热管内部的压力会超过原先设定的压力从4个大气压增加至5个大气压超出25%；而不用吸液材料热管启动过程要延长两小时相当于冬季减少日集热量35%。还有，吸附材料仅仅吸持1.5毫升工质仍然很不够。
发明内容
本发明的目的是要提供稀疏芯网加速玻璃热管启动的太阳能真空集热装置。
本发明解决其技术问题的技术方案之一：用全玻璃真空热管集热管、绝热水箱或者联集盒、尾盒支架及附件，组成一台稀疏芯网加速一体式玻璃热管启动的太阳能真空集热装置。全玻璃真空热管集热管由罩玻璃管和内玻璃管同心嵌套布置封接制成，内玻璃管自封接处向前伸出并且内部抽真空灌装工质后封离制成一支热管，内玻璃管的外表面制作吸收膜。在热管热端内部设置一个由若干条宽度2至10毫米的细条毛细吸液芯组成的稀疏芯网，稀疏芯网采用弹性卡簧压贴于热管热端内壁；稀疏芯网的面积小于所述热管热端内壁面积的5%；
所述全玻璃真空热管集热管的内玻璃管相对罩玻璃管偏心布置并且内玻璃管与制作于罩玻璃管上的半圆镜面聚光连接或者，内玻璃管与一个配合连接于罩玻璃管上的附加半圆镜面聚光连接。
本发明解决其技术问题的技术方案之二：用插入式全玻璃真空热管集热管、绝热水箱或者联集盒、尾盒支架及附件，组成一台稀疏芯网加速插入式玻璃热管启动的太阳能真空集热装置。插入式全玻璃真空热管集热管由一支全玻璃真空集热管与插入其中的插入式玻璃热管配合或者低热阻连接制成。全玻璃真空集热管由罩玻璃管和内玻璃管同心嵌套布置封接制成。在插入式玻璃热管热端内部含有一个由若干条宽度2至10毫米的细条毛细吸液芯组成的稀疏芯网，稀疏芯网采用弹性卡簧压贴于所述插入式玻璃热管热端内壁。稀疏芯网的面积小于所述插入式玻璃热管热端内壁面积的5%。
还可以令所述稀疏芯网由若干个按照圆周向布置的环形窄条毛细芯形成。
还可以令所述稀疏芯网为若干条按照圆周向布置的环形窄条毛细芯形成的稀疏芯网；所述环形窄条毛细芯为各向不同性：沿圆周向的毛细作用比较弱。
还可以令所述稀疏芯网含有沿圆周方向布置的纤维少，沿环形窄条毛细芯轴心线方向布置的纤维多。
还可以令：在太阳光曝射量700±50瓦/平方米、所述热管冷端外侧水温40±5℃、集热元件轴心线呈南北向倾斜布置并且其轴心线与入射阳光的夹角在90±20°范围内条件下，稀疏芯网持有液态工质的质量≤其最大液态工质持有量的25%。
还可以令：所述稀疏芯网最大液态工质持有量≥4毫升；在太阳光曝射量700±50瓦/平方米、所述热管冷端外侧水温40±5℃、集热元件轴心线呈南北向倾斜布置并且其轴心线与入射阳光的夹角在90±20°范围内条件下，所述稀疏芯网持有液态工质的质量≤0.9毫升。
本发明的有益效果：本发明稀疏芯网加速玻璃热管启动的太阳能真空集热装置，当太阳落山时，玻璃热管逆向工作：与加热负荷低热阻连接的原热管冷端内表面的液态工质蒸发并在原热管热端内表面凝结，当原热管热端内表面液态工质集聚较多而向下流淌到达稀疏芯网时被其吸住。第二天太阳出来时，热管热端一旦受热，被稀疏芯网吸住的液态工质迅速蒸发并参与两相流换热。稀疏芯网分布广，涉及的太阳能吸热面积也广因而启动迅速；稀疏芯网分布稀疏，热管正常工作时，稀疏芯网持有的液态工质少譬如小于0.3毫升，其对空晒时内部压力的增加很有限。采用本发明稀疏芯网加速一体式玻璃热管启动的集热元件或者稀疏芯网加速插入式玻璃热管启动的集热元件制造的各种太阳能集热装置，其热管启动时间从原来光管的140多分钟，缩短至10多分钟，相当于冬季每天多集热一个多小时。从而既最大限度加快热管启动；又使空晒时玻璃热管内部的压力保持低位。
令所述稀疏芯网为若干条按照圆周向布置的环形窄条毛细芯形成的稀疏芯网；所述环形窄条毛细芯为各向不同性：沿圆周向的毛细作用比较弱。可以在持续时间相对较长的太阳落山过程中吸持较多的工质；在热管正常换热时沿圆周方向的毛细作用弱从而使环形窄条毛细芯除底部外都因为毛细提吸作用顾不上而出现干涸，并使工质沿热管内壁底部往下流均布于整个热管热端的底部。令所述稀疏芯网含有沿圆周方向布置的纤维少；沿环形窄条毛细芯轴心线方向布置的纤维多，是实现所要求的环形窄条毛细芯为各向不同性的手段之一。
还可以令所述稀疏芯网含有沿圆周方向布置的纤维少，沿环形窄条毛细芯轴心线方向布置的纤维多。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是一台稀疏芯网加速一体式玻璃热管启动的太阳能真空集热装置结构示意图。
图2是一台稀疏芯网加速插入式玻璃热管启动的太阳能真空集热装置结构示意图。
图中1.全玻璃真空热管集热管；2.绝热水箱；3.尾盒支架；4.罩玻璃管；5.内玻璃管；6.热管；7.环形窄条毛细芯；8.弹性卡簧；9.全玻璃真空集热管；10.传热器件。
具体实施方式
图1给出本发明的第一个实施例。
图1中，用全玻璃真空热管集热管1、绝热水箱2、尾盒支架3及附件，组成一台稀疏芯网加速一体式玻璃热管启动的太阳能真空集热装置。全玻璃真空热管集热管1用罩玻璃管4和内玻璃管5同心嵌套布置封接制成，内玻璃管5自封接处向前伸出并且内部抽真空灌装工质后封离制成一支热管6，内玻璃管5的外表面制作吸收膜。全玻璃真空热管集热管垂直或者倾斜安装。热管6依靠重力工作。在热管6热端内部设置10个按照圆周向布置的环形窄条毛细芯7形成一个稀疏芯网。环形窄条毛细芯7用弹性卡簧8压贴于热管6热端内壁。热管6的热端长度1米8；环形窄条毛细芯7的宽度5毫米。环形窄条毛细芯7的面积之和小于所述热管6热端内壁面积的2.8%。图1中并排的向外箭头表示热管6的冷端位置。
当图1实施例的集热元件作顺时针旋转约45度倾斜安装时，热管6能够依靠重力实现两相流循环换热，将太阳热能源源不断地通过冷端传递给加热负荷。热管6工作时，因为短筒吸液芯7可以不持有工质，所以，工质充装量不增加，有利于限制空晒时热管6内部饱和蒸汽压处于低水平。
当图1实施例的集热元件作顺时针旋转约45度倾斜安装时，环形窄条毛细芯7能够在热管6不工作时大量吸持液态工质，提高原光管热管集聚于热管6底部的工质的位置。均布于整个热管6热端的环形窄条毛细芯7有利于热管6启动时环形窄条毛细芯7吸收尽可能多的太阳热能加速启动。
图1实施例中，热管6正常工作时允许环形窄条毛细芯7干涸或者部分干涸所以环形窄条毛细芯7在热管6工作时常常不持有工质。太阳落山时，热管6冷端内表面的凝结水蒸发，包括这部分工质在内的所有工质全部或者绝大部分工质被环形窄条毛细芯7吸持。
图1实施例中的环形窄条毛细芯7对按照时集热管的状态无要求，方便现场安装维修作业。
图2给出本发明的第二个实施例。
图2中，用插入式全玻璃真空热管集热管、绝热水箱2、尾盒支架3及附件，组成一台稀疏芯网加速插入式玻璃热管启动的太阳能真空集热装置。插入式全玻璃真空热管集热管用一支全玻璃真空集热管9与插入其中的插入式玻璃壳体热管3通过两片传热器件10低热阻连接制成。全玻璃真空集热管9由罩玻璃管4和内玻璃管5同心嵌套布置封接制成。在热管6热端内部设置10个按照圆周向布置的环形窄条毛细芯7形成一个稀疏芯网。
图2实施例热管6内部结构及工作原理与图1实施例的相似。
Claims (4)
1.稀疏芯网加速一体式玻璃热管启动的太阳能真空集热装置，由全玻璃真空热管集热管、绝热水箱或者联集盒、尾盒支架及附件组成，全玻璃真空热管集热管由罩玻璃管和内玻璃管同心嵌套布置封接制成，内玻璃管自封接处向前伸出并且内部抽真空灌装工质后封离制成一支热管，内玻璃管的外表面制作吸收膜，其特征是在热管热端内部含有一个由若干条宽度2至10毫米的细条毛细吸液芯组成的稀疏芯网，稀疏芯网采用弹性卡簧压贴于热管热端内壁；稀疏芯网的面积小于所述热管热端内壁面积的5%；
所述全玻璃真空热管集热管的内玻璃管相对罩玻璃管偏心布置并且内玻璃管与制作于罩玻璃管上的半圆镜面聚光连接或者，内玻璃管与一个配合连接于罩玻璃管上的附加半圆镜面聚光连接。
2.稀疏芯网加速插入式玻璃热管启动的太阳能真空集热装置，由插入式全玻璃真空热管集热管、绝热水箱或者联集盒、尾盒支架及附件组成，插入式全玻璃真空热管集热管由一支全玻璃真空集热管与插入其中的插入式玻璃热管配合或者低热阻连接制成，全玻璃真空集热管由罩玻璃管和内玻璃管同心嵌套布置封接制成，其特征是在所述插入式玻璃热管热端内部含有一个由若干条宽度2至10毫米的细条毛细吸液芯组成的稀疏芯网，稀疏芯网采用弹性卡簧压贴于所述插入式玻璃热管热端内壁；稀疏芯网的面积小于所述插入式玻璃热管热端内壁面积的5%；
所述稀疏芯网为若干条按照圆周向布置的环形窄条毛细芯形成的稀疏芯网；所述环形窄条毛细芯为各向不同性：沿圆周向的毛细作用比较弱；
所述稀疏芯网含有沿圆周方向布置的纤维少，沿环形窄条毛细芯轴心线方向布置的纤维多。
3.按照权利要求1或者2所述的集热装置，其特征是在太阳光曝射量700±50瓦/平方米、所述热管冷端外侧水温40±5℃、集热元件轴心线呈南北向倾斜布置并且其轴心线与入射阳光的夹角在90±20°范围内条件下，稀疏芯网持有液态工质的质量≤其最大液态工质持有量的25%。
4.按照权利要求1或者2所述的集热装置，其特征是：所述稀疏芯网最大液态工质持有量≥4毫升；在太阳光曝射量700±50瓦/平方米、所述热管冷端外侧水温40±5℃、集热元件轴心线呈南北向倾斜布置并且其轴心线与入射阳光的夹角在90±20°范围内条件下，所述稀疏芯网持有液态工质的质量≤0.9毫升。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Wenqiao town Wenling city Taizhou City, Zhejiang province 317527 Xing Chang Road 25 Building No. 5 Applicant after: Shi Kanchao Address before: 200336, room 29, No. 600, Lane 302, Moutai Road, Shanghai, Changning District Applicant before: Shi Kanchao |
|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Dang Guowei Inventor before: Shi Guoliang |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 474450, No. six, group 5317, Dang Gang village, temple town, Xichuan County, Henan, Nanyang Patentee after: Dang Guowei Address before: Wenqiao town Wenling city Taizhou City, Zhejiang province 317527 Xing Chang Road 25 Building No. 5 Patentee before: Shi Kanchao |
|
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 225300 101 east of Xu Zhuang Road, Taizhou, Jiangsu Patentee after: Dang Guowei Address before: 474450 No. 5317, Six Groups of Danggang Village, Siwan Town, Xichuan County, Nanyang City, Henan Province Patentee before: Dang Guowei |
|
| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160323 Termination date: 20190422 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |