CN103574947A - 太阳能内聚光中温热管集热管及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能内聚光中温热管集热管及制作方法，该集热管包括透光材料制成的外罩管和同轴的真空罩管、吸热管及装配在外罩管与真空罩管二者间的聚光板、上下端盖和散热端管；所述上下端盖分别封装在外罩管的两端头，散热端管与吸热管的热能输出端封接为一体，构成玻璃热管；所述真空罩管与吸热管间构成了真空层，外罩管与真空罩管间装配有聚光板，构成了环形加热腔室。本发明制造便捷，集热效率高，传热速度快，是一种理想的将太阳能转化为中温热源加以利用的太阳能内聚光中温热管集热管。

Description

太阳能内聚光中温热管集热管及制作方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能内聚光中温热管集热管及制作方法。

背景技术

目前用于太阳能的集热管主要有两类，其一是全玻璃真空集热管，其管的一端为盲端，另一端为与联集器连通的开口端，该类集热管以水为热传导介质。另一类是玻璃双真空热管，该管的两端都为盲端，其采用一种导热介质做为太阳能集热管的热传导介质，设定工作温度最高为100℃，空晒温度为180℃。该两类集热管已广泛应用于太阳能热水器。为了进一步提高太阳能集热管的集热温度和适用范围，中国专利文献于2006年11月15日公开了一种申请号为：200610082953.2,名称为：内聚光真空太阳能集热管的技术方案，该技术方案采用透光材料制成外真空管，在外真空管内沿轴向设有吸热管，并在外真空管内的下方沿轴向还设有反光板，反光板的横截面为开口向上、并列的双抛物线或横截面为开口向上的抛物线，吸热管位于由双抛物线或抛物线的焦点构成的轴上。该种技术方案虽然通过反光板能有效地增加吸收太阳能的热效率，但该专利仍存在如下技术缺陷：1、由于该方案反光板的焦轴、吸热管与外罩管三者间为中心轴不重合结构。因此不但加大了集热管加工制作及装配安装的难度。特别是反光板采用双抛物面或抛物面的非跟踪结构，造成了一定时间内反射板焦轴一部分脱离吸热管表面，使得吸热效率下降。2、该方案的吸热管采用硼硅玻璃制作，该种材料制成的吸热管，当受到中高温低温冲击时易炸管破裂淌出热介质，造成系统运行失败。其次中国专利文献于2012年11月07日公开了一种专利号为：ZL201110252593.7，名称为：内聚光减容太阳能中高温集热管的制作方法，该技术方案采用透光材料制成外真空管，在外真空管内沿轴向设有吸热管，并在外真空管内的下方沿轴向还设有反光板，反光板的横截面为开口向上的复合抛物线，吸热管位于复合抛物面的焦轴上。该种技术方案虽然通过反光板能有效地增加吸收太阳能的热效率，但该专利仍存在如下技术缺陷：1、由于该方案吸热管与罩管内径比为3—5倍，因此外管缩径拉伸时导致外管端头管壁变得较薄，气密性和强度相应降低。并且在装入反光板及附件后封上大口径一端，然后抽真空、退火、封口。由此也可造成反光板的退火变形，引起反光板部分失效，加大了集热管加工制作及装配安装的难度，使得吸热效率下降。2、该方案的吸热管采用硼硅玻璃制作，高温介质存在于金属热能传导器内，二者之间存在一个空气阻热层，降低了吸热性能。3、金属热能传导器与集热器连接时，采用丝扣或法兰垫圈结构连接，造成可能漏点增多，不利于大型工程的使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足提供一种制造工艺更简洁方便的太阳能内聚光中温热管集热管及制作方法。

本发明的目的是这样实现的：该太阳能内聚光中温热管集热管它包括透光材料制成的外罩管和同轴的真空罩管、吸热管及装配在外罩管与真空罩管二者间的聚光板、上下端盖和散热端管；所述上下端盖分别封装在外罩管的两端头，散热端管与吸热管的热能输出端封接为一体，构成玻璃热管；所述真空罩管与吸热管间构成了真空层，外罩管与真空罩管间构成了环形加热腔室。

制造该太阳能内聚光中温集热管的方法是由以下步骤完成：

A、吸热管与散热端管的制作：

吸热管的制作，将外径小于等于外罩管内径1/3—1/5的玻璃胚管定尺熔断，其中一端熔烧封口、清洗、干燥，并在外表层溅射耐高温太阳能选择性吸收膜；

散热端管的制作，将直径等于吸热管的玻璃胚管定尺熔断，其中一端熔烧封接真空抽管，并清洗、干燥后待用；

B、真空罩管的制作：将其内径大于吸热管外径10---30毫米的玻璃胚管的一端熔烧制成收缩口结构，其收缩口直径尺寸与玻璃吸热管外径相配合，另一端保持原直径不变并定尺熔断封口，内外清洗干燥待用；

C、聚光板的制作：将基板模压成型为可聚光面形状后清洗、制膜待用；

D、外罩管的制作：将玻璃胚管的两端定尺熔断且敞口，并制成阳螺纹，清洗、干燥待用；

E、上下端盖的制作：

上端盖制作，将金属材料冲压拉伸成型，大口一端与外罩管配合，制成阴螺纹与外罩管阳螺纹相连接；小口一端和真空罩管外径配合，采用锁紧圈连接；

下端盖制作，将金属材料冲压拉伸成型，一端与外罩管配合，制成阴螺纹与外罩管阳螺纹相连接；另一端为半球形；

F、外支撑卡的制作，将耐温弹性金属材料冲压成型，焊接成圆形与真空罩管配合，并有4只支撑片，构成外支撑卡；

G、成装

a、首先将内支撑卡置入真空罩管内，然后吸热管插入真空罩管内，将真空罩管的开口端与吸热管熔接抽真空，二者间构成真空保温层；

b、将散热端管与吸热管的开口端熔烧对接，然后在其内充装中温相变导热介质，抽真空封接，构成玻璃热管待用；

c、将带侧面弹性支撑架的可聚光面反光板从外罩管的一端插入外罩管的内腔中，之后将玻璃真空热管从吸热端插入外罩管，并套装上外支撑卡；将上端盖大口一端和外罩管丝扣连接，上端盖小口一端和真空罩管用锁紧圈连接固定；

d、将玻璃真空热管的下端套装支撑卡，并把下端盖和外罩管丝扣连接，制成太阳能内聚光中温热管集热管。

本发明取得的技术进步是：

1、真空内聚光，集热效率高。由玻璃热管、真空罩管和反光板、外罩管组合构成热管聚光型太阳能集热、隔热空间，可使其反光效率达到70%以上，且反射光直接照射在热管下表面，提高了热管接光密度和管内介质温度。吸热管接光表面沉积耐高温选择性太阳能吸收膜，运用反光原理，实现了四周采光，提高了光能密度和管内介质温度；内置聚光反射板不受大气灰尘污染和侵蚀，反光效果好，使用寿命长，且不需要跟踪装置；表面灰尘现场用水冲洗方便。冷热加工工艺相结合，制造和使用成本降低。

2、传质传热速度快。为满足中温传热的需要，进一步提高真空管吸收并传输能量，在吸热管内设置成玻璃热管，热管内充装中温相变导热介质，形成中温真空微量介质相变高效传热，从而保证了在阳光辐射下迅速提高温度并导出热能，加快了真空管内的升温传质传热速度。与现有内聚光减容太阳能集热管相比提高传热传质效率10%以上。

3、加工工艺采用热加工与冷加工结合，保证元件的聚光和集热效率高。该热原件由玻璃热管、真空罩管和外罩管及反光板组合构成太阳能聚光、集热、隔热空间，吸热管和真空罩管之间采用热熔加工联接、抽真空密封，外罩管与真空罩管之间采用机械联接。和现有太阳能中高温集热管相比制造更简捷，解决了聚光板组装时热加工高温变形的影响，保证了集热管整体的聚光集热效果。

4、安全承压。该集热元件与传输管道的导热介质不接触，热能通过特制中高温联集器导出，中高温联集器内被加热介质与热元件之间只传热不传质，太阳能内聚光中温热管集热管如损坏保证每一个接口不泄漏被加热介质。更换更方便，且不影响系统运行。用这一新型热元件组成的系统里被加热介质与热元件之间只传热不传质，在系统较高工作压力温度条件下更安全可靠。

总之本发明的太阳能集热管效率高、传热速度快，是一种安全、理想的将太阳能转化为中温热源加以利用的太阳能内聚光中温热管集热管。

附图说明

图1为本发明集热管的整体结构示意图。

图2为图1的横截面结构示意图。

具体实施方式

下面以附图为实施例对本发明进一步的说明。如图1、2所示，该太阳能内聚光中温集热管由透光材料制成的外罩管8、同轴的真空罩管6、吸热管2、聚光板7、上端盖3、下端盖4和散热端管1组成；所述真空罩管6和外罩管8依次同轴设于吸热管2的外侧，聚光板7设于外罩管8与真空罩管6之间，聚光板7为一复合抛物面反射板，聚光板7装配在外罩管8内壁下半周的弧面上，外罩管8与聚光板7间配装有支撑卡9。上端盖3、下端盖4分别封装在外罩管8的两端头，散热端管1与吸热管2的热能输出端封接为一体，吸热管2的外表面设有高温太阳能吸收膜。所述真空罩管6与吸热管2间构成了保温真空层5，外罩管8与真空罩管6间构成了环形加热腔室，二者间装有外支撑卡10。

制造太阳能内聚光中温热管集热管的制造方法由以下步骤完成：

A、吸热管2与散热端管1的制作：

吸热管2的制作，将外径小于等于外罩管8内径1/4的玻璃胚管定尺熔断，其中一端熔烧封口、清洗、干燥，并在外表层溅射耐高温太阳能选择性吸收膜10；

散热端管1的制作，将直径等于吸热管2的玻璃胚管定尺熔断，其中一端熔烧封口，并清洗、干燥，另一端熔烧封口接真空抽吸管待用；

B、真空罩管6的制作：将其内径大于吸热管2外径10---16毫米的玻璃胚管的一端熔烧制成收缩口结构，其收缩口直径尺寸与吸热管2直径相配合，另一端为定尺熔断封口，并接抽真空排气管，内外清洗干燥待用；

C、聚光板7的制作：将基板模压成型为复合抛物面形状后，清洗、在发射面镀反光膜，镀保护膜待用；

D、外罩管8的制作：将玻璃胚管的两端定尺熔断敞口，并加温制成阳螺纹，其直径保持原直径不变，内外清洗待用；

E、上端盖3、下端盖4的制作：

上端盖3制作，将金属材料冲压拉伸成型，大口一端与外罩管配合，制成阴螺纹与外罩管相连接；小口一端和真空罩管外径配合，采用粘结和锁紧圈结构连接；

下端盖4制作，将金属材料冲压拉伸成型，一端与外罩管配合，制成阴螺纹与外罩管8相连接；另一端为半圆球形；

F、外支撑卡的制作，将耐温弹性金属材料冲压成型，焊接成圆形与真空罩管配合，并有6只支撑片，构成外支撑卡；

G、成装

a、首先将吸热管2插入真空罩管6内，将真空罩管6的开口端与吸热管2熔接抽真空，二者间构成真空保温层5；

b、将散热端管1与吸热管2的开口端熔烧对接，同时在其内充装中温相变导热介质，抽真空封接，构成玻璃真空热管待用；

c、将带侧面弹性支撑架9的复合抛物面聚光板7从外罩管8的一端插入外罩管8的内腔中，之后将玻璃真空热管自吸热端头插入外罩管8，套装上外支撑卡10，并把上端盖3大口一端和外罩管8丝扣连接，把上端盖小口一端和真空罩管用锁紧圈连接固定。

d、将玻璃真空热管的下端套装外支撑卡10，并把下端盖4和外罩管8丝扣连接，制成太阳能内聚光中温热管集热管。

本发明使用时，需要通过中高温联集器吸收来自太阳能内聚光中温热管集热管的热能，把导热介质加热并输送传递出来。起到被加热介质与玻璃热管隔离的作用，有效地解决了因玻璃集热管破裂造成的系统瘫痪和被加热介质伤人事故，解决了中温集热元件的安全可靠性，从而实现太阳能的中温集热、安全、高效传质传热的效果。

Claims (5)

1.一种太阳能内聚光中温热管集热管，其特征在于它包括透光材料制成的外罩管和同轴的真空罩管、吸热管及装配在外罩管与真空罩管二者间的聚光板、上下端盖和散热端管；所述上下端盖分别封装在外罩管的两端头，散热端管与吸热管的热能输出端封接为一体，构成玻璃热管；所述真空罩管与吸热管间构成了真空层，外罩管与真空罩管间构成了环形加热腔室。

2.根据权利要求1所述的太阳能内聚光中温热管集热管，其特征在于所说的聚光板为一可聚光面反射板，其装配在外罩管内壁下半周的弧面上。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能内聚光中温热管集热管，其特征在于所说吸热管的外表层设有高温太阳能吸收膜。

4.根据权利要求3所述的太阳能内聚光中温热管集热管，其特征在于所说外罩管与聚光板间配装有支撑卡。

5.一种太阳能内聚光中温热管集热管的制造方法，所述集热管包括透光材料制成的外罩管和同轴的真空罩管、吸热管及装配在外罩管与真空罩管二者间的聚光板、上下端盖和散热端管；所述上下端盖分别封装在外罩管的两端头，散热端管与吸热管的热能输出端封接为一体，构成玻璃热管；所述真空罩管与吸热管间构成了真空层，外罩管与真空罩管间构成了环形加热腔室；其特征在于所述集热管的制造方法由以下步骤完成：

A、吸热管与散热端管的制作：

吸热管的制作，将外径小于等于外罩管内径1/3—1/5的玻璃胚管定尺熔断，其中一端熔烧封口、清洗、干燥，并在外表层溅射耐高温太阳能选择性吸收膜；

散热端管的制作，将直径等于吸热管的玻璃胚管定尺熔断，其中一端熔烧封接真空抽管，并清洗、干燥后待用；

B、真空罩管的制作：将其内径大于吸热管外径10---30毫米的玻璃胚管的一端熔烧制成收缩口结构，其收缩口直径尺寸与吸热管外径相配合，另一端保持原直径不变并定尺熔断封口，内外清洗干燥待用；

C、聚光板的制作：将基板模压成型为可聚光面形状后清洗、制膜待用；

D、外罩管的制作：将玻璃胚管的两端定尺熔断且敞口，并制成阳螺纹，清洗、干燥待用；

E、上下端盖的制作：

上端盖制作，将金属材料冲压拉伸成型，大口一端与外罩管配合，制成阴螺纹与外罩管阳螺纹相连接；小口一端和真空罩管外径配合，采用锁紧圈连接；

下端盖制作，将金属材料冲压拉伸成型，一端与外罩管配合，制成阴螺纹与外罩管阳螺纹相连接；另一端为半球形；

F、外支撑卡的制作，将耐温弹性金属材料冲压成型，焊接成圆形与真空罩管配合，并有4～6只支撑片，构成外支撑卡；

G、成装

a、首先将内支撑卡置入真空罩管内，然后吸热管插入真空罩管内，将真空罩管的开口端与吸热管熔接抽真空，二者间构成真空保温层；

b、将散热端管与吸热管的开口端熔烧对接，然后在其内充装中温相变导热介质，抽真空封接，构成玻璃热管待用；

c、将带侧面弹性支撑架的可聚光面反光板从外罩管的一端插入外罩管的内腔中，之后将玻璃真空热管从吸热端插入外罩管，并套装上外支撑卡；将上端盖大口一端和外罩管丝扣连接，上端盖小口一端和真空罩管用锁紧圈连接固定；

d、将玻璃真空热管的下端套装支撑卡，并把下端盖和外罩管丝扣连接，制成太阳能内聚光中温热管集热管。

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