CN103629834A - 建筑瓦体用玻璃真空集热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑瓦体用玻璃真空集热管，该玻璃真空集热管包括内管和与内管真空间隔开的外管，内管和外管均构成为双半椭圆形管结构，每个双半椭圆形管结构包括上半椭圆管和下半椭圆管，同一双半椭圆形管结构中上半椭圆管和下半椭圆管具有同一长轴，上半椭圆管的短轴在长度上小于下半椭圆管的短轴，上半椭圆管暴露在建筑瓦体外并朝阳，内管的至少上半椭圆管的外壁上有太阳能集热材料的涂层。该玻璃真空集热管能够有效集成到建筑瓦体上去并且具有足够承压能力，从而彻底取消现有的专用安装架。本发明还涉及具有上述玻璃真空集热管的建筑瓦体。

Description

建筑瓦体用玻璃真空集热管

技术领域

本发明总地涉及太阳能的利用，特别涉及一种建筑瓦体用玻璃真空集热管以及具有该玻璃真空集热管的建筑瓦体。

背景技术

太阳能是一种取之不尽的清洁能源，目前光热技术发展迅猛，各种太阳能集热装置不断涌现，圆形玻璃真空集热管和半圆形玻璃真空集热管就是其中的两款太阳能极热装置。然而，现有的太阳能玻璃真空集热管在安装使用时都必须配备专用的安装架，使其在使用过程中成为建筑体的附加部分。如果大面积地使用这样的太阳能玻璃真空集热管，必然会影响到建筑体的形态，并且，这种利用安装架进行集热器安装的方式使得建筑体在安全上也存在一定的隐患。

因此，人们尝试将太阳能真空玻璃管集热器直接集成和安装到建筑瓦体中去，以消除配备专用安装架给建筑瓦体带来的外观和安全上的不良影响。然而，不幸的是，传统瓦片的厚度却都不能满足将现有的玻璃真空集热管集成到其中去的要求。首先，由于玻璃真空集热管的双层结构设置，内外层之间必须要有不小于3毫米的真空间距，而为保证集热管的集热面积和安装面积的有效比例，圆形玻璃真空集热管的直径不能做得太小。目前国内的圆形玻璃真空集热管基本上都是直径在58毫米以上的，而国际上绝大部分圆形玻璃真空集热管的直径都是在70毫米以上的。这些大直径的玻璃真空集热管显然是无法集成或安装到标准的建筑瓦片中去的。

后来出现的半圆型玻璃真空集热管，其在降低集热管朝阳面的垂直高度的同时，具有和普通圆型太阳能真空玻璃管的集热效果相同的优势，因而从安装和集热效果上讲，半圆型玻璃真空集热管是可以安装到建筑瓦体上去的。这是因为，在太阳照射的有效时间内，半圆型玻璃真空集热管在短轴面方向上的太阳能辐射收集的有效截面和普通圆型太阳能真空玻璃管的太阳能辐射收集的有效截面是一样的。不过，虽然这种半圆型玻璃真空集热管在一定程度上降低了集热管的厚度，但其朝阳的平面部位的承压能力比较差，其并不能满足瓦片领域的技术要求。因为在建筑瓦片领域，瓦片表面需要经常维修，因此集热管表面即半圆型管的平面部位必须能够承受维修工人在其上的踩踏和行走，而半圆集热管的平面部位的承压能力完全无法满足这样的要求。

发明内容

为此，本发明的目的是提供一种能够有效集成到建筑瓦体上去并且具有足够承压能力的玻璃真空集热管，从而彻底取消现有的专用安装架，改善应用集热管后的建筑体形态，并消除因安装架的配备给建筑体带来的安全隐患。

为此，根据本发明的一个方面，提供一种建筑瓦体用玻璃真空集热管，其中，玻璃真空集热管包括内管和与内管真空间隔开的外管，内管和外管均构成为双半椭圆形管结构，每个双半椭圆形管结构包括上半椭圆管和下半椭圆管，同一双半椭圆形管结构中上半椭圆管和下半椭圆管具有同一长轴，而上半椭圆管的短轴在长度上小于下半椭圆管的短轴，内管和外管的上半椭圆管暴露在建筑瓦体外并朝阳，内管的至少上半椭圆管的外壁上有太阳能集热材料的涂层。

在本发明的该方面，由于双半椭圆型玻璃管正对阳光入射方向的一面采用的是椭圆面，能明显提高玻璃管表面的承压能力；同时这种玻璃管由于有短轴和长轴的区分，使得朝阳面的垂直高度相比于现有的圆型玻璃管明显降低，因而可以从容地将太阳能真空玻璃管集成到标准的建筑瓦体中去，实现光热技术建筑材料一体化的产品，且保持了圆型玻璃管良好的集热效果。

优选地，内管的上下半椭圆管的短轴和外管的上下半椭圆管的短轴位于同一条直线上。

进一步优选地，内管和外管同心安置。当然，内管和外管也可以在短轴方向上偏心安置，而偏心安置更有利于集热。

再进一步优选地，内管的全部外壁上都有太阳能集热材料的涂层。

更进一步优选地，内管和外管均为壁厚在1.5～2.0毫米范围内的无色透明玻璃管。

又进一步优选地，玻璃真空集热管的高度控制在50毫米以内。

根据本发明的另一方面，提供一种建筑瓦体用玻璃真空集热管，其中，所述玻璃真空集热管包括内管和与所述内管真空间隔开的外管，所述内管和外管均构成为双弧型管结构，每个所述双弧型管结构包括上半椭圆形管和下半圆形管，同一所述双弧型管结构中所述上半椭圆管的长轴为所述下半圆形管的直径，而所述上半椭圆管的短轴在长度上小于所述下半圆形管的半径，所述内管和外管的所述上半椭圆管暴露在所述建筑瓦体外并朝阳，所述内管的至少所述上半椭圆管的外壁上有太阳能集热材料的涂层。

根据本发明的再一个方面，提供一种建筑瓦体，其具有一个或多个上述的玻璃真空集热管。

通过参考下面所描述的实施方式，本发明的这些方面和其他方面将会得到清晰地阐述。

附图说明

本发明的结构和操作方式以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件：

图1是根据本发明的优选实施方式的建筑瓦体用玻璃真空集热管的示意性立体图；

图2是图1中建筑瓦体用玻璃真空集热管的放大的横截面图；

图3是根据本发明的优选实施方式的具有图1所示玻璃真空集热管的建筑瓦体的示意性立体图。

具体实施方式

根据要求，这里将披露本发明的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。

如图1和图2所示，根据本发明一优选实施方式的建筑瓦体用玻璃真空集热管10整体外形轮廓为扁的弧形体，也可以说是双半椭圆型。该玻璃真空集热管10包括内管1和外管2，内管和外管之间具有真空间隔3，该真空间隔3不小于3毫米。在本实施方式中，内管1可以通过适当形式的支架(图未示)支撑在外管2内。

如图2清晰地显示，内管1和外管2均构成为闭环的双半椭圆形管结构，这样，集热管正对阳光入射方向的一面即朝阳的一面为外凸的椭圆面，能明显提高玻璃管表面的承压能力。在本实施方式中，内管1和外管2均为壁厚在1.5～2.0毫米范围内的无色透明玻璃管。当然，应当理解的是，内管也可以是任何厚度的其他金属材料制品。

再如图2所示，双半椭圆形管结构的内管1由上半椭圆管11和下半椭圆管12一体构成，上半椭圆管11和下半椭圆管12具有同一个长轴X₁，而它们的短轴分别为位于同一条直线上的Y₁₁和Y₁₂，且从图上可见上半椭圆管11的短轴Y₁₁的长度小于下半椭圆管12的短轴Y₁₂的长度。在本实施方式中，上半椭圆管11的外壁上提供有太阳能集热材料的涂层(图未示)，可充分地吸收太阳的辐射，使吸收的太阳能转变为热能，从而将内管1中的介质例如水加热。当然，在其他实施方式中，也可以在内管1的全部外壁上都设置太阳能集热材料的涂层，以便更好地吸收太阳能。

参见图2，双半椭圆形管结构的外管2由上半椭圆管21和下半椭圆管22一体构成，上半椭圆管21和下半椭圆管22具有同一个长轴X₂，而它们的短轴分别为位于同一条直线上的Y₂₁和Y₂₂。从图上可见，上半椭圆管21的短轴Y₂₁在长度上也小于下半椭圆管22的短轴Y₂₂，而且外管2的短轴Y₂₁和Y₂₂和内管1的短轴Y₁₁和Y₁₂位于同一条直线上。其中，短轴Y₂₁与Y₂₂的长度之和就是玻璃真空集热管的高度，在本实施方式中，该高度值优选控制在50毫米以内。由于这种玻璃管有短轴和长轴的区分，使得玻璃管朝阳面的垂直高度相比于现有的圆型玻璃管明显降低，因而可以从容地将太阳能真空玻璃管集成到标准的建筑瓦体中去(见图3)，实现光热技术建筑材料一体化的产品，且保持了圆型玻璃管良好的集热效果。

再如图2所示，在本实施方式中，内管1和外管2在短轴方向上偏心安置，它们的圆心O₁和O₂在短轴方向上的高度差为L₁。这种偏心设计，可以使内管1更好地接收太阳能，从而提高热能转化效率，因为太阳能集热的效果主要取决于朝阳方向上的入射角度和吸收面积。当然，在其他实施方式中，内管和外管也可以同心设置。

需要说明的是，尽管在上述实施方式中，内管1和外管2从横截面上看上半部分和下半部分都为半椭圆形，但其实在另外的实施方式中，它们的下半部分也可以是半圆形。也就是说，在本发明的该另外一个实施方式的建筑瓦体用玻璃真空集热管中，玻璃真空集热管包括内管和与所述内管真空间隔开的外管，内管和外管均构成为双弧型管结构，每个双弧型管结构包括上半椭圆形管和下半圆形管，同一双弧型管结构中上半椭圆管的长轴为下半圆形管的直径，而上半椭圆管的短轴在长度上小于下半圆形管的半径，内管和外管的上半椭圆管暴露在建筑瓦体外并朝阳，内管的至少上半椭圆管的外壁上有太阳能集热材料的涂层。

图3示意性地示出了根据本发明的优选实施方式的具有图1所示玻璃真空集热管10的建筑瓦体100。

总的来说，本发明将现有的圆型玻璃真空集热管改进成上述实施方式的玻璃真空集热管后，在集热面方向上的实际高度可以大幅度降低到圆型玻璃真空集热管的一半以下。国内最常用的58毫米直径的圆管改成双半椭圆管或双弧型管后高度约为22-35毫米；另一种常用的70毫米直径的圆管改为双半椭圆管或双弧型管后的高度约为30-45毫米；90毫米直径的圆管改为双半椭圆管或双弧型管后的高度约为35-50毫米；即使是100毫米直径以上的大管，改为双半椭圆管或双弧型管后仍可以将高度控制在45毫米以内。其他非标规格的圆型管改成双半椭圆管或双弧型管后的高度都可以根据需要控制在50毫米以内，这是一个完全能够集成或安装到标准建筑瓦片中去的高度。

双半椭圆型或双弧型玻璃真空集热管的集热方法和普通圆型玻璃真空集热管的集热方法原理上是一致的，都是通过真空玻璃管内管外侧的涂层将吸收到的太阳能转换成热能，通过介质(通常是水)再将热能转移至设定区域。而内、外玻璃管之间的真空层可以有效阻止吸收层和介质收集到的热能经由热传导流失。不过，双半椭圆型或双弧型玻璃真空集热管的集热方法与传统圆型玻璃真空集热管的集热方法相比，其具体运用的差别在于：圆型玻璃真空集热管使用时是没有方向的，而半圆型玻璃真空集热管使用时是有方向的，需要将短轴面的一侧对着太阳照射的方向，在这种情况下，照射到正对着太阳的双半椭圆管或双弧型管短轴面一侧的太阳辐射量和照射到相同直径的圆型管表面的太阳辐射量是一样的。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构和材料作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。需要注意的是，按照惯例，权利要求中使用单个元件意在包括一个或多个这样的元件。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。

Claims (17)

1.一种建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述玻璃真空集热管包括内管和与所述内管真空间隔开的外管，所述内管和外管均构成为双半椭圆形管结构，每个所述双半椭圆形管结构包括上半椭圆管和下半椭圆管，同一所述双半椭圆形管结构中所述上半椭圆管和所述下半椭圆管具有同一长轴，而所述上半椭圆管的短轴在长度上小于所述下半椭圆管的短轴，所述内管和外管的所述上半椭圆管暴露在所述建筑瓦体外并朝阳，所述内管的至少所述上半椭圆管的外壁上有太阳能集热材料的涂层。

2.根据权利要求1所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述内管的上下半椭圆管的短轴和所述外管的上下半椭圆管的短轴位于同一条直线上。

3.根据权利要求2所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述内管和外管同心安置。

4.根据权利要求2所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述内管和外管在所述短轴方向上偏心安置。

5.根据权利要求1至4任一项所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述内管的全部外壁上都有太阳能集热材料的涂层。

6.根据权利要求5所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述内管和外管之间的真空间隔不小于3毫米。

7.根据权利要求6所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述内管和外管均为壁厚在1.5～2.0毫米范围内的无色透明玻璃管。

8.根据权利要求7所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述玻璃真空集热管的高度控制在50毫米以内。

9.一种建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述玻璃真空集热管包括内管和与所述内管真空间隔开的外管，所述内管和外管均构成为双弧型管结构，每个所述双弧型管结构包括上半椭圆形管和下半圆形管，同一所述双弧型管结构中所述上半椭圆管的长轴为所述下半圆形管的直径，而所述上半椭圆管的短轴在长度上小于所述下半圆形管的半径，所述内管和外管的所述上半椭圆管暴露在所述建筑瓦体外并朝阳，所述内管的至少所述上半椭圆管的外壁上有太阳能集热材料的涂层。

10.根据权利要求9所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述内管的上下半椭圆管的短轴和所述外管的上下半椭圆管的短轴位于同一条直线上。

11.根据权利要求10所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述内管和外管同心安置。

12.根据权利要求10所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述内管和外管在所述短轴方向上偏心安置。

13.根据权利要求9至12任一项所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述内管的全部外壁上都有太阳能集热材料的涂层。

14.根据权利要求13所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述内管和外管之间的真空间隔不小于3毫米。

15.根据权利要求14所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述内管和外管均为壁厚在1.5～2.0毫米范围内的无色透明玻璃管。

16.根据权利要求15所述的建筑瓦体用玻璃真空集热管，其特征在于，所述玻璃真空集热管的高度控制在50毫米以内。

17.一种建筑瓦体，其具有一个或多个根据权利要求1至16所述的玻璃真空集热管。

Images