CN104776623B - 单端u型通道太阳能中温集热管 - Google Patents

单端u型通道太阳能中温集热管 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单端U型通道太阳能中温集热管，包括外壳玻璃管、导热管、吸热翅片、可伐金属和支架，开口端被可伐金属封口的外壳玻璃管腔为真空密封腔，其特征在于，所述的外壳玻璃管为一端开口的玻璃管；导热管为U形金属管，所述的导热管的U形端由外壳玻璃管开口端插入后通过支架支撑于外壳玻璃管腔中，另一端穿越封口的可伐金属伸出外壳玻璃管，外壳玻璃管腔中的U形金属管上设有吸热翅片。其结构紧凑，造价较低。相互连接、运行维护和操作都很方便。

Description

单端U型通道太阳能中温集热管
技术领域
本发明涉及一种集热管，尤其是一种利用太阳能集热的中温真空集热管。
背景技术
热管是一种依靠自身内部液体工质的相变来实现传热的超导传热元件，具有传热系数高、温度分布均匀、热响应迅速、结构紧凑、工作可靠及节约能源等优点。
集热管是太阳能集热器中的关键部件，一般有复合玻璃集热管、金属集热管以及玻璃和金属复合的金属真空集热管。
中温太阳能集热管的结构一般多采用同心平翅片结构的直通式装有波纹管的结构，以及含有平翅片U型结构的内聚光热管，普遍存在的问题是同心平翅片结构缺点是翅片面积光效低，工质流阻大，联箱内汇流管结构复杂，联箱安装拆卸难度大。而平翅片U型结构的内聚光热管又因工质受到使用年限的限制，超越一定年限会因工质的因素导致效率衰减。
直通式结构缺点是加工难度大，玻璃金属封接工序多，由于使用波纹管成本高和容易产生漏点，以及两头连接热损大。而内聚光热管结构缺点是铝反射镜成型困难，金属清洁处理与镜面保护难度大，铝镜管内放气量大，高温除气cpc反射曲面形状变化大，而且是不跟踪结构光损大聚光比小。平翅片U型结构翅片面积光效低，管与翅片焊接难度大，焊接后翅片应力难以释放等缺点。
申请人曾于2013年12月30日向中国专利局分别提交了公开号为CN103712357A，CN103697611A和CN103673353A等三个同类发明专利，这些专利申请记载的方案对解决本领域的实际问题，确实发挥的一定的积极作用，在生产实践中也发现它们的技术方案确实存在一些可以改进的地方。
公开号为CN103712357A的专利是将热管的放热端置于导热管道的介质中对其进行加热，热管的冷媒与导热管道的介质为两种不同的物质，其优势在于可以通过选择更加高效的冷媒提高热管的集热效率，但是其加工成本较高。
公开号为CN103697611A的专利是采用直通管的形式，其优势在于通过一端设置的含金属波纹管的封头，这样可以消除外管和吸热管（内管）因温度、材质等因素引起的应力对热管产生的不利影响，尤其是作为高温集热管使用时，因温度、材质等因素引起的应力将具有更大的破坏力。但是，如果把含金属波纹管的封头应用于中温集热管，确实是一种浪费。
公开号为CN103673353A的专利是一种中高温集热管，其结构为内外套管，内进外出，其优势在于通过外管吸热，并可以对内管予以预热，缩小内管出水口与外管交汇处的水温差，但是其加工相对复杂，吸热面积较小。
发明内容
本发明的目的在于，针对申请人在先申请的三个专利在实践中遇到的问题，综合考虑，提供一种适用于中温的单端U型通道太阳能中温集热管。
本发明的目的是这样实现的：一种单端U型通道太阳能中温集热管，包括外壳玻璃管、导热管、吸热翅片、可伐金属和支架，开口端被可伐金属封口的外壳玻璃管腔为真空密封腔，其特征在于，所述的外壳玻璃管为一端开口的玻璃管；导热管为U形金属管，所述的导热管的U形端由外壳玻璃管开口端插入后通过支架支撑于外壳玻璃管腔中，另一端穿越封口的可伐金属伸出外壳玻璃管，外壳玻璃管腔中的U形金属管上设有吸热翅片。
在本发明中，所述的吸热翅片为V形翅片，V形翅片焊接在导热管上。
在本发明中，所述的V形翅片为平底V形的吸热翅片。
在本发明中，所述吸热翅片焊接在导热管上是指：平底V形的吸热翅片外底与导热管的外壁焊接，导热管相对弯曲形成U型管后，平底V形的吸热翅片位于U型管中两根平行导热管之间。
进一步的方案是，两段平底V形的吸热翅片外底与导热管的外壁焊接，导热管相对弯曲形成U型管后，两段平底V形的吸热翅片位于U型管中两根平行导热管之间，两段平底V形的吸热翅片顶部接触后，其截面呈中空的六边形。
在本发明中，所述吸热翅片焊接在导热管上是指：平底V形的吸热翅片内底与导热管的外壁焊接，导热管相对弯曲形成U型管后，平底V形的吸热翅片将导热管遮挡。
进一步的方案是，两段平底V形的吸热翅片内底与导热管的外壁焊接，导热管相对弯曲形成U型管后，两段平底V形的吸热翅片顶部接触，其截面呈中空的六边形。两根导热管位于中空的六边形中。
在本发明中，外壳玻璃管封口处由过渡玻璃与可伐金属对接，可伐金属设有大弧度U型的应力释放弯曲面。可伐金属通过内翻边与超越封口的导热管封接。
本发明的优点在于，由于采用U形导热管，导热管在外壳玻璃管真空腔内的吸热管线相对较长，可以提高集热管的热效率，由于集热管为直通管，导热介质在其中的流阻较小。由于导热管的U形端插入外壳玻璃管腔后通过支架支撑于外壳玻璃管腔中，热胀冷缩时悬浮端的位置可以自调整。采用平底V形的吸热翅片可以增加吸热翅片与导热管外壁的的接触面积。用于平底V形的吸热翅片与导热管的外壁焊接，导热管弯曲后形成U形管，平底V形的吸热翅片接触后其截面形呈中空的六边形，中空的六边形或位于U形管两平行边之间，或将U形管包裹于中空的六边形中，不管哪种状态，吸热面积都比较大，而利用焊接后U管表面使翅片材料用量最小。由于外壳玻璃管封口处的可伐金属设有大弧度U型结构的应力释放弯曲面，可以减少U型金属管与双孔内翻边结构的可伐焊接后应力与真空封接后的综合应力对玻璃的影响。由于外壳玻璃管封口处由过渡玻璃与可伐金属对接，以及可伐金属通过内翻边与超越封口的导热管封接，可以确保其密封的可靠性。本发明结构紧凑稳定性高，造价较低。相互连接、运行维护和操作都很方便。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是图1的A-A截面示意图。
图3是图1的B-B截面示意图。
图4是导热管与吸热翅片的一种焊接形式。
图5是吸热翅片按照图4焊接形式弯曲形成U形管后的示意图。
图6是导热管与吸热翅片的另一种焊接形式。
图7是吸热翅片按照图6焊接形式弯曲形成U形管后的示意图。
图8是本发明的另一种实施方式。
图9是本发明涉及的一种可伐金属封口方式的示意图。
图中：1、导热管，2、可伐金属，3、外壳玻璃管，4、吸热翅片，5、外壳玻璃管腔，6、大弧度的应力释放弯曲面，7、支架，8、过渡玻璃，9、内翻边。
具体实施方式
附图非限制性的公开了本发明实施例的结构，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
由图1、图2和图3可见，本发明包括外壳玻璃管3、导热管1、吸热翅片4、可伐金属2和支架7，被可伐金属2封口的外壳玻璃管腔5为真空密封腔，其中，所述的外壳玻璃管3为一端开口的玻璃管；所述导热管4为U形金属管，所述的导热管4的U形端由外壳玻璃管3开口端插入后通过支架7支撑于外壳玻璃管腔5中，另一端穿越封口的可伐金属2伸出外壳玻璃管，外壳玻璃管腔5中的U形金属管上设有吸热翅片4。在本实施例中，采用的吸热翅片4是V形翅片，V形翅片焊接在导热管1上，导热管1相对弯曲形成U型管后，两个V形翅片顶部接触后其截面形呈中空的菱形。外壳玻璃管3封口处的可伐金属2设有大弧度的应力释放弯曲面6。
具体实施时，吸热翅片4也可以采用平底V形的吸热翅片4。
由图4和图5可见，两个平底V形的吸热翅片4外底与分别与导热管1的外壁焊接，导热管1相对弯曲形成U型管后，两个平底V形的吸热翅片4位于U型管中两根平行导热管1之间，两个平底V形的吸热翅片4顶部接触后其截面形呈中空的六边形。
由图6和图7可见，两个平底V形的吸热翅片4内底与分别与导热管1的外壁焊接，导热管相对弯曲形成U型管后，两根导热管包裹在两个平底V形的吸热翅片中，两个平底V形的吸热翅片接触后其截面形呈中空的六边形。
本发明采用图6图7吸热翅片4焊接形式组成的太阳能中温集热管与本厂生产的相同长度和直径的直通管式的太阳能中温集热管（结构与公开号为CN103697611A的专利相同）进行同期对比试验，实验结果参见表1.
表1 U形中温集热管与直通金属中温集热管的比较
U形中温真空管 直通中温真空管
适合工作温度 100----400摄氏度 100----400摄氏度
100度以上温差效率 40----50% 35%----42%
热损 小 大
批量制造难度 低 难
流阻 小 小
换热速度 采用铜内管，快 采用铜内管，较快
成本造价 200元人民币 600元人民币以上
长期工作可靠性 稳定 波纹管可能失效
因此可见，本发明与直通管式的中温集热管比较，具有一定的竞争技术优势。
由图8可见，具体实施时，还可以将平底V形的吸热翅片4内底与导热管1的外壁焊接，导热管1相对弯曲形成U型管后，平底V形的吸热翅片4将导热管1遮挡。
由图9可见，为了提高外壳玻璃管腔5中真空度的可靠性，外壳玻璃管3封口处由过渡玻璃8与可伐金属2对接，可伐金属2设有U型的大弧度的应力释放弯曲面，同时，可伐金属2通过内翻边9与超越封口的导热管1封接。

Claims (7)

1.一种单端U 型通道太阳能中温集热管，包括外壳玻璃管、导热管、吸热翅片、可伐金属和支架，开口端被可伐金属封口的外壳玻璃管腔为真空密封腔，其特征在于，所述的外壳玻璃管为一端开口的玻璃管；导热管为U 形金属管，所述的导热管的U 形端由外壳玻璃管开口端插入后通过支架支撑于外壳玻璃管腔中，另一端穿越封口的可伐金属伸出外壳玻璃管，外壳玻璃管腔中的U 形金属管上设有吸热翅片；
所述的吸热翅片为平底V 形的吸热翅片，平底V 形的吸热翅片焊接在导热管上。
2.根据权利要求1所述的单端U 型通道太阳能中温集热管，其特征在于，所述吸热翅片焊接在导热管上是指：平底V 形的吸热翅片外底与导热管的外壁焊接，导热管相对弯曲形成U 型管后，平底V 形的吸热翅片位于U 型管中两根平行导热管之间。
3.根据权利要求2所述的单端U 型通道太阳能中温集热管，其特征在于，两段平底V 形的吸热翅片外底与导热管的外壁焊接，导热管相对弯曲形成U 型管后，两段平底V 形的吸热翅片位于U 型管中两根平行导热管之间，两段平底V 形的吸热翅片顶部接触后，其截面呈中空的六边形。
4.根据权利要求1所述的单端U 型通道太阳能中温集热管，其特征在于，所述吸热翅片焊接在导热管上是指：平底V 形的吸热翅片内底与导热管的外壁焊接，导热管相对弯曲形成U 型管后，平底V 形的吸热翅片将导热管遮挡。
5.根据权利要求4所述的单端U 型通道太阳能中温集热管，其特征在于，两段平底V 形的吸热翅片内底与导热管的外壁焊接，导热管相对弯曲形成U 型管后，两段平底V 形的吸热翅片顶部接触，其截面呈中空的六边形，两根导热管位于中空的六边形中。
6.根据权利要求1-5之一所述的单端U 型通道太阳能中温集热管，其特征在于，外壳玻璃管封口处由过渡玻璃与可伐金属对接，可伐金属设有大弧度U 型的应力释放弯曲面。
7.根据权利要求6所述的单端U 型通道太阳能中温集热管，其特征在于，可伐金属通过内翻边与超越封口的导热管封接。
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