CN105066487A - 一种双开口真空集热管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双开口真空集热管，具有内外两管，外管为玻璃管，内管为金属管，所述金属内管与玻璃外管形成的密封空间经抽真空形成真空间隙夹层，使用密封件对金属内管和玻璃外管两端进行密封，密封两端的密封件上，在一端密封件上设置有抽真空接口和开口，另一端密封件上设置开口。真空集热管外壁采用玻璃材料、内壁采用不锈钢、铜、钛合金等金属或合金材料，与玻璃材料相比，具有很好的承压特性，解决了现有双开口玻璃真空管承压能力低、无法应用于需要系统承压的太阳能热水系统的问题。利用管口特殊的密封部件，解决了现有玻璃真空集热管与金属管连接处的熔封、膨胀、及应力导致玻璃管破碎的技术难题，并使得系统内部的热交换更充分。

Description

一种双开口真空集热管

技术领域

本发明涉及一种集热管，尤其是一种双开口真空集热管。

背景技术

随着人们环保意识的不断加强，越来越多的消费者倾向于选择太阳能热水器。集热管是太阳能热水器的核心，其结构如同一拉长的暖瓶胆，内外层之间为真空。在内玻璃管的外表面上利用特种工艺涂有光谱选择性吸收涂层用来最大限度的吸收太阳辐射能。现有的集热管都是一端开口一端封闭，形成U形管的形状。然其缺点为当使用于自然循环式时，会在集热管的封闭端累积水垢，若长时间不加以清除，水垢会堵塞内管的出口端。若用于强制循环式集热系统，则会使系统的冷热水混合，严重降低集热效率。

在申请号为95211721.5和98206311.3的中国专利，目前公开的双开口的真空集热管内外管均为玻璃材料，热水始终位于上部，经微循环把热水输送到保温水箱中，当打开任何供水系统时，热水器内的热水便依靠自然落差流出，落差越大，水压越高。由于太阳能热水器的集热管为玻璃材质，无法应用于需要系统承压的太阳能热水系统中。

在台湾地区专利(申请案号84203765)说明书中公开的一种集热管为单开口式玻璃集热管1内部插入一单开口金属管2，其内部有一隔板3，见图1。该种真空玻璃管因需使玻璃与金属密接，故制作较不易，且两材料膨胀系数不同，密接处容易因热而破裂，以致失去真空度。

发明内容

本发明针对以上单开口或双开口真空集热管存在的技术问题，提供一种双开口真空集热管，已解决现有真空集热管中水垢易堆积、难清理，不承压，密封处易炸裂问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种双开口真空集热管，具有内外两管，外管为玻璃管，内管为金属管，其中金属内管与玻璃外管形成的密封空间经抽真空形成真空间隙夹层。金属内管和玻璃外管两端使用密封件进行密封，密封两端的密封件上，在一端密封件上设置有抽真空接口和开口，另一端密封件上只设置开口，形成双开口真空集热管。

为了最大限度的吸收太阳辐射能，所述金属内管外表面镀有一层太阳光选择性吸收涂层。

进一步改进，所述真空间隙夹层真空度高于10^-2pa，更好的防止金属内管吸收的太阳能辐射热经外管散与周围环境中。

进一步改进，所述金属内管为不锈钢、铜、钛合金等制成，不会因为水压高等原因使得真空集热管内管炸裂，更好的应用于需要系统承压的太阳能热水系统中。

为了解决玻璃与金属密接制作不易，本发明的进一步改进在于，所述密封件为具有凸台结构的圆柱体，圆柱形凸台侧面和底部圆环面与玻璃管紧密结合，凸台面与金属管紧密结合。

由于玻璃与金属两材料膨胀系数不同，密接处容易因热而破裂，以致失去真空度，主要原因经大量实验分析，在抽真空过程中玻璃管受到封密件对其的压力F，会在竖直方向上玻璃管与密封部件之间产生主要应力点，使得密接处容易因热而破裂，图2中4所示的位置。

为此，进一步的改进在于，所述密封件凸台高度为所述玻璃管壁厚的3～50倍，密封件的凸台面均匀分布若干半圆形或椭圆形凸起单元，其中凸起单元底部之间圆形或椭圆两两共切。假设密封件的凸起单元底部之间圆形直径为Φ1，凸台直径为Φ2，则有n=Φ2/Φ1，n=50～1000。

进一步改进在于，所述密封件为具有耐高温、隔热、密封、缓冲的作用材料，包括但不限于橡胶等材料。

与现有技术相比，真空集热管外壁采用玻璃材料、内壁采用不锈钢、铜、钛合金等金属材料与玻璃材料相比，具有很好的承压特性，解决了现有双开口玻璃真空管承压能力低、无法应用于需要系统承压的太阳能热水系统的问题。利用管口特殊的密封部件，解决了现有玻璃真空集热管与金属管连接处的熔封、膨胀、及应力导致玻璃管破碎的技术难题，并使得系统内部的热交换更充分。

附图说明

图1现有技术真空集热管剖面图

图2抽真空时玻璃管应力分布图

图3本发明双开口真空集热管剖面图

图4密封件主视图

图5密封件立体示意图

图中1为玻璃管，2为金属管，3为隔板，4为应力点，5为金属管，6为玻璃管，7为密封部件，8为开口，9为抽真空接口，10为太阳光选择性吸收涂层，11为真空间隙夹层。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作进一步详细说明，但不是对本发明的限制。

本发明公开了一种双开口真空集热管，如图3所示，具有内外两管，外管为玻璃管6，内管为金属管5，其中金属内管与玻璃外管形成的密封空间经抽真空形成真空间隙夹层11。真空间隙夹层真空度高于10^-2pa，可以更好的防止金属内管吸收的太阳能辐射热经外管散与周围环境中。金属内管和玻璃外管两端使用密封件7进行密封，密封两端的密封件上，在一端密封件上设置有抽真空接口9和开口8，另一端密封件上只设置开口8，形成双开口真空集热管。为了最大限度的吸收太阳辐射能，其中在金属内管外表面镀有一层太阳光选择性吸收涂层10。金属内管为不锈钢、铜、钛合金等制成，不会因为水压高等原因使得真空集热管内管炸裂，更好的应用于需要系统承压的太阳能热水系统中。

实际工作时，从抽真空接口9抽真空，密封件7对玻璃管压力F，见图2，会在4所示位置产生主要应力，一种实施方式中，如图4，所示，密封件7其结构为具有凸台结构的圆柱体，圆柱形凸台侧面和底部圆环面与玻璃管紧密结合，凸台面与金属管紧密结合实现了玻璃与金属密封；所述密封件凸台高度为所述玻璃管壁厚的3～50倍，而凸台面均匀分布若干半圆形或椭圆形凸起单元，其中凸起单元底部之间圆形或椭圆两两共切，见图5。假设密封件的凸起单元底部之间圆形直径为Φ1，凸台直径为Φ2，则有n=Φ2/Φ1，n=50～1000。

一种优选的方式中，选取密封件材料为橡胶件，当n=100，或者密封件凸台高度为所述玻璃管壁厚的10倍时，此时的橡胶密封件上均匀布满数量适合的凸起单元，既能起到密封作用，又具备良好的缓冲作用，使得在竖直方向上玻璃管与密封部件之间不会产生太大的应力。有效防止在抽真空时玻璃与金属密接处玻璃管的炸裂。

另一种优选方式中，n=600，或者密封件凸台高度为所述玻璃管壁厚的14倍时，选用橡胶密封件，也起到了良好的密封、隔热、缓冲作用。当n小于50或大于1000时，橡胶密封件上的凸起单元数量太少或太多，凸起缓冲效果减弱。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的构思作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种双开口真空集热管，包括玻璃管、金属管和密封件，具有内外两管，外管为玻璃管，内管为金属管，其特征在于，所述金属内管与玻璃外管形成的密封空间经抽真空形成真空间隙夹层，所述密封件对金属内管和玻璃外管两端进行密封，密封两端的密封件上，在一端密封件上设置有抽真空接口和开口，另一端密封件上设置开口。

2.根据权利要求1所述的一种双开口真空集热管，其特征在于，所述金属内管外表面镀有一层太阳光选择性吸收涂层。

3.根据权利要求1所述的一种双开口真空集热管，其特征在于，所述真空间隙夹层真空度高于10-2pa。

4.根据权利要求1所述的一种双开口真空集热管，其特征在于，所述金属内管为不锈钢、铜、钛合金等制成。

5.根据权利要求1所述的一种双开口真空集热管，其特征在于，所述密封件为具有凸台结构的圆柱体，圆柱形凸台侧面和底部圆环面与所述玻璃管紧密结合，凸台面与所述金属管紧密结合。

6.根据权利要求5所述的一种双开口真空集热管，其特征在于，所述密封件凸台高度为所述玻璃管壁厚的3～50倍。

7.根据权利要求5或6所述的一种双开口真空集热管，其特征在于，所述密封件的凸台面均匀分布若干半圆形或椭圆形凸起单元，所述凸起单元底部之间圆形或椭圆两两共切。

8.根据权利要求7所述的一种双开口真空集热管，其特征在于，所述密封件的凸起单元底部之间圆形直径为Φ1，凸台直径为Φ2，则有n=Φ2/Φ1，n=50～1000。

9.根据权利要求5至8任意一项所述的一种双开口真空集热管，其特征在于，所述密封件为具有耐高温、隔热、密封、缓冲的作用材料。