CN105115177B - 一种直通式太阳能真空集热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能领域，具体涉及一种直通式太阳能真空集热管；用于太阳能管道集热中，包括外管以及设于外管内的内管，内管与外管之间设有真空腔，内管与外管的两端设有封口，所述一根外管中设有两根内管，两根内管间套接有缓冲套；所述缓冲套包括缓冲块，缓冲块的两端分别设有第一管套与第二管套，第一管套沿着缓冲块向第二管套延伸形成连通；所述第一管套中套接有一根内管、第二管套中套接有一根内管；所述两根内管沿着缓冲套连通形成直通式；至少具有克服内管长度的无法加长的技术瓶颈，提高集热效果及密封性的效果。

Description

一种直通式太阳能真空集热管

技术领域

本发明涉及一种直通式太阳能真空集热管，用于太阳能的集热中。

背景技术

本发明克服了，现有技术中由于内管与外管在受热膨胀时，因膨胀率不同，导致内管集热后膨胀较长碎裂的技术难题。

例如：中国专利申请号 CN00251759.0；申请日 2000.09.22；该发明涉及一种直通式真空集热管，包括外管和内管，内管为二头直通式，其二头加工成波纹形；内管和外管二头在端口处封合，夹层内呈真空状。外管为玻璃罩管，内管为金属圆管。本发明能加速水在集热管内的流动，减少水垢形成的可能，且能适应内管热胀冷缩的需要；由于金属管传热系数高，能产生较好的热效应。

其中，利用内管的两头为波纹形，利用波纹形对内管的热胀进行缓冲，但是该内管的两端热胀后易泄漏。

又例如：中国专利申请号：CN200310114503.3；申请日：2003.12.17；直通式真空集热管属人们生活类产品，主要用于太阳能装置方面的集热管。本发明主要解决提高集热管的效率问题。它主要由内管与外管构成，由两根结构相同的直通式集热管构成，内管与外管构成一体，内管与外管之间为真空夹层，内管与外管的两端对应封闭连接，内管制有镀膜层。本发明的有益效果是可更加有效地吸收太阳能，提高了热能利用率。

其中，该集热管或为圆弧或波纹形的结构形式，利用圆弧或波纹形对内管的热胀进行缓冲，该缓冲形状不易制造，且内管的两端热胀无法彻底密封。

又一例如：中国专利申请号：CN02203575.3；申请日：2002.02.25；一种直通式太阳能真空集热管，所述集热管包括外玻璃罩管，内直通金属吸热管，内外管真空隔层和放置隔层内的密封件，其特征在于构成集热管的内外管两端各有一段是不等径的圆锥管，该段圆锥管构成了一段圆锥环形隔层，将一具有外环面和内圆锥通孔的密封件中放置该段隔层中与内外管圆锥壁面对应贴合，再用一弹簧将密封件压紧并保持与圆锥壁面的紧贴状态，弹簧的一端固定在内金属吸热管上。由此简化了直通式真空集热管的制造工艺，能够在保证产品使用性能的前提下，降低这种集热管的制做成本，有利于产品的推广使用。

其中，该集热管中采用弹簧缓冲内管的热膨胀，该缓冲结构不易密封，安装时不方便。

再例如：申请号：CN201420217989.7；申请日：2014.04.30；本发明提出一种速热式型全玻璃真空集热管式太阳能热水器，其内胆为横卧式上、下双箱体结构，并在上、下箱体底部开有分别插入直通式保温管与全玻璃真空集热管的同心轴线的排孔，因而直通式保温管与全玻璃真空集热管形成具有一定间隙的套管式结构，冷水通过直通式保温管进入全玻璃真空集热管内，集热管中水经吸收阳光快速加热后，热水直接进入热水器上储水箱体内，通过此高效循环加热，不断得到适合使用的热水。本发明与市场上普遍使用的全玻璃真空集热管式太阳能热水器相比，无论一年四季阳光强弱变化，均能快速升温产生适合使用的热水，运行更节能，使用更为人性化。

其中，内外套管的端部密封采用硅橡胶密封圈，进行密封，硅橡胶密封圈较薄无法缓冲内管的热膨胀，且该结构中，只能够安装一根内管，因为内管的热膨胀系数固定导致无法对内管的长度进行加长。

以上专利申请由于它们的发明目的以及所要解决的技术问题均不同，为此导致它们的技术方案包括结构和方法的不同，它们也不能简单地组合用以本专利申请，否则会导致结构设计更复杂，或者不能实施，等等。

如何设计出一种直通式太阳能真空集热管，具有加长内管长度，提高集热效率，克服内管热膨胀破裂的技术瓶颈，成为我们急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，而提供一种直通式太阳能真空集热管。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种直通式太阳能真空集热管，包括外管以及设于外管内的内管，内管与外管之间设有真空腔，内管与外管的两端设有封口；

所述的内管为分体式结构，第一、第二内管之间套接有缓冲套；

所述的缓冲套包括依次排列且相互连通的第一管套、缓冲块和第二管套；

所述第一管套和第二管套中分别套接有第一、第二内管；

所述第一、第二内管、沿着缓冲套连通形成直通式。

利用缓冲套将两根内管连通在一起，提高缓冲套将两根内管连接在一起，两根内管的端部分别固定，利用缓冲套从中间位置对内管的热膨胀进行缓冲，加长了内管的长度，解决了内管的热膨胀系数决定内管为固定尺寸的技术瓶颈。

将两根内管从中间位置进行套接密封，从而将连根内管的位置固定，解决了内管与外管的端部焊接后因热膨胀碎裂的技术瓶颈。

所述缓冲套采用耐高温橡胶材料制作。其中，内管集热较大，温度较高在℃以上，采用耐高温橡胶能够满足设于内管间的使用要求。

所述缓冲套采用氟橡胶或硼硅橡胶制作。

其中，氟橡胶的耐热性较好，能够在300℃的范围内持续工作，提高缓冲套的稳定。

其中，硼硅橡胶，可以在400℃下长期工作，在420℃到480℃下可连续工作几小时，极大的满足了内管集热较大，热膨胀较大时的使用要求。

所述缓冲块靠近外管的一面向内凹陷形成缓冲口。

利用缓冲块进行缓冲的同时，利用缓冲口进一步弥补内管热膨胀时的形变量。

将缓冲口设置成等腰三角形、正方形或者圆弧形等规则形状，将缓冲口对称的安装，分别对两端或两侧的内管形变进行缓冲，增大缓冲套缓冲的形变量。

缓冲口不仅有效的避免，缓冲套被两根内管膨胀挤压导致的变形，而且对缓冲套被挤压时的形变量进行容纳，有利于缓冲套及时恢复原状。

所述缓冲块一侧与第一管套固定连接、另一侧与第二管套固定连接；所述第一管套与第二管套的外部分别固定有至少一个卡子。

利用缓冲块上部的第一管套与一根内管套接；

利用缓冲块下部的第二管套与另一根内管套接；

利用缓冲块将两根内管合并形成直通的。

有效的将两根内管连通在一起，形成加长型的内管，对加长型内管的两端进行固定焊接，不仅稳定性更好，而且密封性较强。

所述第一管套内侧壁与缓冲块上侧表面间隔有上管槽，第一内管插接在上管槽中，第一管套外侧壁与缓冲块上侧表面间隔有上卡槽，至少一个卡子安装在上卡槽中。

利用卡子套接在第一管套的外部对第一管套内侧壁中的内管进行密封，提高第一管套与上部内管的密封效果。

所述第二管套内侧壁与缓冲块下侧表面间隔有下管槽，第二内管插接在下管槽中，第二管套外侧壁与缓冲块下侧表面间隔有下卡槽，至少一个卡子安装在下卡槽中。

利用卡子套接在第二管套的外部对第二管套内侧壁中的内管进行密封，提高第二管套与下部内管的密封效果。

所述卡子包括锁环，以及固定在锁环两端的第一外卡杆、第二外卡杆。

利用环形状的锁环对或第一管套第二管套进行锁紧，通过第一外卡杆、第二外卡杆卡接或插接在第一管套或第二管套中，实现锁环的固定，增强内管与缓冲套之间的密封效果。

所述外管的侧壁或端部上固定有排气尾管。利用排气尾管进行抽真空，在端部固定焊接时，可以将排气尾管固定在外管的侧壁上，以适应不同结构的安装需求。

所述内管与外管之间的真空腔中设有卡簧，卡簧抵触在内管与外管之间并靠近排气尾管，卡簧上设有消气片。

利用卡簧抵触在内管与外管之间保证内管与外管的位置固定且稳定；利用消气片检测真空腔中的抽真空，保证内管与外管之间的隔热效果。

本发明与现有技术相比，具有以下明显优点和效果：

1、结构简单、设计合理；连接紧密、稳定性高；

2、选材方便，便于生产制造，易于普及；

3、内管两端固定连接，热膨胀后不移动，密封性强；

4、克服内管长度的无法加长的技术瓶颈；

5、提高集热效率，使用寿命持久，造价低。

附图说明

图1为本发明的整体结构截面图；

图2为本发明中缓冲套与卡子的连接结构示意图；

图3为本发明图2中卡子的俯视图；

图4为本发明中内管的安装结构示意图；

图5为本发明中缓冲套的A-A方向剖视图；

图6为本发明中缓冲套的B-B方向剖视图；

图中，外管1、内管2、第一内管21、第二内管22、真空腔3、封口4、卡子5、锁环51、第一外卡杆52、第二外卡杆53、缓冲套6、缓冲块61、缓冲口611、上管槽612、上卡槽613、下管槽614、下卡槽615、第一管套62、第二管套63、排气尾管7、卡簧8、消气片9；

R1为外管的内侧壁直径；R2为内管的内侧壁直径；

R3为缓冲块的内侧壁直径；R4为缓冲块的外侧壁直径。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：如图1、2中所示，本发明所述的一种直通式太阳能真空集热管，包括外管1以及设于外管1内的内管2，内管2与外管1之间设有真空腔3，内管2与外管1的两端设有封口4，

所述的内管2为分体式结构，第一、第二内管21、22之间套接有缓冲套6；所述的缓冲套6包括依次排列且相互连通的第一管套62、缓冲块61和第二管套63；所述第一管套62和第二管套63中分别套接有第一、第二内管21、22；

所述第一、第二内管21、22沿着缓冲套6连通形成直通式；至少具有克服内管长度的无法加长的技术瓶颈的效果。

本申请中，充分利用橡胶膨胀系数很小，橡胶的弹性可以弥内管的膨胀导致的形变。

现有技术中，采用波纹状的内管2、螺旋状的内管2来弥补内管2膨胀时的形变量，制造波纹或螺旋状的内管2工艺较复杂，造价较高；在集热管发展的后期，利用弹簧来弥补内管膨胀的形变量，但是始终无法从根本上解决内管2膨胀后密封的问题。

本申请中，加长型内管由两根内管组成，极大的提高了内管的长度，进而提高内管2的集热效率，现有技术中，采用安装多根具有单根内管的集热管来提高集热效率，而本申请中，缓冲套6安装在两根内管的中间位置，有效避免加长型内管顶端温度过高对缓冲套6的加热，又避免加长型内管底端温度低，导致缓冲套6形变后无法恢复的情景。

缓冲套6设置在中间位置，能够保证在固定的温度下始终吸收内管2的形变量。

参见图1~图6中所示，一种直通式太阳能真空集热管，包括外管1以及设于外管1内的内管2，内管2与外管1之间设有真空腔3，内管2与外管1的两端设有封口4，其中，所述一根外管1中设有两根内管2，两根内管2分别为第一内管21与第二内管22；两根内管2间套接有缓冲套6；第一内管21与第二内管22之间套接有缓冲套6；利用耐高温弹性材料制作出的缓冲套6弥补两根内管2受热时产生的形变量，从而使两根内管2的端部进行固定，从根本上解决了现有技术中单根内管2的不断变形分解膨胀系数的问题，彻底解决热膨胀导致内管2破裂的问题。

本申请中，使用的内管2直接设计为直通型、空心圆柱形或直管型的内管2即可，极大降低了制造内管2时的复杂工艺，现在仅需制造直管型的内管2即可。

所述缓冲套6包括缓冲块61，缓冲块61的两端分别设有第一管套62与第二管套63，第一管套62沿着缓冲块61向第二管套63延伸形成连通；利用第一管套62与第二管套63及缓冲块61连通形成具有套接两根内管2的连通结构，通过连通结构的缓冲套6将两根直形的内管连接在一起，分段的直管型内管2，不仅便于制造，而且价格便宜，制造工艺简单。

将整体呈圆环状的缓冲套6限定在两根内管2之间，即第一内管21与第二内管22之间，便可以形成加长型的内管，克服现有技术中，因为单根内管2制造过长时，发生受热膨胀碎裂或热膨胀后无法密封的技术瓶颈。

所述第一管套62中套接有第一内管21、第二管套63中套接有第二内管22；所述第一内管21、第二内管22沿着缓冲套6连通形成直通式。

将缓冲套6放置在中间位置，可以避免加长型内管顶端温度过高、底端温度低，将缓冲套6保持在稳定的温度中，便于对上下两根内管2热膨胀的形变量进行吸收。

所述缓冲套6采用耐高温橡胶材料制作，本申请中耐高温弹性材料采用耐高温橡胶材料，便于选材，且容易开模制造，价格较低。

所述缓冲套6采用氟橡胶或硼硅橡胶制作，受热后稳定性较高，满足使用要求，且使用寿命持久。

利用氟橡胶能够在300℃的范围内持续工作，提高缓冲套6的稳定，且该材料使用较广泛，有利于制造。

硼硅橡胶的耐热性好，可在400℃下长期工作，在420℃到480℃下可连续工作几小时，极大满足集热管受热时缓冲套6的稳定性。

所述缓冲块61表面向内凹陷有缓冲口611，缓冲口611设于第一管套62与第二管套63之间的缓冲块61上。

利用缓冲口611进一步对两根内管2的热膨胀形变量进行缓冲与弥补；在两根内管2套接在第一管套62与第二管套63以后，对缓冲块61的两端或上下两侧面进行挤压时，利用弹性的缓冲块61对两根内管2的热膨胀形变进行吸收，同时，通过规则形状的缓冲口611对形变的挤压变形进行容纳，避免缓冲块61受挤压后变形时，缓冲块61能够即使恢复至原状。

在缓冲块61中设置规则形状的缓冲口611，其中为对称形状的等腰三角形、正方形、矩形或圆弧形，其中圆弧形与三角形挤压变形后回复效果较好，最优方案为圆弧形的缓冲口611，长期使用后回复效果较好。

该缓冲口611可以向内也可以向外，其中缓冲口611向外开口制造起来比较方便。本申请图1至图5中所示均为向外开口的缓冲口611。

所述缓冲块61一侧与第一管套62固定连接、另一侧与第二管套63固定连接；所述第一管套62与第二管套63的外部分别固定有至少一个卡子5。

其中缓冲块61上下两侧的第一管套62与第二管套63，采用开模进行制作，便于批量生产，且生产出的缓冲套6密封性稳定，热变形统一；卡子5套接在第一管套62与第二管套63上，从而进一步提高缓冲套6与下两根内管2之间的密封性。

所述第一管套62内侧壁与缓冲块61上侧表面间隔有上管槽612，一根内管2插接在上管槽612中，第一管套62外侧壁与缓冲块61上侧表面间隔有上卡槽613，至少一个卡子5安装在上卡槽613中。

设置上管槽612与上部内管2的下部端面对接，形成密封结构，在上部内管2热膨胀时，抵压在上管槽612中，上部内管2热膨胀越大则两者之间抵压越紧密，密封性越好。

再利用至少一个卡子5对第一管套62外侧壁进行抱紧，从而使第一管套62的内侧壁与上部内管2的下部侧面挤压接触，形成密封结构。

所述第二管套63内侧壁与缓冲块61下侧表面间隔有下管槽614，一根内管2插接在下管槽614中，第二管套63外侧壁与缓冲块61下侧表面间隔有下卡槽615，至少一个卡子5安装在下卡槽615中。

设置下管槽614与下部内管2的上部端面对接，形成密封结构，在下部内管2热膨胀时，抵压在下管槽614中，下部内管2热膨胀越大则两者之间抵压越紧密，密封性越好。

再利用至少一个卡子5对第二管套63外侧壁进行抱紧，从而使第二管套63的内侧壁与下部内管2的上部侧面挤压接触，形成密封结构。

本申请中，充分利用了耐高温弹性的挤压变形进行密封，以及内管2热膨胀实现的密封，即内管2热膨胀越大则挤压时密封性越好，而且充分利用缓冲口611的形状弥补缓冲块61的挤压变形，从根本上避免了缓冲块61的挤压变形导致无法恢复至原状。

所述卡子5包括锁环51，以及固定在锁环51两端的第一外卡杆52、第二外卡杆53。

本申请的实施例中，采用3根锁环51对第一管套62的上中下三个位置进行抱紧，实现多级密封的效果。

同样，采用3根锁环51对第二管套63的上中下三个位置进行抱紧，实现多级密封的效果。

所述外管1的侧壁或端部上固定有排气尾管7；在外管1的端部固定时，将排气尾管7安装在外管1的侧壁；在外管1的侧部固定时，将排气尾管7安装在外管1的端部；从满足不同安装结构的要求。

所述内管2与外管1之间的真空腔3中设有卡簧8，卡簧8抵触在内管2与外管1之间并靠近排气尾管7，卡簧8上设有消气片9。

利用S形的卡簧8限定在内管2与外管1之间保证真空腔3稳定的间隔，不会发生内管2与外管1相对位置的变动，在真空腔3中设置对称的卡簧8，或者在真空腔3中设置环形的卡簧8，充分利用卡簧8限定内管2与外管1的位置更加稳定。

缓冲块61的内侧壁直径R3小于内管2的内侧壁直径R2；

缓冲块61的外侧壁直径R4大于内管2的内侧壁直径R2；

将内管2的横截面卡接在缓冲块61的横截面上；实现截面的密封。

R1为外管的内侧壁直径；R2为内管的内侧壁直径；

R3为缓冲块的内侧壁直径；R4为缓冲块的外侧壁直径

缓冲块61的外侧壁直径R4小于外管的内侧壁直径R1；

外管的内侧壁直径R1大于内管的内侧壁直径R2

便于将缓冲块61安装在外管1中，避免缓冲块61受到内管2的挤压后将外管1涨裂。

通过上述描述，本领域的技术人员已能实施。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明；而且，本发明零部件所取的名称也可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。

Claims (1)

1.一种直通式太阳能真空集热管，包括外管（1）以及设于外管（1）内的内管（2），内管（2）与外管（1）之间设有真空腔（3），内管（2）与外管（1）的两端设有封口（4），其特征在于：所述的内管（2）为分体式结构，第一内管（21）和第二内管（22）之间套接有缓冲套（6），所述缓冲套（6）安装在第一内管（21）和第二内管（22）的中间位置；所述的缓冲套（6）包括依次排列且相互连通的第一管套（62）、缓冲块（61）和第二管套（63）；所述缓冲块（61）靠近外管（1）的一面向内凹陷形成缓冲口（611），所述缓冲口（611）形状为等腰三角形或者圆弧形；所述第一管套（62）和第二管套（63）中分别套接有第一内管（21）和第二内管（22）；所述缓冲块（61）一侧与第一管套（62）固定连接、另一侧与第二管套（63）固定连接；所述第一管套（62）与第二管套（63）的外部分别固定有至少一个卡子（5）；所述第一管套（62）内侧壁与缓冲块（61）上侧表面形成上管槽（612），第一内管（21）插接在上管槽（612）中，第一管套（62）外侧壁与缓冲块（61）上侧表面形成上卡槽（613），至少一个卡子（5）安装在上卡槽（613）中；所述第一内管（21）和第二内管（22）沿着缓冲套（6）连通形成直通式；所述缓冲套（6）采用耐高温橡胶材料制作，其中所述耐高温橡胶材料为氟橡胶或硼硅橡胶；所述第二管套（63）内侧壁与缓冲块（61）下侧表面形成下管槽（614），第二内管（22）插接在下管槽（614）中，第二管套（63）外侧壁与缓冲块（61）下侧表面形成下卡槽（615），至少一个卡子（5）安装在下卡槽（615）中；所述卡子（5）包括锁环（51），以及固定在锁环（51）两端的第一外卡杆（52）、第二外卡杆（53）；所述外管（1）的侧壁或端部上固定有排气尾管（7）；所述内管（2）与外管（1）之间的真空腔（3）中设有卡簧（8），卡簧（8）抵触在内管（2）与外管（1）之间并靠近排气尾管（7），卡簧（8）上设有消气片（9）。