CN106016776A - 一种全玻璃热管真空太阳集热器 - Google Patents

一种全玻璃热管真空太阳集热器 Download PDF

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Abstract

一种全玻璃热管真空太阳集热器，包括联箱和一端插入联箱内且与其密封连接的全玻璃热管真空太阳集热管，联箱内部具有内胆，全玻璃热管真空太阳集热管包括：罩玻璃管和套接在罩玻璃管内的内玻璃管；以及套接在内玻璃管内的冷凝管；罩玻璃管、内玻璃管和冷凝管均具有一半球形封闭端和一敞开端；罩玻璃管与内玻璃管之间为真空夹层，内玻璃管的外壁镀有太阳能选择性吸收涂层；内玻璃管和冷凝管封闭形成蒸发段，蒸发段内填充有传热工质；传热工质透过冷凝管的管壁加热内胆内的水。本发明解决了普通全玻璃真空管管内走水，冬季易冻坏的问题。

Description

一种全玻璃热管真空太阳集热器
技术领域
本发明涉及太阳能热利用领域，尤其涉及一种全玻璃热管真空太阳集热器。
背景技术
全玻璃真空太阳集热管是集热器的核心部件。现有的全玻璃真空太阳集热管整体像一个拉长的暖水瓶胆，具体由两根套装在一起的内玻璃管与罩玻璃管组成，内玻璃管与罩玻璃管之间抽成真空，在内玻璃管的外表面沉积太阳选择性吸收表面、涂层或膜系，构成吸热体，以此将太阳光能转换为热能，从而加热内玻璃管内的传热流体。全玻璃真空太阳集热管中的内玻璃管与罩玻璃管同心设置，采用单端开口设计，其一端的内玻璃管和罩玻璃管采用环形熔封，另一端是密闭半球形，且设有带吸气剂的支撑卡片，吸热体内玻璃管半球形支承在罩玻璃管半球形端，形成热膨胀的自由端，缓冲工作时引起的全玻璃真空太阳集热管敞开端部的热应力。
这种全玻璃真空太阳集热管的集热器在使用过程中存在诸多问题，其中最主要的问题就是全玻璃真空太阳集热管内存水过多，造成全玻璃真空太阳集热管内的水升温缓慢，进而使整个系统循环速度变慢。由于全玻璃真空太阳集热管中的热水无法完全取出，所以当全玻璃真空太阳集热管管径越粗、管长越长时，无法取出的水就更多，致使系统的集热效率降低。
近几年，全玻璃热管真空太阳集热器越来越普及，其核心部件全玻璃热管真空太阳集热管，是在全玻璃真空太阳集热管的管口对接一个一端密闭的玻璃管，对接玻璃管与镀有选择性吸收涂层的内管组成密闭空间，具有低真空，并充入传热工质。对接玻璃管作为热管冷凝管，镀有选择性吸收涂层的内管作为热管蒸发段，即热交换段，当蒸发段吸收太阳辐射热能受热时，传热工质蒸发汽化，蒸汽在压差作用下以声速流向冷凝管，并释放出热能后凝结成液体，液体再沿内管管壁流回蒸发段，如此周而复始，实现利用太阳能加热。
这种全玻璃热管真空太阳集热管冷凝管太长，致使联箱截面尺寸偏大，制造较困难；这种全玻璃热管真空太阳集热管组成的热水器总储水量比全玻璃真空太阳集热管热水器少很多，理论效率应该很高，但因为玻璃是热的不良导体，导热系数仅1.2 W/mk，为铜导热系数的千分之几，严重影响冷凝管释放热量。
由此可见，上述现有的全玻璃热管真空太阳集热管在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷。创设一种新型的全玻璃热管真空太阳集热管，并同时设计新型集热器，使其更具有实用性，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全玻璃热管真空太阳集热器，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种全玻璃热管真空太阳集热器，包括联箱和一端插入所述联箱内且与其密封连接的全玻璃热管真空太阳集热管，所述联箱内部具有内胆，所述全玻璃热管真空太阳集热管包括：罩玻璃管；和套接在所述罩玻璃管内的内玻璃管；以及，套接在所述内玻璃管内的冷凝管；所述罩玻璃管、所述内玻璃管和所述冷凝管均具有一半球形封闭端和一敞开端；所述罩玻璃管与所述内玻璃管之间为真空夹层，所述内玻璃管的外壁镀有太阳能选择性吸收涂层；所述内玻璃管和所述冷凝管封闭形成蒸发段，所述蒸发段内填充有传热工质；所述传热工质透过所述冷凝管的管壁加热所述内胆内的水。
优选地，所述罩玻璃管的敞开端与所述内玻璃管的外壁环形熔封，所述内玻璃管的敞开端与所述冷凝管的敞开端环形熔封，所述冷凝管的内腔与所述内胆联通。
优选地，所述罩玻璃管的敞开端与所述冷凝管的敞开端环形熔封，所述内玻璃管的敞开端与所述冷凝管的外壁环形熔封，所述冷凝管的内腔与所述内胆联通。
优选地，所述罩玻璃管的敞开端与所述内玻璃管的敞开端环形熔封，所述内玻璃管的敞开端与所述冷凝管的敞开端环形熔封，所述冷凝管的内腔与所述内胆联通。
优选地，所述罩玻璃管的敞开端与所述内玻璃管的敞开端环形熔封，所述冷凝管的敞开端与所述内玻璃管的敞开端方向相反，且所述冷凝管的敞开端与所述内玻璃管的内壁环形熔封，所述冷凝管的外壁与所述内玻璃管内壁之间的环形腔体与所述内胆联通。
优选地，所述冷凝管内部固定设置有一水中玻璃管。
优选地，所述冷凝管的外壁上，与所述真空夹层相接触的一段镀有太阳能选择性吸收涂层。
优选地，所述内玻璃管的半球形封闭端的外壁与所述罩玻璃管的半球形封闭端的内壁通过支撑卡片固定连接，所述支撑卡片设置有吸气剂。
优选地，所述联箱包括外壳，所述外壳内部为保温层，所述内胆设置在所述保温层内。
优选地，所述外壳剖面为矩形、多边形、圆形或者椭圆形；所述内胆为矩形、多边形、圆形或者“D”字形。
本发明的有益效果是：本发明专利不但解决了普通全玻璃真空管管内走水，冬季容易冻坏的问题，而且提出了一种新型全玻璃热管真空太阳集热器，解决了普通全玻璃热管真空太阳集热管冷凝段进入联箱内胆太多，集热器截面尺寸太大，制造较困难的问题。
附图说明
图1是本发明实施例1的全玻璃热管真空太阳集热器结构示意图；
图2是本发明实施例1中全玻璃热管真空太阳集热管的结构示意图；
图3是本发明实施例1的全玻璃热管真空太阳集热器剖面结构示意图；
图4是本发明实施例2中全玻璃热管真空太阳集热管的结构示意图；
图5是本发明实施例2的全玻璃热管真空太阳集热器剖面结构示意图；
图6是本发明实施例2的全玻璃热管真空太阳集热器结构示意图；
图7是本发明实施例3中全玻璃热管真空太阳集热管的结构示意图；
图8是本发明实施例3的全玻璃热管真空太阳集热器剖面结构示意图；
图9是本发明实施例3的全玻璃热管真空太阳集热器结构示意图；
图10是本发明实施例4中全玻璃热管真空太阳集热管的结构示意图；
图11是本发明实施例4的全玻璃热管真空太阳集热器剖面结构示意图；
图12是本发明实施例5的全玻璃热管真空太阳集热器剖面结构示意图；
附图标记：1-吸气镜面，2-吸气剂，3-传热工质，4-支撑卡片，5-真空夹层，6-太阳能选择性吸收涂层，7-内玻璃管，8-罩玻璃管，9-蒸发段，10-冷凝管，11-进水嘴，12-联箱，13-出水嘴，14-全玻璃热管真空太阳集热管，15-挡风圈，16-多边形外壳，17-保温层，18-内置密封圈，19-密封圈，20-连接水嘴，21-内胆，22-矩形外壳，23-圆形外壳，24-矩形内胆，25-水中玻璃管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：如图1所示，为本发明全玻璃热管真空太阳集热器的实施例1的结构示意图，其中包括：联箱12和全玻璃热管真空太阳集热管14两部分。全玻璃热管真空太阳集热管14管口直插在联箱12中，太阳光被全玻璃热管真空太阳集热管14吸收并转换成热量，传导给联箱12中的水，联箱12两侧安装有进水嘴11和出水嘴13，水从进水嘴11进入联箱12，被加热后，从出水嘴13流出。
图2是本发明实施例1中全玻璃热管真空太阳集热管14的结构示意图。图2中，罩玻璃管8和内玻璃管7，两者均为一端封闭，且其封闭端的形状优选为半球形密闭端，另一端敞开。内玻璃管7的封闭端通过支撑卡片4套设在罩玻璃管8的封闭端内，可见罩玻璃管8和内玻璃管7为套接，且两者的封闭端和敞开端方向一致；其中支撑卡片4起到将内玻璃管7固定在罩玻璃管8内的作用。
罩玻璃管8的敞开端和内玻璃管7的敞开端下部内管外壁之间为环形熔封，从而在内玻璃管7的外壁和罩玻璃管8的内壁间形成一个密封空间，对该密封空间进行抽真空处理，使其成为一个真空夹层5，该真空夹层5起到保温隔热的作用。内玻璃管7的外壁镀有选择性吸收涂层6，选择性吸收涂层6可优选为体吸收型涂层、干涉型吸收涂层、金属陶瓷复合涂层或表面结构型吸收涂层。
在支撑卡片4上设有吸气剂2，吸气剂2可以为蒸散型吸气剂或非蒸散型吸气剂。蒸散型吸气剂优选为钡铝镍吸气剂或掺氮吸气剂；非蒸散型吸气剂优选为单质体积型吸气剂、合金体积型吸气剂或大比表面积型吸气剂。设置了吸气剂2后，罩玻璃管8的封闭端的内部即构成了一个吸气镜面1，可以吸收全玻璃热管真空太阳集热管14在工作过程中因高温释放出的气体。
同时实施例1还必须包括一个冷凝管10，冷凝管10为一长度和直径均小于内玻璃管7的小玻璃管，冷凝管10的管口和内玻璃管7的管口环形熔封，使内玻璃管7和冷凝管10形成密闭空间，即蒸发段9。内玻璃管7和冷凝管10间的密闭空间内设有传热工质3。作为优选，可以根据对热管性能的不同要求，选择冷凝管10的长度。
图3是本发明实施例1的全玻璃热管真空太阳集热器剖面结构示意图；该图中，全玻璃热管真空太阳集热管14管口直插进联箱12，管口最外端通过挡风圈15和联箱12的多边形外壳16紧密接触，起到挡风和密封的作用。联箱12由多边形外壳16、保温层17和内胆21组成。全玻璃热管真空太阳集热管14通过内置密封圈18和连接水嘴20紧密连接，连接水嘴20通过密封圈19和内胆21紧密连接。
实施例1工作过程如下：太阳能辐射光透过全玻璃热管真空太阳集热管14的外玻璃管8被附着在内玻璃管7外壁上的太阳能选择性吸收涂层6吸收，加热内玻璃管7和冷凝管10之间密闭空间内的传热工质3，传热工质3受热蒸发，遇到冷凝管10变成液体流回蒸发段9，把热量传给冷凝管10内的水，水被加热后流到联箱12的内胆21内，从而加热了内胆21内的水。集热器外部的水通过进水嘴11流到联箱12的内胆21内，被加热后从出水嘴13流出。
实施例2：如图4、图 5和图6所示，实施例2与实施例1基本结构相同，其不同之处在于：
图4是本发明实施例2中全玻璃热管真空太阳集热管的结构示意图，与实施例1基本结构相同，其不同之处在于实施例1，见图2，太阳能选择性吸收涂层6仅附着在内玻璃管7外表面；实施例2中，如图4所示，太阳能选择性吸收涂层6附着在内玻璃管7外表面和部分蒸发段10外表面。
图5是本发明实施例2的全玻璃热管真空太阳集热器剖面结构示意图，与实施例1基本结构相同，其不同之处在于实施例1，见图3，太阳能选择性吸收涂层6仅附着在内玻璃管7外表面；实施例2中，见图7，太阳能选择性吸收涂层6附着在内玻璃管7外表面和部分蒸发段10外表面。
图6是本发明实施例2的全玻璃热管真空太阳集热器结构示意图，与实施例1不同之处在于：实施例1中，见图1，进水嘴11和出水嘴13位于联箱12两侧同一水平位置；实施例2中，见图6，进水嘴11和出水嘴13位于联箱12两侧，进水嘴11水平位置低于出水嘴13。
实施例3：如图7、图 8和图9所示，实施例3与实施例1和实施例2基本结构相同，其不同之处在于：
图7为本发明的实施例3中全玻璃热管真空太阳集热管的结构示意图。与实施例1和实施2中全玻璃热管真空太阳集热管的结构示意图基本结构相同，其不同之处在于：罩玻璃管8、内玻璃管7、冷凝管10直接环形熔封在一起，冷凝管10内有水中玻璃管25，可以减少冷凝管10内的含水量。
图8为实施例3的全玻璃热管真空太阳集热器剖面结构示意图，与实施例1和实施2中联箱的剖面结构示意图基本结构相同，其不同之处在于：联箱12外壳是圆形外壳23。
如图9所示，实施例3的全玻璃热管真空太阳集热器结构示意图，与实施例1和实施2中的结构示意图基本结构相同，其不同之处在于：联箱12的进水嘴11和出水嘴13安装在集热管对面。
实施例4：如图10、图11和图9所示，实施例4与实施例3基本结构相同，其不同之处在于：
如图10所示，为本发明的实施例4中全玻璃热管真空太阳集热管的结构示意图。与实施例1、实施例2和实施例3中全玻璃热管真空太阳集热管的结构示意图基本结构相同，其不同之处在于：冷凝管10直接和内玻璃管7熔封在一起，冷凝管10的圆头方向朝向内玻璃管管口，与以上实施例中冷凝管10的圆头方向相反。
如图11所示，实施例4的剖面结构示意图，与实施例3中联箱的剖面结构示意图基本结构相同，其不同之处在于：联箱12内是矩形内胆24，联箱12外是矩形外壳22。
实施例5：如图10、图 12和图9所示，实施例5与实施例4基本结构相同，其不同之处在于：
如图12所示，实施例5的剖面结构示意图，与实施例4中联箱的剖面结构示意图基本结构相同，其不同之处在于：全玻璃热管真空太阳集热管14通过挡风圈15和内置密封圈18直接插入联箱12。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明专利不但解决了普通全玻璃真空管管内走水，冬季容易冻坏的问题，而且提出了一种新型全玻璃热管真空太阳集热器，解决了普通全玻璃热管真空太阳集热管冷凝段进入联箱内胆太多，集热器截面尺寸太大，制造较困难的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种全玻璃热管真空太阳集热器，包括联箱（12）和一端插入所述联箱（12）内且与其密封连接的全玻璃热管真空太阳集热管（14），所述联箱（12）内部具有内胆（21），其特征在于，所述全玻璃热管真空太阳集热管（14）包括：
罩玻璃管（8）；和
套接在所述罩玻璃管（8）内的内玻璃管（7）；以及，
套接在所述内玻璃管（7）内的冷凝管（10）；
所述罩玻璃管（8）、所述内玻璃管（7）和所述冷凝管（10）均具有一半球形封闭端和一敞开端；
所述罩玻璃管（8）与所述内玻璃管（7）之间为真空夹层（5），所述内玻璃管（7）的外壁镀有太阳能选择性吸收涂层（6）；
所述内玻璃管（7）和所述冷凝管（10）封闭形成蒸发段（9），所述蒸发段（9）内填充有传热工质（3）；
所述传热工质（3）透过所述冷凝管（10）的管壁加热所述内胆（21）内的水。
2.根据权利要求1所述的全玻璃热管真空太阳集热器，其特征在于，所述罩玻璃管（8）的敞开端与所述内玻璃管（7）的外壁环形熔封，所述内玻璃管（7）的敞开端与所述冷凝管（10）的敞开端环形熔封，所述冷凝管（10）的内腔与所述内胆（21）联通。
3.根据权利要求1所述的全玻璃热管真空太阳集热器，其特征在于，所述罩玻璃管（8）的敞开端与所述冷凝管（10）的敞开端环形熔封，所述内玻璃管（7）的敞开端与所述冷凝管（10）的外壁环形熔封，所述冷凝管（10）的内腔与所述内胆（21）联通。
4.根据权利要求1所述的全玻璃热管真空太阳集热器，其特征在于，所述罩玻璃管（8）的敞开端与所述内玻璃管（7）的敞开端环形熔封，所述内玻璃管（7）的敞开端与所述冷凝管（10）的敞开端环形熔封，所述冷凝管（10）的内腔与所述内胆（21）联通。
5.根据权利要求1所述的全玻璃热管真空太阳集热器，其特征在于，所述罩玻璃管（8）的敞开端与所述内玻璃管（7）的敞开端环形熔封，所述冷凝管（10）的敞开端与所述内玻璃管（7）的敞开端方向相反，且所述冷凝管（10）的敞开端与所述内玻璃管（7）的内壁环形熔封，所述冷凝管（10）的外壁与所述内玻璃管（7）内壁之间的环形腔体与所述内胆（21）联通。
6.根据权利要求2至4中任意一项所述的全玻璃热管真空太阳集热器，其特征在于，所述冷凝管（10）内部固定设置有一水中玻璃管（25）。
7.根据权利要求3所述的全玻璃热管真空太阳集热器，其特征在于，所述冷凝管（10）的外壁上，与所述真空夹层（5）相接触的一段镀有太阳能选择性吸收涂层（6）。
8.根据权利要求2至4中任意一项所述的全玻璃管真空太阳集热器，其特征在于，所述内玻璃管（7）的半球形封闭端的外壁与所述罩玻璃管（8）的半球形封闭端的内壁通过支撑卡片（4）固定连接，所述支撑卡片（4）设置有吸气剂（1）。
9.根据权利要求1至5和7中任意一项所述全玻璃热管真空太阳集热器，其特征在于，所述联箱（12）包括外壳，所述外壳内部为保温层（17），所述内胆（21）设置在所述保温层（17）内。
10.根据权利要求9所述的全玻璃热管真空太阳集热器，其特征在于，所述外壳剖面为矩形、多边形、圆形或者椭圆形；所述内胆（21）为矩形、多边形、圆形或者“D”字形。
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