CN110044078A - 一种新型太阳能集热装置 - Google Patents
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Abstract
本申请中公开了一种新型太阳能集热装置，包括：内玻璃管、外玻璃管、金属冷凝头和光吸收涂层；内玻璃管和外玻璃管均为一端封口和一端开口的结构；内玻璃管与外玻璃管的开口端均与金属冷凝头热压封连接或熔封连接；内玻璃管内部抽真空，并装有传热工质；光吸收涂层涂覆在内玻璃管的外壁上；外玻璃管与内玻璃管之间抽真空；解决了现有的太阳能热传输装置成本高和集热效率较低的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能集热技术领域，尤其涉及一种新型太阳能集热装置。
背景技术
目前，太阳能作为一种清洁能源获得了越来越广泛的应用，将太阳能转化为热能成为热门的研究方向。
实现将太阳能转化为热能需要热传输装置进行能量转换，热管技术是被广泛应用的一种热传输技术，是利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程，即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热，使热量快速传导的技术。热管的一端为蒸发端，另一端为冷凝端，当热管的蒸发端受热时，毛细管中的液体迅速汽化，蒸气在热扩散的动力下流向冷凝端，并在冷凝端释放出热量，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端，如此循环，指导热管两端温度相等。
传统的热传输装置使用的热管，其吸热体是金属，一般采用铜质，虽然能够具有较高的集热效率，但是成本也比较高。从降低成本考虑，出现了全玻璃式的热管，如专利公告号为CN1121577A的专利公开了一种全玻璃热管式真空集热器，适合用于利用太阳能作为能源，对提供热水、开水、采暖、干燥、太阳房、空调、制冷、制冰、抽水、发电和海水淡化等领域，可用作全天候收集太阳能集热元器件，其优点是真空绝热保温、吸热效率高、传热快、合格率大和成本低。但是，全玻璃式的热管冷凝端是玻璃，导热系数低，因此集热效率较低，集热温度也较低，因此这种热管也并非是一种理想的热传输装置。
发明内容
本申请提供了一种新型太阳能集热装置，用于解决现有的太阳能热传输装置成本高和集热效率较低的技术问题。
有鉴于此，本申请提供了一种新型太阳能集热装置，包括：内玻璃管、外玻璃管、金属冷凝头和光吸收涂层；
所述内玻璃管和所述外玻璃管均为一端封口和一端开口的结构；
所述内玻璃管与所述外玻璃管的开口端均与所述金属冷凝头热压封连接或熔封连接；
所述内玻璃管内部抽真空，并装有传热工质；
所述光吸收涂层涂覆在所述内玻璃管的外壁上；
所述外玻璃管与所述内玻璃管之间抽真空。
优选地，所述金属冷凝头熔封处设置有膨胀节。
优选地，所述内玻璃管和所述外玻璃管的开口端均为锥形结构。
优选地，所述金属冷凝头的材质为铜。
优选地，所述传热工质为酒精。
优选地，所述膨胀节的节数不少于2节。
优选地，还包括：CPC聚光装置；
所述内玻璃管、所述外玻璃管、所述金属冷凝头和所述光吸收涂层组成的集热器设置在所述CPC聚光装置的有效聚光区内。
优选地，还包括：弹性固定片；
所述弹性固定片设置在所述内玻璃管与所述外玻璃管之间，用于对所述内玻璃管进行固定。
优选地，所述弹性固定片为波纹状的金属丝。
优选地，所述弹性固定片安装在所述外玻璃管与所述内玻璃管的底部抽空位置和中上部抽空位置。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请中提供的一种新型太阳能集热装置，包括：内玻璃管、外玻璃管、金属冷凝头和光吸收涂层；内玻璃管和外玻璃管均为一端封口和一端开口的结构；内玻璃管与外玻璃管的开口端均与金属冷凝头热压封连接或熔封连接；内玻璃管内部抽真空，并装有传热工质；光吸收涂层涂覆在内玻璃管的外壁上；外玻璃管与内玻璃管之间抽真空。本申请中提供的太阳能热传输装置，采用内玻璃管、外玻璃管均和金属冷凝头熔封的方式进行太阳能热传输，内玻璃管作为蒸发端，不再使用蒸发端和冷凝端一体均为铜管的方式，减少了成本较高的铜管材料，降低了生产成本，使用金属冷凝头进行热传输，避免了采用全玻璃管进行热传输存在的导热效率低的问题，同时，将玻璃管内部抽真空，并装有传热工质，在玻璃管外壁涂覆光吸收涂层进行太阳能集热，外玻璃管在对内玻璃管进行保护的同时，其与内玻璃管之间采用抽真空的方式，可以防止热量直接对外散失，集热效果好，解决了现有的太阳能热传输装置成本高和集热效率较低的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例中提供的一种太阳能热传输装置的结构示意图；
图2为图1中的太阳能热传输装置的俯视图；
图3为本申请实施例中提供的一种太阳能热传输装置的另一结构示意图；
其中，附图标记为：
1、金属冷凝头；2、膨胀节；3、内玻璃管；4、传热工质；5、光吸收涂层；6、外玻璃管；7、集热器；8、CPC聚光装置；9、弹性固定片。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种新型太阳能集热装置，用于解决现有的太阳能热传输装置成本高和集热效率较低的技术问题。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
请参阅图1至图3，本申请提供了一种新型太阳能集热装置的一个实施例，本申请实施例提供的新型太阳能集热装置，包括：内玻璃管、外玻璃管、金属冷凝头和光吸收涂层；
内玻璃管和外玻璃管均为一端封口和一端开口的结构；
内玻璃管与外玻璃管的开口端均与金属冷凝头熔封连接；
内玻璃管内部抽真空，并装有传热工质；
光吸收涂层涂覆在内玻璃管的外壁上；
外玻璃管与内玻璃管之间抽真空。
需要说明的是，本申请实施例中的新型太阳能集热装置，蒸发端为一端开口一端封口的内玻璃管3，冷凝端为金属冷凝头1，在内玻璃管3的外壁上涂覆有光吸收涂层5，光吸收涂层5将太阳光吸收到内玻璃管3上，将内玻璃管3内部抽真空，并装有传热工质4，传热工质4受热后蒸发到冷凝端，将热量传送到冷凝端，由冷凝端的金属冷凝头1将热量传送到指定位置完成对热能的利用，冷凝端的传热工质4冷却后流回蒸发端，内玻璃管3加金属冷凝头1的热传输方式避免了蒸发端和冷凝端均采用铜管进行传输存在的成本高的问题；内玻璃管3的开口端通过熔封的方式与金属冷凝头1封接，传统的金属与玻璃封接工艺采用热压封技术，热压封技术将塑性较好的金属作为焊料，在加热、加压的条件下将金属封盖和玻璃管封接在一起，在焊料达到100℃以上时，会发生化学反应导致真空管玻璃与金属封接处破裂漏气，无法做到100℃以上的温度，而本申请实施例中的金属冷凝头1与内玻璃管3采用的熔封连接方式则可以做到在集热温度上升至100℃以上而不对该热传输装置造成破坏，可满足本申请实施例中提供的太阳能热传输装置集热温度在50～150℃的要求。外玻璃管6一方面起到对内玻璃管3的保护作用，另一方面其与内玻璃管3之间进行抽真空处理，能够防止内玻璃管3吸收到的热量直接对外散失，有利于提高集热效果。
本申请实施例中提供的一种新型太阳能集热装置，包括：内玻璃管3、外玻璃管6、金属冷凝头1和光吸收涂层5；内玻璃管3和外玻璃管6均为一端封口和一端开口的结构；内玻璃管3与外玻璃管6的开口端均与金属冷凝头1熔封连接；内玻璃管3内部抽真空，并装有传热工质4；光吸收涂层5涂覆在内玻璃管3的外壁上；外玻璃管6与内玻璃管3之间抽真空。本申请中提供的太阳能热传输装置，采用内玻璃管3、外玻璃管6均和金属冷凝头1熔封的方式进行太阳能热传输，内玻璃管3作为蒸发端，不再使用蒸发端和冷凝端一体均为铜管的方式，减少了成本较高的铜管材料，降低了生产成本，使用金属冷凝头1进行热传输，避免了采用全玻璃管进行热传输存在的导热效率低的问题，同时，将内玻璃管3内部抽真空，并装有传热工质4，在内玻璃管3外壁涂覆光吸收涂层5进行太阳能集热，外玻璃管6在对内玻璃管3进行保护的同时，其与内玻璃管3之间采用抽真空的方式，可以防止热量直接对外散失，集热效果好，解决了现有的太阳能热传输装置成本高和集热效率较低的技术问题。
作为改进，本申请实施例中提供的新型太阳能集热装置在金属冷凝头1熔封处设置有膨胀节2。
需要说明的是，本申请实施例中提供的新型太阳能集热装置在实际中使用时，金属冷凝头1在集热温度较高时，存在弯曲变形的问题，金属冷凝头1的弯曲变形问题如果不能及时解决，将影响太阳能热传输装置的使用寿命，因此，为提高本申请实施例中的新型太阳能集热装置的可靠性，延长使用寿命，本申请实施例中在金属冷凝头1的与内玻璃管3、外玻璃管6的熔封处设置有膨胀节2，在膨胀节2的作用下，冷凝端受热时膨胀节能够消耗掉冷凝端因受热产生的变形力，避免了弯曲变形问题的产生。
作为改进，膨胀节2的节数不少于2节。
需要说明的是，为了进一步保证冷凝端不产生弯曲变形，本申请中将膨胀节2的节数设置为至少两节，可以理解的是，本领域技术人员可以在本申请实施例的基础上根据实际应用情况对膨胀节2的设置节数和位置进行适当调节。
作为改进，内玻璃管3和外玻璃管6的开口端均为锥形结构。
需要说明的是，本申请实施例中的内玻璃管3的开口端可以设置为锥形结构，有利于对蒸发端传送过来的热量进行集热，同时方便金属冷凝头1与内玻璃管3的熔封连接，减小金属冷凝头1与内玻璃管3的封接面积，外玻璃管6的形状结构设计与内玻璃管3的一致，有利于提高整体结构的一致性、稳步性和美观性。
作为改进，金属冷凝头1的材质为铜。
需要说明的是，铜材具有较高的导热系数，使用铜作为金属冷凝头1有利于提高集热温度和导热效率。
作为改进，传热工质4为酒精。
需要说明的是，本申请实施例中使用酒精作为传热工质4的主要成分，蒸发效果好，热传递效率高。
作为改进，本申请实施例中提供的新型太阳能集热装置还包括：CPC聚光装置；
内玻璃管、外玻璃管、金属冷凝头和光吸收涂层组成的集热器设置在CPC聚光装置的有效聚光区内。
需要说明的是，CPC(Compound Parabolic Concentrator，复合抛物面聚光器)是一种非成像低聚焦度的器件，能够将制定接收角度范围内的光线收集汇聚到接收器的接收窗口上。如图2所示，将内玻璃管3、外玻璃管6、金属冷凝头1和光吸收涂层5组成的集热器7设置在CPC聚光装置8的有效聚光区内，能够将太阳能聚集到集热器7的蒸发端，提高集热温度和集热效率。
作为改进，本申请实施例中提供的新型太阳能集热装置还包括：弹性固定片9；
弹性固定片9设置在内玻璃管3与外玻璃管6之间，用于对内玻璃管3进行固定。
作为改进，弹性固定片9为波纹状的金属丝。
作为改进，弹性固定片9安装在外玻璃管6与内玻璃管3的底部抽空位置和中上部抽空位置。
需要说明的是，为避免内玻璃管3由于自身重力的原因发生松动，影响可靠性和使用寿命，本申请实施例中还在内玻璃管3与外玻璃管6之间设置有弹性固定片9，用于对内玻璃管3进行固定。
综上所述，本申请实施例中提供的太阳能热传输装置，与现有技术相比，存在以下优点：
1)带有金属冷凝头的玻璃管太阳能热传输装置，由于金属冷凝端的导热效率高，因而对比全玻璃热管式真空管的效率直线上升；
2)带有金属冷凝头的玻璃管太阳能热传输装置，蒸发端为玻璃管，冷凝端为金属冷凝头，减少了现有的蒸发端和冷凝端均为铜管存在的成本高的问题；
3)带有金属冷凝头的玻璃管太阳能热传输装置，金属冷凝头与玻璃管采用熔封工艺，金属与玻璃直接熔封，使得集热温度上升至100℃以上而不造成管子的破坏；
4)带有金属冷凝头的玻璃管新型太阳能集热装置，集热温度可广泛应用于50℃～150℃的供热领域；
5)采用CPC聚光装置对新型太阳能集热装置进行聚光集热，提高了新型太阳能集热装置的集热温度和集热效率；
6)采用弹性固定片对内玻璃管进行固定，提高内玻璃管的可靠性和延长使用寿命。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种新型太阳能集热装置，其特征在于，包括：内玻璃管、外玻璃管、金属冷凝头和光吸收涂层；
所述内玻璃管和所述外玻璃管均为一端封口和一端开口的结构；
所述内玻璃管与所述外玻璃管的开口端均与所述金属冷凝头热压封连接或熔封连接；
所述内玻璃管内部抽真空，并装有传热工质；
所述光吸收涂层涂覆在所述内玻璃管的外壁上；
所述外玻璃管与所述内玻璃管之间抽真空。
2.根据权利要求1所述的新型太阳能集热装置，其特征在于，所述金属冷凝头熔封处设置有膨胀节。
3.根据权利要求1所述的新型太阳能集热装置，其特征在于，所述内玻璃管和所述外玻璃管的开口端均为锥形结构。
4.根据权利要求1所述的新型太阳能集热装置，其特征在于，所述金属冷凝头的材质为铜。
5.根据权利要求1所述的新型太阳能集热装置，其特征在于，所述传热工质为酒精。
6.根据权利要求2所述的新型太阳能集热装置，其特征在于，所述膨胀节的节数不少于2节。
7.根据权利要求1所述的新型太阳能集热装置，其特征在于，还包括：CPC聚光装置；
所述内玻璃管、所述外玻璃管、所述金属冷凝头和所述光吸收涂层组成的集热器设置在所述CPC聚光装置的有效聚光区内。
8.根据权利要求1所述的新型太阳能集热装置，其特征在于，还包括：弹性固定片；
所述弹性固定片设置在所述内玻璃管与所述外玻璃管之间，用于对所述内玻璃管进行固定。
9.根据权利要求8所述的新型太阳能集热装置，其特征在于，所述弹性固定片为波纹状的金属丝。
10.根据权利要求8或9所述的新型太阳能集热装置，其特征在于，所述弹性固定片安装在所述外玻璃管与所述内玻璃管的底部抽空位置和中上部抽空位置。
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