CN1103432C - 抗冻承压式全玻璃真空管集热器 - Google Patents

Abstract

一种抗冻承压式金玻璃真空管集热器，属太阳能热利用技术领域，包括全玻璃真空太阳能集热管(2)、连集管(3)、尾座(1)及支架(6)，其特征在于：在连集管(3)的背阴侧设置有换热箱(4)，连集管(3)与换热箱(4)经两根管道(5)、(7)相连，连集管(3)与换热箱(4)内充有防冻液(11)，贯穿换热箱设有换热管(14)，具有结构简单、成本低、可单级或多级串并联使用，安装维修方便，抗冻效果好，在-30～-50℃不结冰，承压能力增强至12个大气压以上等优点。

Description

抗冻承压式全玻璃真空管集热器

本发明涉及到一种抗冻承压式全玻璃真空管集热器，属太阳能热利用技术领域。

全玻璃真空管太阳能集热器是目前太阳能光热转化技术中的先进技术，与平板型太阳能集热器比较，其平均热效率高，玻璃耐腐蚀，使用寿命长；受环境温度影响甚小，全玻璃真空管太阳能热水器节能、方便、实用、深受广大用户欢迎，已成为人们日常生活所必需。但存在的主要问题是在北方较寒冷地区冬季达到-30～-50℃，尤其是遇连续多日阴雨天气，易使全玻璃真空管冻裂；目前采用的防冻方法主要是在水箱进、出水管道上设改进措施，冬季较寒冷时，晚间把水管中的水排空，但只是局部解决水管防冻问题；还有是在水箱内安装电加热管，对水箱的水加热。前者只能解决冬季不是很冷的地区防冻问题；后者仍然需要使用能源。存在的另一问题是集热器承受水压能力差，易变形，甚至影响全玻璃真空管太阳能集热器的使用，经国内专利检索，已有人在进行研究这方面的问题，如；中国专利1997年7月16日公开的，申请日：1996年7月30日，申请人：北京清华大学太阳能电子厂，申请号：96109027.8，发明名称：承压式全玻璃真空管太阳能集热器，本发明目的的技术要点是采用承压式连集管、抗弯尾座，沿全玻璃真空太阳能集热管方向加支承件，本发明的优点是能承受3.5-4.5个大气压的自来水压力，能构成承压式全玻璃太阳能(开)水器和热水供给系统，使用方便，承压能力有所提高，但仍然较低，且结构较复杂，成本高，尚不能同时解决抗冻问题。

本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低、可单级、或多级串并联使用，安装维修方便，抗冻效果好，在-30～-50℃不结冰，承压能力增强至12个大气压以上的抗冻承压式全玻璃真空管集热器。

本发明的目的是采用如下方式来实现的：

本发明的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，包括全玻璃真空太阳能集热管2、连集管3、尾座1及支架6，其特征在于：在连集管3的背阴侧设置有换热箱4，连集管3与换热箱4经两根管道5、7相连，连集管3与换热箱4内充有防冻液11，贯穿换热箱设有换热管14。

本发明的目的还可采用如下方式来实现：

所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的设置在连集管3背阴侧的换热箱4可与连集管3平行放置或垂直屋顶放置，连集管3顶端接口经管道连接换热箱的中上部接口，连集管3下部接口经管道连接换热箱4的下部接口。

所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的换热箱4，在连集管3为多级串联时，可为一级加长箱或多级串联箱。

所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的连集管3、换热箱4外部均设有保温层9、13及外壳8、12。

所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的换热箱4顶端一侧还可包括与一U形连接管15相连的罐体16，连集管3顶端一侧还可包括放气阀10。

所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的贯穿换热箱4的换热管14可为圆管或方管或波纹管。

所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的换热管(14)表面可设有换热翼片。

所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的换热箱(4)为圆拄状或棱拄状。

本发明的抗冻承压式全玻璃真空管集热器的工作原理及优点如下：由于连集管及与其相连的换热箱、全玻璃真空集热管中充满防冻液，在环境温度很低比如：-30～-50℃时不会结冰；贯穿换热箱的换热管中的水通过水泵与大水箱中水循环换热，故可保持零度以上不结冰，大水箱中水在特殊情况下，也可采用公知的电加热技术加热使其保持一定的水温；换热管中水将有少量热能经管壁传导至换热箱中防冻液，该换热箱是带保温层的，散热损失很小；由于换热箱至连集管的对流换热管道是由高向低设置的，故连集管中热能可单方向对流至换热箱，而换热箱中热能无法对流至连集管，连集管仍保持零度以下的温度，这样，水泵循环的水热能散失量很小；另外，在换热箱中贯穿换热箱设置换热管，换热管由于内径相对较小，承压能力强，能够承受12个以上的大气压，使全玻璃真空管太阳能集热器能够适合于水压较高的国家和地区使用。

图1是本发明抗冻承压式全玻璃真空管集热器外形结构示意图；

图2是本发明的集热器连集管、换热箱两管道相连时剖面结构示意图；

图3是本发明换热箱与连集管平行放置多级串并联制成的太阳能热水器系统连接示意图；

图4是本发明换热箱垂直屋顶放置的连接示意图；

图1-4是本发明抗冻承压式全玻璃真空管集热器的最佳实施例，图中：1尾座2全玻璃真空集热管 3连集管 4换热箱 5上连接管 6支架 7下连接管 8、12外壳 9、13保温层 10放气阀 11防冻液 14换热管 15U形连接管 16罐体 17小水泵 18微型泵 19水箱。下面结合附图对本发明的抗冻承压式全玻璃真空管集热器作进一步详细说明：

如图2所述，本发明抗冻承压式全玻璃真空管集热器的连集管3和换热箱4内胆用金属材料焊接，外壳用金属材料铆接，保温材料9、13在内胆与外壳之间，换热管14采用壁厚0.5-5mm的金属板制成，防冻液11通过罐体16加入到换热箱4与连集管3中。单级使用时，换热箱4如图1所示通过上管道5、下管道7连接并固定在连集管3的背阴面，换热管14两端通过管道与水箱相连。如图2、3所示，由于换热箱4至连集管3的对流上管道5，下管道7系由高向低设置，故连集管3中热能可单方向向换热箱4对流，换热箱4中热能不能反向对流至连集管3。连集管3，换热箱4带有保温层，内胆内充满防冻液11，不会结冰；至大水箱19的连接管路也有较好的保温措施，故夜间及连阴天时，为防止换热管14及连接管路中水结冰而开启微型水泵18，强制循环时，热能散失量非常小，保证了冬天北方寒冷季节，温度非常低时，比如-30～-50℃时集热器能够正常运行，有效的防止了全玻璃真空管太阳能集热器的损坏；另外，在换热箱4中贯穿换热箱4设置换热管14，换热管14由于内径相对较小，承压能力强，能够承受12个以上的大气压，使全玻璃真空管太阳能集热器能够适合于水压较高的国家和地区使用。

当需多级串并连大面积使用时，如图3所示，通过管道将连集管3串联在一起，换热箱4可为一级加长箱或多级串联箱，再多组并联，回路中通过管道连接相互并联的小水泵17和微型泵18，再与水箱19相连，有阳光时开启小水泵17，连集管3中防冻液将全玻璃真空管太阳能集热管采集到的阳光热能单方向对流至换热箱4中防冻液，贯穿换热箱4的换热管14中水将被加热，水被小水泵17强制循环至大水箱19，大水箱19中水被加热。夜间或连阴天时，假设环境温度极低，比如-30～-50℃时连集管3中由于充满防冻液，不怕结冰，为使贯穿换热箱的换热管中水不结冰，靠设计安装于管路中的微型泵18与大水箱19中水(高于0℃)强制循环，大水箱19中水由于热容量很大不易降到0℃，特殊情况下，大水箱19中水还可靠公知的技术由电加热维持一定的温度而不结冰。

换热箱4与屋顶垂直放置时，如图4所示，换热箱4应高于连集管3，换热箱至连接管的上管道5下管道7均由高到低设置。

设置在换热箱4中的换热管14可采用圆管或方管或波纹管等。

换热管14表面可设有换热翼片。

换热箱4为圆拄状或棱拄状。

Claims (8)

1、一种抗冻承压式全玻璃真空管集热器，包括全玻璃真空太阳能集热管(2)、连集管(3)、尾座(1)及支架(6)，其特征在于：在连集管(3)的背阴侧设置有换热箱(4)，连集管(3)与换热箱(4)经两根管道(5)、(7)相连，连集管(3)与换热箱(4)内充有防冻液(11)，贯穿换热箱设有换热管(14)。

2、根据权利要求1所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的设置在连集管(3)背阴侧的换热箱(4)是与连集管(3)平行放置或垂直屋顶放置，连集管(3)顶端接口经管道连接换热箱的中上部接口，连集管(3)下部接口经管道连接换热箱(4)下部接口。

3、根据权利要求1所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的换热箱(4)，在连集管(3)为多级串联时，为一级加长箱或多级串联箱。

4、根据权利要求1所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的连集管(3)、换热箱(4)外部均设有保温层(9)、(13)及外壳(8)、(12)。

5、根据权利要求1所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的换热箱(4)顶端一侧还包括与一U形连接管(15)相连的罐体(16)，连集管(3)顶端一侧还包括放气阀(10)。

6、根据权利要求1所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的贯穿换热箱(4)的换热管(14)为圆管或方管或波纹管。

7、根据权利要求6所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的换热管(14)表面设有换热翼片。

8、根据权利要求1所述的抗冻承压式全玻璃真空管集热器，其特征在于：所述的换热箱(4)为圆柱状或棱柱状。

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