CN112066569A - 一种蓄水式金属内胆太阳能集热管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蓄水式金属内胆太阳能集热管，包括储水管、介质管和透光管，储水管内形成有储水腔，储水腔内设有进水管和出水管；介质管套设在所述储水管外，介质管的头部封口，介质管的尾部缩颈且与储水管密封连接，介质管的外壁贴合有吸热膜，介质管内壁与储水管外壁之间填充有介质；透光管套设在介质管外，透光管的头部封口，透光管的尾部缩颈且与储水管或介质管密封连接，透光管内壁与介质管外壁之间设有真空腔。本发明蓄水式金属内胆太阳能集热管，工艺简单，制造成本低，热利用率高，且安全性好。

Description

一种蓄水式金属内胆太阳能集热管
技术领域
本发明涉及一种太阳能集热管，特别涉及一种蓄水式金属内胆太阳能集热管。
背景技术
太阳能集热是太阳能热水器的核心元件，被誉为太阳能热水器的“心脏”，集热管质量的优劣直接影响到太阳能热水器的使用寿命和性能。传统太阳能热水器包括一个水箱及若干集热管，水箱横向设置，集热管倾斜设置在水箱下端，且集热管的导热部延伸至水箱内用于进行热交换，热能利用率极低，且内管和外管均采用玻璃管，导热性差，热损失严重，进一步降低了热能利用率，从而使太阳能热水器整体加热效果差且不稳定；且市面上较多的集热管采用的是两端固定，当集热管受热膨胀时，由于膨胀量不同，极易造成炸裂，致使产品报废甚至威胁人身安全。
发明内容
【1】要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种换热快且热能利用率高的蓄水式金属内胆太阳能集热管。
【2】解决问题的技术方案
本发明提供一种蓄水式金属内胆太阳能集热管，其包括：
储水管11，用于储水，所述储水管11内形成有储水腔10，所述储水腔内设有延伸至所述储水管外的进水管41和出水管42，所述进水管延伸至所述储水腔底部；
介质管12，套设在所述储水管外，所述介质管的头部封口，所述介质管的尾部缩颈且与所述储水管密封连接，所述介质管的外壁贴合有用于吸收太阳能的吸热膜13，所述介质管内壁与所述储水管外壁之间设有间隙并形成密封的介质腔1112，所述介质腔内填充有用于导热的介质；
透光管14，套设在所述介质管外，所述透光管的头部封口，所述透光管的尾部缩颈且与所述储水管或所述介质管密封连接，所述透光管内壁与所述介质管外壁之间设有间隙并抽真空形成真空腔1314。
进一步的，所述吸热膜可以采用高温膜代替。
进一步的，所述储水管由不锈钢或铜制成。
进一步的，所述真空腔的头部设有支架31，所述支架上设有吸气剂。
进一步的，所述真空腔的侧壁设有吸气涂层32。
进一步的，所述介质腔内设有膨胀空间V，所述膨胀空间V满足以下要求：
V≥v1*dT*a；
式中，v1为介质填充体积，dT为温度变化量，a为介质导热系数。
进一步的，所述储水管与所述透光管之间的外径比大于等于2/5且小于等于4/5。
进一步的，所述介质腔的厚度大于所述介质管的壁厚。
进一步的，所述储水管的内壁或所述储水管的外壁或所述介质管的内壁设有导热片5，所述导热片为沿轴线周向均布的条形或绕侧壁缠绕的螺旋形。
进一步的，所述真空腔的真空度大于或等于10-3Pa。
【3】有益效果
本发明蓄水式金属内胆太阳能集热管，采用单边固定，利于内管和外管之间的连接固定，避免了传统集热管双端固定受热炸裂的问题，提高了产品的使用稳定性和安全性；采用内置式水箱，减小了整体体积，且柔性高，能根据需求进行一定数量的集热管串联，使用柔性好；增设介质腔，提高了热能利用率和加热效率，增设导热片，进一步提高了加热效率和热能利用率；且对尺寸比值进行优化设计，在体积、成本和换热之间形成一个最佳平衡点，降低了生产成本且提高了换热效率和加热效果，且真空腔为高真空，真空保持时间久，在8-10年内其真空度不会低于10-3Pa。
附图说明
图1为本发明蓄水式金属内胆太阳能集热管的结构示意图；
图2为本发明蓄水式金属内胆太阳能集热管的剖视图；
图3为本发明蓄水式金属内胆太阳能集热管的导热片的实施例一的安装示意图；
图4为本发明蓄水式金属内胆太阳能集热管的导热片的实施例二的安装示意图；
图5为本发明蓄水式金属内胆太阳能集热管的导热片的实施例三的安装示意图；
图6为本发明蓄水式金属内胆太阳能集热管的导热片的实施例四的安装示意图；
图7为本发明蓄水式金属内胆太阳能集热管的与传统太阳能管的加热对比曲线图。
具体实施方式
下面结合附图，详细介绍本发明实施例。
参阅图1至图2，本发明提供一种蓄水式金属内胆太阳能集热管，其包括储水管、介质管12和透光管14；储水管11用于储水，其整体为圆筒形，即横截面为圆形，储水管的头部为半球形封口，在储水管11内形成有储水腔10，储水腔内装有待加热的水，在该储水腔内设有延伸至储水管外的进水管41和出水管42，进水管延伸至储水腔底部，出水管位于储水腔上端，由于热水会上浮，因此冷水从储水腔下端进入，热水从储水腔上端排出；本申请中，储水管由金属制成，其方便加工，且材料成本和制造成本低，优选的为不锈钢或铜制成，其可以根据不用的使用要求或产品数量综合考虑并选取适当的金属材质；介质管12套设在储水管外，其与储水管同轴设置，其整体也为圆筒形，其头部也为半球形封口，介质管的尾部缩颈且与储水管密封连接，其通过一端固定的方式，另一端不接触，使两管连接更加方便，大大降低了制造成本；在介质管的外壁贴合有用于吸收太阳能的吸热膜13，在介质管内壁与储水管外壁之间设有间隙并形成密封的介质腔1112，介质腔内填充有用于导热的介质，该介质为导热油，由于导热油不为本申请的发明点所在，因此不对其进行详细说明；透光管14套设在介质管外，其与介质管同轴设置，其整体也为圆筒形，即横截面为圆形，其头部也为半球形封口，透光管的尾部缩颈且与储水管或介质管密封连接，该透光管由玻璃制成，透光管与储水管或介质管材质不同，其通过一端固定的方式，另一端不接触，使两管连接更加方便，大大降低了制造成本，且避免了传统集热管双端固定受热炸裂的问题，提升了产品的质量可靠性和安全性，在透光管内壁与介质管外壁之间设有间隙并抽真空形成真空腔1314，本申请中的真空腔的真空度大于或等于10-3Pa；工作时，该太阳能管呈一定角度倾斜设置，太阳光穿过透光层照射到吸热膜上，由于吸热膜(介质管)与透光层之间为真空状态，因此只有热辐射，无热传导，因此避免了热传导造成热量损失，吸热膜吸收热量并传递至与其接触的介质腔内的导热油，使导热有受热，导热油的热量通过储水管侧壁传递至储水腔内的水，从而完成一个热传递工序；为了保证真空腔内的真空度，延长使用寿命并避免热量损失，在真空腔的头部设有支架31，在支架上设有吸气剂；也可以采用另一方式保持真空度，即在真空腔的侧壁设有吸气涂层32，该吸气涂层为钡和铝的混合物，整体呈银色，其能起到吸气的效果，且当吸收一定气量后该涂层变色，达到一定的监测效果，因此在制造时，可以在内部喷涂多个涂层块，后期可根据需求激活，大大延长了产品使用寿命；其确保了真空腔内的真空度保持时间久，在8-10年内其真空度不会低于10-3Pa；由于导热油具有一定的膨胀量，因此在介质腔内设有膨胀空间V，即在填充介质时未填充满，具体的，膨胀空间V满足以下要求：
V≥v1*dT*a；
式中，v1为介质填充体积，dT为温度变化量，a为介质导热系数。
为了达到体积与热能吸收的最佳比例，本实施例中的储水管与透光管之间的外径比大于等于2/5且小于等于4/5，优选的，两者的比值为3/5，同时介质腔的厚度大于介质管的壁厚，本申请中，介质管的厚度为1-3mm，储水管的厚度为2-5mm，介质腔的厚度(径向)为10-20mm；为了进一步提高热能利用率，本申请中在储水管的内壁或储水管的外壁或介质管的内壁设有导热片5，该导热片为沿轴线周向均布的条形或绕侧壁缠绕的螺旋形。
以下对其中的几种安装方式分别进行说明；
实施例一，参阅图3，在该实施例中，导热片为条形，其长度方向平行于轴线方向，数量为多个且绕轴线周向均布在介质管内壁；
实施例二，参阅图4，在该实施例中，导热片为条形，其长度方向平行于轴线方向，数量为多个且绕轴线周向均布在储水管外壁；
实施例三，参阅图5，导热片为条形，其长度方向平行于轴线方向，数量为多个且绕轴线周向均布在储水管外壁及介质管内壁，且储水管外壁的的导热片与介质管内壁的导热片交错设置；
实施例四，参阅图6，导热片为条形，其长度方向平行于轴线方向，数量为多个且绕轴线周向均布在储水管内壁；
且实施例1至实施例4可结合使用；
该导热片也可以为螺旋形，其安装方式包括以下几种；
实施例五，导热片为螺旋形(图中未示出)，其可以安装在介质管内壁或储水管外壁或储水管内壁、或安装在上述两个或三个位置。
同时我司对本申请中的太阳能管与传统的太阳能管进行实验对比，在储水量相同(100L)的情况下，温度变化情况(水温初始温度为20度)，每一小时采样一次水温数据，且根据采样数据绘制出曲线图，参阅图7，(横轴为时间，单位h，纵轴为水温，单位为℃)，从图中可以看出，传统太阳能管的水温分别是：20、26.6、33.1、38.6、42.1、47.6、52.9、58.3、62.7、66.5、70.9、75.8、80.2，而本申请太阳能水管中的水温分别是20、32.6、43.8、54.3、64.5、73.7、80.4、86.9、91.2、95.5、98.1、100、100，水温均随时间的推移而升高，而本申请中太阳能管中的水温提升较快，且在11h时已达到100摄氏度，其温度提升率为传统集热管水温提升率的1.5-1.9倍左右，热能利用率高。
本发明蓄水式金属内胆太阳能集热管，采用单边固定，利于内管和外管之间的连接固定，避免了传统集热管双端固定受热炸裂的问题，提高了产品的使用稳定性和安全性；采用内置式水箱，减小了整体体积，且柔性高，能根据需求进行一定数量的集热管串联，使用柔性好；增设介质腔，提高了热能利用率和加热效率，增设导热片，进一步提高了加热效率和热能利用率；且对尺寸比值进行设计优化，在体积、成本和换热之间形成一个最佳平衡点，降低了生产成本且提高了换热效率和加热效果，且真空腔为高真空，真空保持时间久，在8-10年内其真空度不会低于10-3Pa。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种蓄水式金属内胆太阳能集热管，其特征在于，包括：
储水管，用于储水，所述储水管内形成有储水腔，所述储水腔内设有延伸至所述储水管外的进水管和出水管，所述进水管延伸至所述储水腔底部；
介质管，套设在所述储水管外，所述介质管的头部封口，所述介质管的尾部缩颈且与所述储水管密封连接，所述介质管的外壁镀有用于吸收太阳能的吸热膜，所述介质管内壁与所述储水管外壁之间设有间隙并形成密封的介质腔，所述介质腔内填充有用于导热的介质；
透光管，套设在所述介质管外，所述透光管的头部封口，所述透光管的尾部缩颈且与所述储水管或所述介质管密封连接，所述透光管内壁与所述介质管外壁之间设有间隙并抽真空形成真空腔。
2.如权利要求1所述的蓄水式金属内胆太阳能集热管，其特征在于：所述吸热膜可以采用高温膜代替。
3.如权利要求1所述的蓄水式金属内胆太阳能集热管，其特征在于：所述储水管由不锈钢或铜制成。
4.如权利要求1所述的蓄水式金属内胆太阳能集热管，其特征在于：所述真空腔的头部设有支架，所述支架上设有吸气剂。
5.如权利要求1所述的蓄水式金属内胆太阳能集热管，其特征在于：所述真空腔的侧壁设有吸气涂层。
6.如权利要求1所述的蓄水式金属内胆太阳能集热管，其特征在于：所述介质腔内设有膨胀空间V，所述膨胀空间V满足以下要求：
V≥v1*dT*a；
式中，v1为介质填充体积，dT为温度变化量，a为介质导热系数。
7.如权利要求1所述的蓄水式金属内胆太阳能集热管，其特征在于：所述储水管与所述透光管之间的外径比大于等于2/5且小于等于4/5。
8.如权利要求1所述的蓄水式金属内胆太阳能集热管，其特征在于：所述介质腔的厚度大于所述介质管的壁厚。
9.如权利要求1所述的蓄水式金属内胆太阳能集热管，其特征在于：所述储水管的内壁或所述储水管的外壁或所述介质管的内壁设有导热片，所述导热片为沿轴线周向均布的条形或绕侧壁缠绕的螺旋形。
10.如权利要求1至9任一项所述的蓄水式金属内胆太阳能集热管，其特征在于：所述真空腔的真空度大于或等于10-3Pa。
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