CN1197187A - 集热管以及采用该集热管的热水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制作非常简便、可靠性高的太阳能集热装置,其特征是,内部封有液体作用媒体的内侧玻璃管的一部分插入在内部保持为减压状态的外侧管玻璃管内,并且,在内侧玻璃管插入外侧玻璃管内的插入部,使作用媒体气化,在内侧玻璃管的露出于外侧玻璃管的露出部,使已气化的作用媒体液化。

Description

集热管以及采用该集热管的热水装置
本发明涉及收集太阳能的集热管以及采用该集热管制作热水的热水装置。
已往，如图11所示利用热管52的太阳能集热装置J1是公知的。该太阳能集热装置J1中，铜等金属制的集热管52设在玻璃管53内，在该集热管52上固定着适合于能吸收太阳能的铝或铁等金属制集热板51。热管52的一端部通过形成于玻璃管53一端的金属和玻璃的融接部54，伸出于玻璃管53的外部。在热管52的内部封入能使热移动的作用媒体(制冷剂)，该热管52的从玻璃管53一端伸出的端部55，起到使水加热的热交换器的冷凝部的作用。为此，端部55配设在水流过的流程内，在这里使水加热。
上述太阳能集热装置J1中，当太阳光照射时，集热板51吸收太阳能，将该热能传递给热管52。热管52内的作用媒体从液体蒸发为气体，使热向冷凝部55移动。在冷凝部55热被流程内的水吸收，再从气体凝缩为液体。
在该太阳能集热装置J1中，热管52是铜等金属制的，在玻璃管53的一端部的融接部54，必须将金属与玻璃这样两种不同的材料融接，在质量上存在该接合部真空泄漏的问题。
为了解决这样的问题，虽然曾考虑采用特殊的金属材料，将该金属材料与玻璃进行融接，但是成本高，而且毕竟是不同种材料的接合，仍有较难达到防止真空泄漏的质量问题。
另外，由于是用钎焊等将集热板51焊接在热管52上，再将该热管52插入玻璃管53，将融接部接合，所以，零部件数目多，加工工序和组装工序也多。
另外，热管52通常是金属制，为了防止热管52腐蚀，作用媒体只限于采用氟里昂(フロン)等特定物质。
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种制作非常简单、可靠性高的太阳能集热装置。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种集热管，其特征在于，将内部封有液体的作用媒体的内侧玻璃管的一部分，插入在内部保持为减压状态下的外侧玻璃管内，在所述外侧玻璃管内的区域使作用媒体气化，在外侧玻璃管外的区域使已气化的作用媒体液化。
所述的集热管，其特征在于，在位于所述外侧玻璃管内区域的所述内侧玻璃管表面上，被覆形成有相对光的波长进行选择性吸收光波的选择性吸收膜。
所述的集热管，其特征在于，在位于所述外侧玻璃管以外区域的所述内侧玻璃管的外周，安装着散热片。
一种热水装置，其特征在于，将位于所述外侧玻璃管以外区域的所述内侧玻璃管，配设在液体流过的流程内，利用在该流程内进行热交换的液体进行集热。
本发明的集热管，其特征在于，内部封有液体作用媒体的内侧玻璃管的一部分插入在内部保持为减压状态下的外侧管玻璃管内，在外侧玻璃管内的区域(内侧玻璃管的插入在外侧玻璃管内的插入部)使作用媒体蒸发气化，在外侧玻璃管以外的区域(内侧玻璃管的露出于外侧玻璃管的露出部)使已气化的作用媒体冷凝液化。
另外，在位于外侧玻璃管内区域的内侧玻璃管(内侧玻璃管插入部的至少受光面)上，被覆形成有选择性吸收光波的选择性吸收膜。
另外，在位于外侧玻璃管以外区域的内侧玻璃管(内侧玻璃管的露出部)的外周，安装着散热片。
另外，为了提高蒸发部的性能，也可以在外侧玻璃管的下面侧配设弯曲状或平板状等的反射体。另外，也可以将内侧玻璃管的插入部的内侧表面做成凹凸状地使其粗糙化，这样能更加提高蒸发部的性能。另外，也可以将内侧玻璃管的露出部表面做成凹凸状地使其粗糙化，这样，能提高冷凝部的冷凝性能。
另外，本发明的热水装置，其特征在于，将位于外侧玻璃管外区域的内侧玻璃管(内侧玻璃管的露出部)配设在液体流过的流程内，利用在该流程内进行热交换的液体制作热水。
本发明的效果：
如上所述，根据本发明的集热管及热水装置，由于是双重玻璃管构造，将玻璃与玻璃之间融接，所以，可减少构成部件，从而可使价格降低。
另外，不仅能容易地进行玻璃与玻璃之间的融接，而且可使融接部牢固，同时，不产生真空泄漏，可靠性好。
另外，集热管内的作用媒体材料的选择自由度大，尤其是能利用集热能力高且安全性好的水作为作用媒体。
以下参照附图，详细说明本发明的实施例。
图1是说明本发明集热管的图，(a)是侧面图，(b)是概略断面图。
图2是图1(b)中A1部分的放大断面图。
图3是本发明集热管的正面图。
图4是图1(b)中A2部分的放大断面图。
图5是图1(b)中A3部分的放大断面图。
图6是说明图1(b)中A3部分另一例的放大断面图。
图7是说明本发明另一集热管的侧面图。
图8是说明安装在内侧玻璃管上的散热片的平面图。
图9是说明由若干个本发明的集热管构成的集热装置的局部剖切平面图。
图10是说明本发明热水装置的模式构成图。
图11是说明以往集热管的图，(a)是平面图，(b)是局部剖切侧面图。
下面，参照附图详细说明本发明一实施例。
先说明图1(a)、(b)所示本发明集热管P1的构造。集热管P1是将内侧玻璃管2的一部分插入到外侧玻璃管1内而构成的，该外侧玻璃管1内保持为减压状态、最好是真空状态(例如约为10-5～10-6Torr，更高程度的真空则更好)，在内侧玻璃管2内封入作为作用媒体的水或氟里昂等液体，在外侧玻璃管1内的区域(内侧玻璃管2的插入于外侧玻璃管1内的插入部(蒸发部))2a使作用媒体蒸发而气化，在外侧玻璃管1外的区域(内侧玻璃管2的露出于外侧玻璃管1外的露出部(冷凝部))2b，使已气化的作用媒体冷凝而液化。外侧玻璃管1和内侧玻璃管2分别由同样的材质构成，例如由硼硅酸玻璃或钠玻璃等构成。另外，内侧玻璃管2的外径小于外侧玻璃管1的外径，其冷凝部2b配设在例如水等流过的流程内，进行热交换。
图2表示图1(b)的内侧玻璃管2受光面侧的插入部2a的区域A1部分的放大断面图。如图2所示，至少在内侧玻璃管2受光部的外侧表面，通过阴极真空喷镀等被覆形成由铝、铜等为主成分的黑色等暗色金属层多层层积成为总厚度在1μm以下的选择性吸收膜3，由该选择性吸收膜3选择地吸收光的波长，以提高热吸收效率。
另外，内侧玻璃管2与外侧玻璃管1之间的间隙4成为真空状态，这样可起到很好的绝热作用。
图3是模式地表示集热管P1的正面图。如图3所示，为了提高蒸发部的性能，也可以在外侧玻璃管1的下面侧配设着反射体5，该反射体5是由不锈钢或铝等弯曲状金属板构成的。另外，该反射体5也可以是平板状的，只要是能很好地反射光的构造即可。
图4表示图1(b)的内侧玻璃管2的插入部2a下侧的区域A2部分的放大断面图。如图4所示，内侧玻璃管2的内侧表面2c也可做成呈凹凸状的粗糙面。这样，可更加提高蒸发部2a或冷凝部2b的性能。另外该粗糙面例如也可以是将多个玻璃球或金属球等球体融接在玻璃表面上而形成的。或者，也可以将网状金属或凹凸状金属等构成的筒状片体配设在玻璃表面而形成粗糙面。
图5表示图1(b)的内侧玻璃管2的露出部2b的A3部分放大断面图。如图5所示，可将内侧玻璃管2的外侧表面2d做成为凹凸状的粗糙面。这样，可提高冷凝部2b的冷凝性能。而且，该粗糙面可以如图6所示那样，是将多个玻璃球或金属球等球体融接在玻璃表面上形成的。另外，也可以采用其它的各种扩大冷凝部2b表面积的方法。
根据这样构造的集热管P1，当太阳光透过外侧玻璃管1照射到内侧玻璃管2的蒸发部2a时，内侧玻璃管2被加热，内侧玻璃管2内部的作用媒体从液体变化为气体，气体保有潜热。并且，保持潜热的气体朝内侧玻璃管2的冷凝部2b移动，向外部放出潜热，在该冷凝部2b，通过由气体变化为液体，回到原来状态，反复该循环。
下面，说明集热管的变形例。
图7表示本发明另一集热管P2的侧面图。如图7所示，在内部14为真空状态的外侧玻璃管11中插入，其中封有作用媒体的内侧玻璃管12的蒸发部12a。在该内侧玻璃管12的蒸发部12a的表面，被覆形成与太阳能集热装置P1同样的选择吸收膜13。而且，朝外侧玻璃管11外露出的内侧玻璃管12的冷凝部12b的外周，安装着多个如图8平面图所示那样的如由铜或不锈钢等构成的热传导性良好的可弹性变形的环状散热片15。由此，可更加提高内侧玻璃管12的冷凝部12b中的热交换效率。另外，可以缩短冷凝部2b长度，使集热管P2整体做成小型化。另外，在集热管P2上，也可以如图4～图6中所示那样，将内侧玻璃管2的内侧或外侧的表面做成粗糙面，这样可提高蒸发性能和冷凝性能。
根据上述构造的集热管，由于是双重玻璃管构造，融接部是玻璃与玻璃之间的融接，所以，可减少构成部件。另外，不仅容易进行玻璃与玻璃之间的融接，而且，能使融接部牢固，不用担心真空泄漏。另外，作用媒体材料的选择自由度大，尤其是能使用集热能力高、安全性好的水。
图9是局部剖切平面图。如图9所示，集热装置Q1如下述地构成，即，将若干个上述的集热管P并排设置，将内侧玻璃管Pb的冷凝部收容在框体(流程)21内，该框体21中流动着作为循环媒体的液体(例如水、丙二醇等的防冻液)，使外侧玻璃管Pa中的蒸发部向外侧露出。这样构成的集热装置Q1具有比1根集热管更高的集热能力。图中，22是用各种橡胶等弹性部件构成的密封垫，23是流入口，24是流出口。该构造的集热装置Q1倾斜地设在屋顶处，其外侧玻璃管Pa侧位于下方，并组装入后述的制作热水的热水装置中。
下面，说明将上述构造的集热装置用于热水装置(系统)的情形。
如图10所示，热水系统S由后述的集热回路35和供热水回路36构成。即，集热回路35由高效率地集中太阳光而进行集热的集热装置Q、热交换器31、膨张水箱32、循环泵33、配管34(循环媒体流向储热水槽41侧用的送配管34a、循环媒体从储热水槽41流向集热装置Q侧用的回配管34b)等构成。集热装置Q是将由多个集热管P3、P4构成的集热装置Q3、Q4连接而构成，这样可提高集热能力。循环媒体是使用水、防冻液。另外，在集热装置Q的流程内，设有检测循环媒体温度的高温传感器T1。
供热水回路36由与设在集热回路35中的热交换器31连接的储热水槽41、供水配管42和供热水配管43等构成。在储热水槽41上，上部设有检测热水水温的防沸腾传感器T2，在下部设有检测供水侧温度的低温传感器T3。另外，图中44是设在供水配管42上的减压阀，46是设在储热水槽41顶部的空气排出阀。
在热水系统S中，备有设在集热装置Q上的高温传感器T1、设在储热水槽41上的防沸腾传感器T2、低温传感器T3、以及与循环泵33电气连接且内藏微机的控制装置45，主要由该控制装置45控制循环泵33的动作。
这样构成的热水系统S中，当高温传感器T1测得的温度t1与低温传感器T3测得的温度t3之差Δt(℃)例如为7℃以上时，控制装置45驱动循环泵33，使循环媒体在集热回路35中循环，进行热交换，将储热水槽41内的水加热成适当温度的热水。另外，当防沸腾传感器T2检测出热水温度达到80℃以上时，或者Δt≤4℃时，控制装置45使循环泵33停止，停止集热回路35的动作。
以上对本发明热水装置的最简单例作了说明，但本发明并不仅限于此，例如，也可以不采用热交换器31，而是直接地将热水导入储热水槽41内。另外，也可以做成与加热泵装置组合在一起的热交换系统。也可以将本发明的集热管或集热装置组装到各种公知的热水装置中使用。在不脱离本发明主旨的范围内，可作各种变更。

Claims (4)

1.一种集热管，其特征在于，将内部封有液体的作用媒体的内侧玻璃管的一部分，插入在内部保持为减压状态下的外侧玻璃管内，在所述外侧玻璃管内的区域使作用媒体气化，在外侧玻璃管外的区域使已气化的作用媒体液化。
2.如权利要求1所述的集热管，其特征在于，在位于所述外侧玻璃管内区域的所述内侧玻璃管表面上，被覆形成有相对光的波长进行选择性吸收光波的选择性吸收膜。
3.如权利要求1所述的集热管，其特征在于，在位于所述外侧玻璃管以外区域的所述内侧玻璃管的外周，安装着散热片。
4.一种热水装置，其特征在于，将位于所述外侧玻璃管以外区域的所述内侧玻璃管，配设在液体流过的流程内，利用在该流程内进行热交换的液体制作集热。
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