CN1443996A - 真空管－金属管组合式太阳能集热元器件 - Google Patents

真空管－金属管组合式太阳能集热元器件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种真空管－金属管含热管组合式太阳能集热元器件，适用于组装太阳能热水器、集热器及其太阳能热水工程系统，为锅炉预热、工农业和生活用热水、空调、采暖、抽水、发电和海水淡化等领域用作全天候集热元器件。在全玻璃真空集热管内腔插入有热管，通过连接套管将真空管和热管连接，在真空管与热管之间填充有导热用固体粉末，因而导热系数高、热容量大、传热快、比管内走空气的热管真空管的热效率高、涂层寿命长、不炸管、不冻裂、不漏水、不结水垢。

Description

真空管--金属管组合式太阳能集热元器件
本发明涉及一种太阳能集热元器件，特别是一种真空管—金属管组合式太阳能集热元器件，适合于太阳能热利用，它不但继承了真空管的优点，真空绝热，保温性能好，而且继承了金属管的优点，导热系数大，传热快，能全承压，两者嫁接，取长补短，克服了各自单独存在的缺点，适用于组装太阳能热水器、太阳能集热器及其太阳能热水工程系统，为用户提供洗澡和生活洗涤用热水，为锅炉预热、工农业用热水、夏季空调、冬季采暖、太阳房、蔬菜花卉大棚、抽水喷灌、光热发电和海水淡化等领域用作全天候收集太阳能的集热元器件。
市场上出售的全玻璃真空集热管其优点是涂层吸收率高，发射率低，真空绝热，热效率较高，但由于使用时全玻璃真空集热管的口部与水箱或联集箱其内胆之孔用密封圈直接密封连接，因而从结构上带来严重缺点：容易炸管，耐冷热水冲击性能较差；在-18℃到-50℃环境温度下，全玻璃真空集热管会冻裂，高寒地区不能使用；若真空集热管意外破碎一支，则水箱和系统内几十公斤至几千公斤冷热水会由此漏光；真空集热管内产生水垢，传热性能会逐年衰退老化，热效率日益降低。
市场上出售的金属管板式平板集热器，其优点是金属导热系数大，传热快，但由于平板集热器的上面用1-2层平板玻璃采光保温，保温性能较差，致使冬季和初春深秋热水温度达不到使用要求。
市场上出售的固定烘接式热管真空管集热元器件，由于金属和玻璃的膨胀系数相差太大，加工难度大，制造成本高，难于普及推广，在市场上使太阳能无法与常规能源竞争。
本发明的目的是要提供一种真空管—金属管组合式太阳能集热元器件，它不但要继承全玻璃真空集热管或双层全玻璃真空明管和金属管板式集热元器件各自的优点，而且两者嫁接，取长补短，克服了各自存在的缺点，使太阳能集热元器件升级换代，从而不炸管，耐冷热水冲击性能好；在0℃至-50℃环境温度下真空管不冻裂，高寒地区四季能用；若真空管意外破碎一支，水箱和系统内几千公斤冷热水不会由此泄漏，运行安全可靠；维修方便；真空管内不结水垢，不沉积泥沙和水锈，传热性能不会逐年衰老退化；导热系统大，传热快，热效率高而且稳定；造价比固定烘接式热管真空集热管大幅度降低。
本发明是这样实现的：在全玻璃真空集热管的内腔插入有热管或金属管，通过连接套管的下孔与真空集热管的口部外壁非密封连接，通过连接套管的中孔与热管或U形金属管外壁密封连接，在全玻璃真空集热管与热管或U形金属管之间填充有热容(cm)量大，导热系数高的固体粉末，例如铝粉或细砂(SiO2)粉末等用作太阳能传热介质，或在双层全玻璃真空明管的内腔插入有热管或U形金属管，通过连接套管的下孔与真空明管的口部外壁非密封连接，连接套管的上孔与热管或U形金属管的外壁密封连接，在真空明管与热管或U形金属管之间填充有富有太阳能选择性吸收性能的黑色固体粉末，例如黑铬粉末、黑镍粉末，阳极氧化铝粉或经富有太阳能选择性吸收性能的液态涂料浸泡过的细沙(SiO2)粉末、电池用炭粉等用作太阳能选择性吸收和传热材料，或在双层全玻璃真空明管的内腔镶有外表面涂复太阳能选择性吸收涂层的薄壁或全承压金属管内衬，通过硅橡胶连接套管的下孔与真空明管的口部外壁非密封性连接，通过硅橡胶连接套管的芯子与金属管内衬其口部内壁密封连接，硅橡胶连接套管园柱面的左孔密封连接有进液管接头，其右孔密封连接有出液管接头，其端面中孔密封连接有热管，在金属管内衬和热管之间注有液态防冻传热介质。
下面结合附图作进一步详细描述。
图1是在单口式全玻璃真空集热管的内腔与热管之间填充有导热用固体粉末的组合式太阳能集热元器件结构图。
图2是在单口式全玻璃真空集热管的内腔与U形金属管之间填充有导热用固体粉末的组合式太阳能集热元器件结构图。
图3A是在单口式双层全玻璃真空明管的内腔与热管之间填充有富有太阳能选择性吸收性能的黑色固体粉末，其组合式太阳能集热元器件结构图。
图3B是在单口式双层全玻璃真空明管的内腔与U形金属管之间填充有富有太阳能选择性吸收性能的黑色固体粉末其组合式太阳能集热元器件结构图。
图4A是在单口式双层全玻璃真空明管的内腔与热管之间灌注有富有太阳能选择性吸收性能的黑色液物质，且连接套管上密封连接有补液管接头其组合式太阳能集热元器件结构图。
图4B是在单口式双层全玻璃真空明管的内腔与U形金属管之间灌注有富有太阳能选择性吸收性能的黑色液体物质，且连接套管上密封连接有补液管接头其组合式太阳能集热元器件结构图。
图5A是在单口式双层全玻璃真空明管的内壁镶嵌有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的单口式金属管内衬，在单口式金属管内衬与热管之间灌注有液态防冻传热介质，且连接套管上密封连接有补液管接头其组合式太阳能集热元器件结构图。
图5B是在单口式双层全玻璃真空明管的内壁镶嵌有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的单口式金属管内衬，在单口式金属管内衬与U形管之间灌注有液态防冻传热介质，且连接套管上密封连接有补管头，其组合式太阳能集热元器件结构图。
图6是外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的热管蒸发段园管镶嵌于单口式双层全玻璃真空明管的内壁，且热管的冷凝段直径小于蒸发段直径，连接套管的下孔与单口式双层全玻璃真空明管的口部外壁密封连接，连接套管的中孔与热管的冷凝段园管外壁密封连接。
图7是在直通式全玻璃真空集热管内腔与直通式金属管之间填充有导热用固体粉末的组合式太阳能集热元器件结构图。
图8是在直通式双层真空明管内腔与直通式——金属管之间填充有富有太阳能选择性吸收性能的黑色固体粉末的组合式太阳能集热元器件结构图。
图9是在直通式双层全玻璃真空明管内腔与直通式金属管之间填充有富有太阳能选择性吸收性能的黑色液体物质且连接套管上密封连接有补液管接头，其太阳能集热元器件结构图。
图10是直通式双层全玻璃真空明管内壁镶有外表面富有选择性吸收涂层的直通式金属管内衬，在直通式金属内衬与直通式金属管之间充装有防冻传热介质，连接套管上密封连接有补液管接头[7]。
这种真空管—金属管组合式太阳能集热元器件，其真空管含全玻璃真空集热管[1]和双层全玻璃真空明管[1′]，其金属管[2]含金属热管[2A]、U形金属管[2B]和直通式金属管[2C]，将它们排列组合组成一族组合式太阳能集热元器件，其结构特征是在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔插入有金属热管[2A]，在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与热管[2A]其蒸发段[7]的外壁之间填充有导热用固体粉末[8A]，含金属粉末，例如铜粉、铝粉和铁粉等金属粉末，含非金属粉末，例如细砂、(SiO2)粉末、氟石粉末，电池用炭粉等非金属粉末，最好选用导热系数高、热容量(C·m)大、价格低廉的固体粉末用作导热用材料，并留有热膨胀空间[6]，连接套管[4]包含硅橡胶连接套管[4A]和金属连接套管[4B]此处通过硅橡胶连接套管[4A]的下孔与单口式全玻璃真空集热管[1A]的口部外壁非密封性连接，连接套管[4A]的芯子[3]与单口式全玻璃真空集热管[1A]的口部内壁非密封连接，连接套管[4A]的中孔与热管[2A]的冷凝段[5]其外壁密封连接。
这种太阳能集热元器件，其结构特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与热管[2A]的蒸发段[7]之间填充有固体粉末[8A]外，或在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与U形金属管[2B]之间填充有固体粉末[8A]，通过连接套管[4]的左右两孔与U形金属管[2B]密封连接。
这种太阳能集热元器件，其结构特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]与金属管[2]指金属热管[2A]或U形金属管[2B]之间填充有固体粉末[8A]外，或在单口式双层全玻璃真空明管[1′A]与金属管[2]含金属热管[2A]或U形金属管[2B]之间填充有富有太阳能选择性吸收性能的黑色固体粉末[8B]，含金属黑色粉末，例如黑镍粉末、黑铬粉末、阳极氧化铝粉、磁控溅射A1-N-A1粉末、含非金属黑色粉，例如电池用炭粉、用富有太阳能选择性吸收性能的黑色液体浸染后的细砂和氟石粉末等，用作集热和传热材料。
这种太阳能集热元器件，其结构特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与金属管[2]指金属热管[2A]或U形金属管[2B]的外壁之间填充有固体粉末[8A]外，或在单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的内腔与金属管[2]含金属热管[2A]或U形金属管[2B]之间灌注有富有太阳能选择性吸收性能的黑色液体物质[8C]，例如喷涂铜铝复合管条用的富有太阳能选择性吸收性能的液体黑色涂料，或黑色液体染料、黑板漆等，黑色液体用作集热和传热物质，且连接套管[4]密封有补液管接头[9]。
这种太阳能集热元器件，其结构特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]与金属管[2]指金属热管[2A]或U形金属管[2B]之间填充有固体粉末[8A]外，或在单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的内壁镶嵌有外表面涂复有太阳能选择性吸收深层的单口式金属管内衬[8D]，例如阳极氧化薄壁或全承压铝管内衬、电镀黑镍或黑铬金属管内衬、喷涂太阳能选择性吸收涂层的薄壁铝管等，带涂层的金属管内衬用作集热热传热容器，通过连接套管[4]的下孔与单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的口部外壁连接，连接套管[4]的芯子[3]与单口式金属管内衬[8D]的口部内壁密封连接，连接套管[4]上密封连接有输液或传热金属管[2]指金属热管[2A]或U形金属管[2B]，连接套管[4]上密封连接有补液管接头[9]，在单口式金属管内衬[8E]与输液或传热金属管[2]含金属热管[2A]或U形金属管[2B]之间灌注有液态防冻传热介质[11]。
这种太阳能集热元器件，其结构特征是除在单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的内壁镶有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的单口式金属管内衬[8D]，并在单口式金属管内衬[8D]与传热金属管[2]指金属热管[2A]之间灌注有液态防冻传热介质[11]外，或将有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的金属热管[2A]蒸发段其园管镶嵌于单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的内腔，热管[2A]其冷凝段[5]外径小于蒸发段[7]外径，通过连接套管[4]的下孔与单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的口部外壁连接，连接套管[4]的中孔与金属热管[2A]的冷凝段外壁密封连接。
这种太阳能集热元器件，其结构特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与金属热管[2A]之间填充有固体粉末[8A]外，或在直通式全玻璃真空集热管[1B]的内腔与直通式金属管[2C]的外壁之间填充有固体粉末[8A]，通过两只连接套管[4A]的下孔与直通式全玻璃真空集热管[1B]的两端口部外壁非密封性连接，两只连接套管[4A]的芯子[3]与直通式全玻璃真空集热管[1B]的两端口部内壁非密封性连接，两只连接套管[4A]的中孔与直通式金属管[2C]对应部位外壁密封连接。
这种太阳能集热元器件，其结构特征是除在直通式全玻璃真空集热管[1B]的内腔与直通式金属管[2C]的外壁之间填充有固体粉末[8A]外，或在直通式双层全玻璃真空明管[1′B]的内腔与直通式金属管[2C]的外壁之间填充有富有太阳能选择性吸收性能的黑色固体粉末[8B]。
这种太阳能集热元器件，其结构特征是除在直通式双层全玻璃真空集热管[1B]的内腔与直通式金属管[2C]的外壁之间填充有固体粉末[8A]外，或在直通式双层全玻璃真空明管[1′B]的内腔与直通式金属管[2C]的外壁之间灌注有富有太阳能选择性吸收性能的黑色液体物质[8C]，并且连接套管[4]上密封有补液管接头[9]。
这种太阳能集热元器件，其结构特征是除在直通式双层真空明管[1′B]的内腔与直通式金属管[2C]的外壁之间填充有富有太阳能选择性吸收性能的黑色液体物质[8C]外，或在直通式双层直空明管[1′B]的内腔镶有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的直通式金属管内衬[8D]，直通式双层全玻璃真空明管[1′B]和直通式金属管内衬[8D]两端通过两只连接套管[4]密封连接，两只连接套管[4]的中孔分别密封连接有金属管[2]含进液管[2E]和出液管[2F]，或直通式金属管[2C]，在直通式金属管内衬[8D]与金属管[2]之间装有导热物质[8C]含液态防冻传热介质[8E]或固体粉末[8A]。

Claims (10)

1.一种真空管—金属管组合式太阳能集热元器件，其特征是在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔插入有金属热管[2A]，在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与热管[2A]其蒸发段[7]的外壁之间填充有导热用固体粉末[8A]，并留有热膨胀空间[6]，通过硅橡胶连接套管[4A]的下孔与单口式全玻璃真空集热管[1A]的口部外壁非密封性连接，连接套管[4A]的芯子[3]与单口式全玻璃真空集热管[1A]的口部内壁非密封连接，连接套管[4A]的中孔与热管[2A]的冷凝段[5]其外壁密封连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热元器件，其特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与热管[2A]的蒸发段[7]之间填充有固体粉末[8A]外，或在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与U形金属管[2B]之间填充有固体粉末[8A]，通过连接套管[4]的左右两孔与U形金属管[2B]密封连接。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能集热元器件，其特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]与金属管[2]指金属热管[2A]或U形金属管[2B]之间填充有固体粉末[8A]外，或在单口式双层全玻璃真空明管[1′A]与金属管[2]含金属热管[2A]或U形金属管[2B]之间填充有富有太阳能选择性吸收性能的固体黑色粉末[8B]。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能集热元器件，其特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与金属管[2]指金属热管[2A]或U形金属管[2B]的外壁之间填充有固体粉末[8A]外，或在单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的内腔与金属管[2]含金属热管[2A]或U形金属管[2B]之间灌注有富有太阳能选择性吸收性能的黑色液体物质[8C]，且连接套管[4]密封有补液管接头[9]。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能集热元器件，其特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]与金属管[2]指金属热管[2A]或U形金属管[2B]之间填充有固体粉末[8A]外，或在单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的内壁镶嵌有外表面涂复有太阳能选择性吸收深层的单口式金属管内衬[8D]，通过连接套管[4]的下孔与单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的口部外壁连接，连接套管[4]的芯子[3]与单口式金属管内衬[8D]的口部内壁密封连接，连接套管[4]上密封连接有输液或传热金属管[2]指金属热管[2A]或U形金属管[2B]，连接套管[4]上密封连接有补液管接头[9]，在单口式金属管内衬[8E]与输液或传热金属管[2]含金属热管[2A]或U形金属管[2B]之间灌注有液态防冻传热介质[11]。
6.根据权利要求5所述的太阳能集热元器件，其特征是除在单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的内壁镶有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的单口式金属管内衬[8D]，并在单口式金属管内衬[8D]与传热金属管[2]指金属热管[2A]之间灌注有液态防冻传热介质[11]外，或将有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的金属热管[2A]蒸发段其园管镶嵌于单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的内腔，热管[2A]其冷凝段[5]外径小于蒸发段[7]外径，通过连接套管[4]的下孔与单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的口部外壁连接，连接套管[4]的中孔与金属热管[2A]的冷凝段外壁密封连接。
7.根据权利要求1所述的太阳能集热元器件，其特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与金属热管[2A]之间填充有固体粉末[8A]外，或在直通式全玻璃真空集热管[1B]的内腔与直通式金属管[2C]的外壁之间填充有固体粉末[8A]，通过两只连接套管[4A]的下孔与直通式全玻璃真空集热管[1B]的两端口部外壁非密封性连接，两只连接套管[4A]的芯子[3]与直通式全玻璃真空集热管[1B]的两端口部内壁非密封性连接，两只连接套管[4A]的中孔与直通式金属管[2C]对应部位外壁密封连接。
8.根据权利要求7所述的太阳能集热元器件，其特征是除在直通式全玻璃真空集热管[1B]的内腔与直通式金属管[2C]的外壁之间填充有固体粉末[8A]外，或在直通式双层全玻璃真空明管[1′B]的内腔与直通式金属管[2C]的外壁之间填充有富有太阳能选择性吸收性能的黑色固体粉末[8B]。
9.根据权利要求7所述的太阳能集热元器件，其特征是除在直通式双层全玻璃真空集热管[1B]的内腔与直通式金属管[2C]的外壁之间填充有固体粉末[8A]外，或在直通式双层全玻璃真空明管[1′B]的内腔与直通式金属管[2C]的外壁之间灌注有富有太阳能选择性吸收性能的黑色液体物质[8C]，并且连接套管[4]上密封有补液管接头[9]。
10.根据权利要求9所述的太阳能集热元器件，其特征是除在直通式双层真空明管[1′B]的内腔与直通式金属管[2C]的外壁之间填充有富有太阳能选择性吸收性能的黑色液体物质[8C]外，或在直通式双层直空明管[1′B]的内腔镶有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的直通式金属管内衬[8D]，直通式双层全玻璃真空明管[1′B]和直通式金属管内衬[8D]两端通过两只连接套管[4]密封连接，两只连接套管[4]的中孔分别密封连接有金属管[2]含进液管[2E]和出液管[2F]，或直通式金属管[2C]，在直通式金属管内衬[8D]与金属管[2]之间装有导热物质[8C]含液态防冻传热介质[8E]或固体粉末[8A]。
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