CN1469088A - 真空管-金属传热元器件组合式太阳能集热元器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空管—金属传热元器件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，为锅炉改造、工农业用热水、洗澡和生活洗涤用热水、空调、采暖、抽水、发电和海水淡化领域用作全天候集热元器件。它是在全玻璃真空管集热管内腔插入有两端封闭，管内注有液态防冻传热介质的金属管用作传热元器件，通过连接套管将真空管和金属传热元器件密封连接，并在真空管与金属传热元器件之间填充有导热用固体粉末，由于其导热系数高，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，从而将成为市场上出售的全玻璃真空集热管升级换代产品。

Description

真空管—金属传热元器件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—金属传热元器件组合式太阳能集热元器件，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，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；若全玻璃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，热效率日渐降低。

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，在市场上致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一金属传热元器件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，能克服各自存在的缺点，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，水箱和系统内几十公斤至几千公斤冷热水不会由此漏光，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减退化；导热系数大，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：它是在本人发明专利申请《真空管—金属管组合式太阳能集热元器件》其专利申请号为02104085.0的基础上，纵深研究，补充发明，在全玻璃真空集热管的内腔插入有金属传热元器件，例如实施例一，插入两端封闭的金属管，在上端封闭前管内注有液态传热介质，在其液面上留有热膨胀空间，而构成金属传热元器件，通过连接套管的下孔与真空集热管的口部外壁相互连接，通过连接套管的上孔与金属传热元器件外壁密封连接，在全玻璃真空集热管与金属传热元器件之间填充有热容量大，导热系数高的固体粉末，例如铝粉或细砂等金属粉末或非金属粉末用作太阳能传热介质，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相连接，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金属传热元器件例如下端封底，上端开口，管内走液态防冻传热介质的金属管，在金属管内衬和金属传热元器件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两端封闭，管内注有液态防冻传热介质的金属管之间填充有导热用固体粉末其组合式太阳能集热元器件结构图。图中1-真空管，2-金属传热元器件，3-连接套管，4-传热介质。5-液态防冻传热介质。

图2是在单口式全玻璃真空集热管的内腔与上端开口，下端封底，管内走液态传热介质的金属管之间填充有导热用固体粉末其组合式太阳能集热元器件结构图。

图3是在单口式全玻璃真空集热管的内腔与金属棒之间填充有导热用固体粉末其组合式太阳能集热元器件结构图。

图4A是在单口式全玻璃真空集热管的内腔与两端封闭，管内注有液态防冻传热介质的金属管之间注有液态防冻传热介质其组合式太阳能集热元器件结构图。

图4B是在单口式全玻璃集热管的内腔与上端开口，下端封底，管内走液态传介质的金属管之间注有液态防冻传热介质其组合式太阳能集热元器件结构图。

图4C是在单口式全玻璃真空集热管的内腔与金属棒之间注有液态防冻传热介质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，在单口式金属内衬与两端封闭，管内注有液态防冻传热介质的金属管之间填充有导热用固体粉末其组合式太阳能集热元器件结构图。图中7-硅橡胶密封圈。1′-真空明管。

图5B是在单口式双层全玻璃真空明管的内腔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，并在单口式金属管内衬与上端开口，下端封底，管内走液态传热介质的金属管的外壁之间填充有导热用固体粉末其组合式太阳能集热元器件结构图。

图5C是在单口式双层全玻璃真空明管的内壁镶有外表面涂复太阳能选择性吸收涂层的单口式金属管内衬，并在单口式金属管内衬与金属棒之间填充有导热用固体粉末其组合式太阳能集热元器件结构图。

图6A、6B和6C是在单口式双层全玻璃真空明管的内腔装有外表面涂复太阳能选择性吸收涂层的单口式金属管内衬，且单口式金属管内衬分别与带补液管接头的金属连接套管其上部台阶焊接成一全，并在单口式金属管内分别与两端封闭，管内注有液态防冻传热介质的金属管或与上端开口，下端封底，管内走液态传热介质的金属管或与金属棒之间注有液态传热介质其组合式太阳能集热元器件结构图。图中8-螺纹连接用内外螺套。

图7是在单口式双层全玻璃真空明管其内腔装有外表面涂复有选择性吸收涂层的带园筒形翅翼的热管并在其园形翅翼与热管之间装有导热用固体粉末其组合式太阳能集热元器件结构图。图中9-相变工质，2″-；园筒形翅翼，2′A-带园筒形翅翼的热管。

图8A是在单口式双层全玻璃真空明客其内腔装有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的带单口式园筒形翅翼的热管，并且单口式园形翅翼其上端口部与带补液管接头的金属连接套管上部台阶密封焊接，并在单口式园筒形翅翼与热管之间注有液态传热介质其组合式太阳能集热元器件结构图。

图8B是图8A中AA剖面图。

图9是在直通式双层真空明管的内壁镶有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的带园筒形的直通式金属管，且在其园筒形翅翼与直通式双层真空明管其两端口部与两只连接套管密封连接，并在其园形翅翼与直通式金属管之间装有导热用固体粉末其组合式太阳能集热元器件结构图。

图10A是在直通式真空明管的内腔装有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的带园筒形翅翼的直通式金属管，其园筒形翅翼密封搭焊，并在园筒形翅翼与直通式金属管之间注有液态传热介质其组合式太阳能集热元器件结构图。图中3″-安装补液管3′用补液孔，2′D-园筒形翅翼，2D-带园筒形翅翼的金属管。

图10B是图10A中AA剖视图。

本发明是一种真空管-金属传热元器件组合式太阳能集热元器件，它由单口式全玻璃真空集热管[1A]、金属传热元器件[2]和连接套管[3]组成，将金属传热元器件[2]插入在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔，通过硅橡胶连接套管[3A]的下孔与全玻璃真空集热管[1A]的口部连接，连接套管[3A]的上孔与金属传热元器件[2]的外壁密封连接，并在单口式全玻璃真空集热管[1A]其内腔和金属传热元器件[2]的外壁之间填充有导热用固体粉末[4A]，含金属粉末例如铝粉、铜粉或铁粉等，或非金属粉末，例如细砂、花岗岩粉末、石墨粉末、炭粉、煤粉等，其结构特征是金属传热元器件[2]是两端封闭的金属管[2A]，其内腔在上端封闭之前注有液态传热介质[5]，例如选用水、导热油、防冻液或盐水等液体、混合液体、溶液或相变工质，并在其液面上留有供热膨胀用适量的储存有空气或纯蒸气的空间[2′]，例如其空间容积最好是等于1/2～1/3其浸没在水箱内胆或联集箱内胆的金属管导热段容积。

这种组合式太阳能集热元器件，其结构特征是金属传热元器件[2]，除采用两端封闭，管内注有液态传热介质[5]的金属管[2A]外，或金属传热元器件[2]采用下端封闭，上端开口，使用时金属管内走液态传热介质[5]的金属管[2B]，其液态传热介质[5]南方不结冰地区采用蒸馏水或导热油，北方结冰地区选用防冻液。

这种组合式太阳能集热元器件，其结构特征是金属传热元器件[2]除采用两端封闭，其管内注有液态传热介质[5]的金属管[2A]外，或金属传热元器件[2]采用金属棒[2C]。

这种组合式太阳能集热元器件，其结构特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]其内腔与金属传热元器件[2]的外壁之间装有导热用固体粉末[4A]，并且连接套管[3]不带补液管接头或不带安装补液管用的园孔外，或在单口式全玻璃真空集热管[1A]其内腔与金属传热元器件[2]的外壁之间装有液态传热介质[4B]或装有液体和固体粉末混合传热介质[4C]，且连接套管[3]上制有补液用管接头[3′]或制有安装补液管用的园孔[3″]。

这种组合式太阳能集热元器件，其结构特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与金属传热元器件[2]其外壁之间装有导热用固体粉末[4A]外，或在单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的内壁锒有外表面涂复太阳能选择性吸收涂层的单口式金属内衬[6A]，且单口式双层全玻璃真空明管[1′A]与单口式金属内衬[6A]两者口部与连接套管[3]的下孔连接，连接套管[3]的上孔与金属传热元器件[2]的外壁密封连接，并在单口式金属管内衬[6A]的内壁与金属传热元器件[2]的外壁之间装有导热用固体粉末[4A]。

这种组合式太阳能集热元器件，其结构特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与金属传热元器件[2]的外壁之间装有导热用固体粉末[4A]外，或在单口式全玻璃真空明管[1′A]的内腔装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[6A]，且单口式金属管内衬[6A]与带补液管接头[3′]的金属连接套管[3B]其上部台阶密封焊接成一体，并在单口式金属管内衬[6A]与金属传热元器件[2]之间注有液态传热介质[4B]或装有液体和固体粉末混合传热介质[4C]。

这种组合式太阳能集热元器件，其结构特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与两端封闭，管内注有液态传热介质[5]的金属管[2A]其外壁之间装有导热用固体粉末外，或在单口式双层全玻璃真空明管[1′A]其内腔锒有外表面涂复太阳能选择性吸收涂层的带园筒形翅翼[2″]的热管[2′A]，并在其带园筒形翅翼[2″]与热管[2′A]之间装有导热用固体粉末[4A]。

这种组合式太阳能集热元器件，其结构特征是除在单口式全玻璃真空管[1A]的内腔与两端封闭，管内注有液态传热介质[5]的金属管[2A]其外壁之间装有导热用固体粉末[4A]外，或在单口式双层全玻璃真空明管[1′A]其内腔锒有外表面涂复太阳能选择性吸收涂层的带单口式园筒形翅翼[2″]的热管[2′A]，并且单口式园筒形翅翼[2″]其上端口部与带补液管接头[3′]的连接套管[3]密封连接，在单口式园筒形翅翼[2″]与热管[2′A]之间注有液态传热介质[4B]，或装有液体和固体粉末混合传热介质[4C]。

这种组合式太阳能集热元器件，其结构特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与两端封闭，管内注有液态传热介质[5]的金属管[2A]其外壁之间装有导热用固体粉末外，或在直通式双层全玻璃真空明管[1′B]的内腔锒有外表面涂复太阳能选择性吸收涂层的带园筒形翅翼[2″]的直通式金属管[2D]，且在其园筒形翅翼[2″]和直通式双层真空明管[1′B]其两端口部与两只连接套管[2]相连接，两只连接套管[3]的上孔与直通式金属管[2D]密封连接，并在其园筒形翅翼[2″]与直通式金属管[2D]之间装有固体粉末[4A]。

这种组合式太阳能集热元器件，其特征是除在单口式全玻璃真空集热管[1A]的内腔与两端封闭，管内注有液态传热介质[5]的金属管[2A]其外壁之间装有导热用固体粉末[4A]外，或在直通式双层全玻璃真空明管[1′B]的内腔装有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的带园筒形翅翼[2″]的直通式金属管[2D]，其园筒形翅翼[2″]密封搭焊，且两端部与带补液管接头[3′]的金属连接套管[3B]上部台阶密封焊接，在园筒形翅翼[2″]与直通式金属管[2D]之间注有液态传热介质[4B]或装有液体和固体粉末混合传热介质[4C]。

Claims (10)

1.一种真空管-金属传热元器件组合式太阳能集热元器件，它由单口式全玻璃真空集热管[1A]、金属传热元器件[2]和连接套管[3]组成，并在单口式全玻璃真空集热管[1A]其内腔和金属传热元器件[2]的外壁之间填充有导热用固体粉末[4A]，其特征是金属传热元器件[2]是两端封闭的金属管[2A]，其内腔在上端封闭之前注有液态传热介质[5]，并在其液面上留有适量供热膨胀用的储存空气或纯蒸气的空间[2′]。

2.根据权利要求1所述的太阳能集热元器件，其特征是金属传热元器件[2]，除采用两端封闭，管内注有液态传热介质[5]的金属管[2A]外，或金属传热元器件[2]采用下端封闭，上端开口，金属管内走液态传热介质[5]的金属管[2B]。

3.根据权利要求1所述的太阳能集热元器件，其特征是金属传热元器件[2]除采用两端封闭，其管内注有液态传热介质[5]的金属管[2A]外，或金属传热元器件[2]采用金属棒[2C]。

4.根据权利要求1、2或3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]其内腔与金属传热元器件[2]的外壁之间装有导热用固体粉末[4A]，并且连接套管[3]不带补液管接头或不带安装补液管用的园孔外，或在单口式全玻璃真空集热管[1A]其内腔与金属传热元器件[2]的外壁之间装有液态传热介质[4B]或装有液体和固体粉末混合传热介质[4C]，且连接套管[3]上制有补液用管接头[3′]或制有安装补液管用的园孔[3″]。

5.根据权利要求1、2或3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]的内腔与金属传热元器件[2]其外壁之间装有导热用固体粉末[4A]外，或在单口式双层全玻璃真空明管[1′A]的内壁锒有外表面涂复太阳能选择性吸收涂层的单口式金属管内衬[6A]，并在单口式金属管内衬[6A]的内壁与金属传热元器件[2]的外壁之间装有导热用固体粉末[4A]。

6.根据权利要求1、2或3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]的内腔与金属传热元器件[2]的外壁之间装有导热用固体粉末[4A]外，或在单口式全玻璃真空明管[1′A]的内腔装有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的单口式金属内衬[6A]，且单口式金属管内衬[6A]与带补液管接头[3′]的金属连接管[3B]其上部台阶密封焊接成一体，并在单口式金属管内衬[6A]内腔与金属传热元器件[2]的外壁之间装注有液态传热介质[4B]或装有液体和固体粉末混合传热介质[4C]。

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]的内腔与两端封闭，管内注有液态传热介质[5]的金属管[2A]其外壁之间装有导热用固体粉末外，或在单口式双层全玻璃真空集热管[1′A]其内腔锒有外表面涂复太阳能选择性吸收涂层的带园筒形翅翼[2″]的热管[2′A]，并在其带园筒形翅翼[2″]与热管[2′A]之间装有导热用固体粉末[4A]。

8.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管[1A]的内腔与两端封闭，管内注有液态传热介质[5]的金属管[2A]其外壁之间装有导热用固体粉末[4A]外，或在单口式双层全玻璃真空明管[1′A]其内腔锒有外表面涂复太阳能选择性吸收涂层的带单口式园筒形翅翼[2″]的热管[2′A]，并且单口式园筒形翅翼[2″]其上端口部与带补液管接头[3′]的连接套管[3]密封连接，在单口式园筒形翅翼[2″]与热管[2′A]之间注有液态传热介质[4B]或装有液体和固体粉末混合传热介质[4C]。

9.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]的内腔与两端封闭，管内注有液态传热介质[5]的金属管[2A]其外壁之间装有导热用固体粉末外，或在直通式双层全玻璃真空明管[1′B]的内腔锒有外表面涂复太阳能选择性吸收涂层的带园筒形翅翼[2″]的直通式金属管[2D]，且在其园筒形翅翼[2″]和直通式双层真空明管[1′B]其两端口部与两只连接套管[2]相连接，并在其园筒形翅翼[2″]与直通式金属管[2D]之间装有固体粉末[4A]。

10.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]的内腔与两端封闭，管内注有液态传热介质[5]的金属管[2A]其外壁之间装有导热用固体粉末[4A]外，或在直通式双层全玻璃真空明管[1′B]的内腔装有外表面涂复有太阳能选择性吸收涂层的带园筒形翅翼[2″]的直通式金属管[2D]，其园筒形翅翼[2″]密封搭焊，且两端部与带补液管接头[3′]的金属连接套管[3B]上部台阶密封焊接，在园筒形翅翼[2″]与直通式金属管[2D]之间注有液态传热介质[4B]或装有液体和固体粉末混合传热介质[4C]。

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