CN1563847A - 防爆太阳能全玻璃真空集热管 - Google Patents

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Abstract

一种防爆太阳能全玻璃真空集热管，属采暖加热设备技术领域，用于解决玻璃热管空晒爆裂的问题。构成中设有玻璃热管和玻璃外管，两者熔封，两管之间及热管中均为真空，热管外壁上附有吸热涂层，热管中充装工质，改进后，热管中液态工质充装量为0.1～0.5％V，其中V为热管内的容积。本发明的设计构思应用热力学理论，科学选择热管工质的充装量，使其达到某一临界温度时全部转化为汽相，当温度继续升高时，压力按照汽相的规律升高，从而大幅度的降低了高温状态下热管内的工作压力，解决了全玻璃真空集热管空晒爆裂的问题，工作可靠性大大提高。同时，在热管中增设吸附材料，以保证热管再次快速起动。

Description

防爆太阳能全玻璃真空集热管
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能装置中的元件，特别是在太阳空晒下不发生爆裂的全玻璃真空集热管，属采暖加热设备技术领域。
背景技术
利用太阳能采暖加热是近年来广泛采用的一项先进技术。尽管各种太阳能热水器的结构不尽相同，但关键技术都是依靠集热装置充分吸收太阳光的能量，并将其转化为热能，加热水源供给使用。真空集热管是太阳能热水器上普遍使用的集热元件。其第一代产品由内管、外管构成，两管之间抽成真空，内管外壁上涂附吸热材料，内管中流过水，依靠内管外壁吸收太阳辐射能将水加热，真空层起到保温作用。这种真空管因管内有水，因此存有易冻损、易结垢、热效率低等缺点。第二代真空集热管仍由热管和外管构成，外管和热管通过封结连为一体，热管较外管长，其长出部分插入水箱中。与第一代产品不同的是：热管和外管均抽真空，热管中充入工质。其工作特点为热管中的工质受热汽化，蒸汽上升，在冷凝段释放汽化潜热后凝结回流，由热管冷凝段将热量传递给水箱中的水。第二代产品克服了第一代产品易冻损的缺点，是目前应用较为普遍的集热元件，但它仍存有一些不足之处，如在极端工况(太阳空晒，水箱无水)时，热管温度高达摄氏250～300度，引起热管内压力急剧升高，使热管难以承受，以至爆裂。为此，有人采用金属热管的设计以提高承压能力，但金属管与玻璃管之间的真空密封问题却难以解决，故产品可靠性低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述已有技术之缺陷而提供一种可使热管在较高温度下安全工作的防爆太阳能全玻璃真空集热管。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
一种防爆太阳能全玻璃真空集热管，构成中包括玻璃热管和玻璃外管，热管由蒸发段和冷凝段组成，蒸发段套装于外管中，冷凝段位于外管外，外管和热管两者熔封，两管之间及热管中均为真空，热管外壁上附有吸热涂层，热管中充装工质，其特别之处是：所述热管中液态工质充装量为0.1～0.5％V，其中V为热管的容积。
上述防爆太阳能全玻璃真空集热管，所述热管蒸发段中部设有环状吸附网，所述吸附网为金属丝网或碳纤维丝网等带孔织物。
上述防爆太阳能全玻璃真空集热管，所述热管工质为硫酸钾、硫酸铵及酒精的水溶液。
上述防爆太阳能全玻璃真空集热管，所述硫酸钾、硫酸铵及酒精的水溶液浓度为0～10％。
本发明的设计构思应用热力学理论，科学选择热管工质的充装量，使其在达到某一临界温度时能全部转化为汽相，当温度继续升高时，压力按照汽相的规律升高，从而大幅度的降低了高温状态下热管内的工作压力，解决了全玻璃真空集热管空晒易爆裂的问题，工作可靠性大大提高，而热管的热交换效率却并未受到多大影响。另外，在热管中增设吸附网，有助于热管再次快速起动。本发明对现有太阳能装置可以不作大的改动即可解决普遍存在的问题，制造成本适中，可广泛应用于太阳能加热、制冷、海水淡化等相关装置中。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
参看图1，本实用新型由玻璃热管1和玻璃外管2组成，其中热管由蒸发段1-2和冷凝段1-1组成，蒸发段套装在外管中，冷凝段位于外管外，外管和热管两者熔封。热管和外管之间及热管中均抽真空，热管外壁上附有高温选择性吸热涂层，可使热管具有较高的吸收率和较低的发射率，热管中充装工质。其发明要点为：改变工质状态，使其达到某一临界温度时全部转化为汽相。这样，当温度继续升高时，压力按照汽相的规律升高，而非汽液两相的规律升高，从而可大幅度地降低高温状态下热管内的工作压力。实现上述设计的关键之处是严格控制热管工质的充装量，经理论测算和实际试验表明，热管中工质充装量为0.1～0.5％V，其中V为热管内的容积。其分析过程如下：
热管工作时工质的状态相有两种，即汽液两相共存及单一汽相。当汽液两相共存时饱和温度T与饱和压力P的关系近似为P∝T11.4，由式可见，随温度升高，压力会急剧升高。而单一汽相时饱和温度T与饱和压力P的关系则为P∝T。以水为例：
汽液两相共存时，T＝120℃ P＝2个大气压；T＝300℃ P＝89个大气压；
若为单一汽相时，T＝120℃ P＝2个大气压；T＝300℃，P＝2.9个大气压。
以上数据说明若热管中工质全部为汽相时，既便温度升高，其工作压力的升高程度亦可大幅度降低。
使工质达到某一临界温度Tk时全部转变为汽相的关键是要准确掌握热管中工质的充装量。工质充装量的一般计算过程为：1.选择热管工质，查表得出P与T的关系曲线；2.根据玻璃热管最大耐压Pmax和最高工作温度Tmax求得临界温度Tk；3.由Tk查得饱和蒸汽的比重γ″；4.根据热管容积V求得充装量G＝γ″V。按照上述方法计算出热管液态工质充装量为0.1～0.5％V。
众所周知，通常热管工质充装量为10～20％V，最小也要大于5％V，显然，本发明工质充装量远小于普通热管。由于热管中工质的充装量很少，而阳光的照射加热又是均匀的分布在整个蒸发段的长度上，为了快速起动热管，在蒸发段中部设置了吸附层3，吸附层呈环状，沿热管内壁设置，吸附层可选用金属丝网、碳纤维丝网等带孔织物。吸附层上吸附的工质，有助于热管再次快速启动。
热管工质可选择浓度为0～10％硫酸钾、硫酸铵及酒精的水溶液。

Claims (4)

1.一种防爆太阳能全玻璃真空集热管，构成中包括玻璃热管和玻璃外管，热管由蒸发段和冷凝段组成，蒸发段套装于外管中，冷凝段位于外管外，外管和热管两者熔封，两管之间及热管中均为真空，热管外壁上附有吸热涂层，热管中充装工质，其特征在于：所述热管(1)中液态工质充装量为0.1～0.5％V，其中V为热管的容积。
2.根据权利要求1所述的防爆太阳能全玻璃真空集热管，其特征在于：所述热管蒸发段(1-2)中部设有环状吸附网，所述吸附网为金属丝网或碳纤维丝网。
3.根据权利要求1或2所述的防爆太阳能全玻璃真空集热管，其特征在于：所述热管工质为硫酸钾、硫酸铵及酒精的水溶液。
4.根据权利要求3所述的防爆太阳能全玻璃真空集热管，其特征在于：所述硫酸钾、硫酸铵及酒精的水溶液浓度为0～10％。
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