CN201187899Y - 一种真空集热管密排式太阳能集热导热装置 - Google Patents

一种真空集热管密排式太阳能集热导热装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种真空集热管密排式太阳能集热导热装置，包含有真空集热管(1)、水箱(2)、导热管(5)、定位阻热塞(4)，导热管(5)通过定位阻热塞(4)与真空集热管(1)的开口端连接，且导热管(5)的开口端通过连接件(6)安装在水箱(2)的水箱内壁(21)上；水箱(2)的水箱内壁(21)与水箱外壁(22)之间设有保温腔(3)；导热管(5)的外壁与真空集热管(1)的内壁(11)之间有第二腔(52)，第二腔(52)中为空气，导热管(5)中心为第一腔(51)，第一腔(51)内有水(53)。在本实用新型中，真空集热管(1)、导热管(5)和定位阻热塞(4)构成集热导热组件，该集热导热组件通过连接件(6)能够单独安装、拆卸，同时能够密排。真空集热管(1)与导热管(5)也可以单支装卸。

Description

一种真空集热管密排式太阳能集热导热装置
技术领域
本实用新型涉及一种对太阳能热水器中集热导热部件进行的改进，更具体地说，是指一种真空集热管密排式太阳能集热导热装置。
背景技术
直插式真空管型太阳能热水器一般由全玻璃真空太阳集热管、水箱、支承架三大部分组成。其核心集热元件是全玻璃真空太阳集热管，它由同心双层玻璃管组成，两管中间抽真空，一端开口，一端封闭(像一个拉长的热水瓶)，双层玻璃管的内管外壁真空溅镀铝-氮/铝吸热涂层。
直插式全玻璃真空集热管太阳能热水器，是利用真空集热管具有的高吸收率和低发射率，将吸收的太阳辐射转换成热能，利用冷水比重大，热水比重小的特点，在真空管内形成冷水自上而下，热水自下而上的自然循环，使整个水的温度逐步升高，达到一定温度。但现有真空集热管的管内储水量过大，热传导启动速度慢，易造成热损。一般，直径58mm，长1.8m的一支真空集热管的管内水容量为3L，一个30支管的太阳能热水器水箱容量为250L，则真空集热管内的水将达到90L，占总水量的26％。因现有结构的缺陷，升温后贮留在真空集热管内的这部分水及其所携带的热量，不仅不能被有效利用，反而起到散热的作用。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种真空集热管密排式太阳能集热导热装置，该集热导热装置通过内置在真空集热管1内的导热管5，将热量传导到水箱2，由于导热管5内的容水量大大小于现有技术中真空集热管1内的容水量，使得热交换启动时间短，热水器升温快，可用得热量得以大幅度提高。导热管5的一端封闭，且插入真空集热管1内，导热管5的另一端开口，通过连接件6连接在水箱2的水箱内壁21上，且水箱2内的水与导热管5内的水导通。真空集热管1通过定位阻热塞4连接在导热管5上。
在本实用新型中，真空集热管1、导热管5和定位阻热塞4构成集热导热组件，该集热导热组件通过连接件6能够单独安装、拆卸，其中真空集热管1与导热管5也可以单支装卸，解决了常规太阳能热水器中单支真空集热管破损后，造成的太阳能热水器瘫痪，不能正常工作的缺陷。
本实用新型真空集热管密排式太阳能集热导热装置的优点在于：
(1)快速热传导：由于真空集热管1闷晒时可以达到300℃以上的高温，利用一根一端封闭，且内径相对较细的管子(导热管5的内径5～30mm)，加快了导热管5内的水53对流的速度，提高了传递热量速度，使得热量快速传递，达到热平衡；
(2)降低热损：由于导热管5和真空集热管1内壁之间的第二腔52为空气(没有导热介质)，大大降低了由于真空集热管1真空度不够而造成的热量泄露；
(3)提高可用得热量：常规真空集热管内的水虽然是最先加热的部分，但是并不能用而只能留存在真空管内，造成热量的损失，通过对导热方式的改进，可用热量大大提高；
(4)实现真空集热管密排：由于克服了利用真空集热管外壁定位的缺陷，改用集热管内壁定位，使相邻两支集热导热组件之间的安装距离缩短到d＝1～10mm。这是由于热传导通道的横截面直径和面积大大缩小，从而实现真空集热管密排，提高了单位面积的光热转换率；
(5)解决玻璃管壁结垢沉淀问题。由于导热管5的内壁可以喷、刷、涂、镀上特氟隆、聚四氟乙烯等材料使得金属内壁不能结垢。
附图说明
图1是本实用新型的外部结构图。
图1A是图1的A-A视图。
图2是集热导热组件的外部结构图。
图2A是图2的等轴剖面图。
图2B是带有翅片的集热导热组件的等轴剖面图。
图3A是矩形导热管的结构图。
图3B是蛇形导热管的结构图。
图3C是螺旋式导热管的结构图。
图4是真空集热管排列的原理示图。
图中：         1.真空集热管    11.真空管内壁      2.水箱           21.水箱内壁
22.水箱外壁    23.水           3.保温腔           4.定位阻热塞     5.热导管
51.第一腔      52.第二腔       53.水              54.翅片          511.A连接头
512.A导热管体                  513.A进水口        521.A连接头
522.A导热管体                  523.A进水口        531.A连接头
532.A导热管体                  533.A进水口        6.连接件
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
参见图1、图1A所示，本实用新型是一种适用于太阳能转换的真空集热管密排式太阳能集热导热装置，包含有储热水箱2、真空集热管1、导热管5、定位阻热塞4，导热管5通过定位阻热塞4与真空集热管1的开口端连接，且热导管5的开口端通过连接件6安装在储热水箱2的水箱内壁21上；储热水箱2的水箱内壁21与水箱外壁22之间设有保温腔3(该保温腔3可以抽真空或者填充保温材料来实现保温)。参见图2A所示，导热管5的外壁与真空集热管1的内壁11之间有第二腔52，第二腔52中为空气，以空气的对流将热量传导到导热管5，从而使导热管5中心的第一腔51内的水53得到加热，该水53的对流将热量带入储热水箱2实现对水箱2中的水23的加热。此种水的加热方式与传统的真空管直插式太阳能热水器的传热方式不同，有效地提高了热传递速度，降低了热损失，可以使可用得热量提高了15～35％。
参见图2B所示，本实用新型的另一种真空集热管密排式太阳能集热导热装置，包含有水箱2、真空集热管1、导热管5、定位阻热塞4，导热管5插入真空集热管1内的部分，其外壁上设有翅片54(翅片54的设计加大了与空气的接触面)，导热管5通过定位阻热塞4与真空集热管1的开口端连接，且导热管5的开口端通过连接件6安装在水箱2的水箱内壁21上；水箱2的水箱内壁21与水箱外壁22之间设有保温腔3。参见图2A所示，导热管5的外壁与真空集热管1的内壁11之间有第二腔52，第二腔52中为空气，以空气的对流将热量传导到导热管5，从而使导热管5中心的第一腔51内的水53得到加热，该水53的对流将热量带入储热水箱2实现对水箱2中的水23的加热。
在本实用新型中，所述真空集热管1的内壁11上制备有吸热涂层，吸热涂层是AL-N/AL(铝-氮/铝)材料。
在本实用新型中，水箱2的水箱外壁22与水箱内壁21之间的保温腔3内填充有发泡聚氨酯保温材料、发泡聚苯乙烯泡沫保温等材料。也可以对保温腔3采用抽真空(抽真空度至1～5×10-2Pa)方式来实现保温。
在本实用新型中，定位阻热塞4采用橡胶、硅胶、或者软木等材料。
参见图2、图2A、图3A、图3B、图3C所示，在本实用新型中，导热管5可以采用玻璃管、不锈钢管、铝管、碳钢管、铜管、树脂管或者塑料管等。导热管5的内径为5～30mm。导热管5的一端封闭，且(封闭端)插入真空集热管1内，导热管5的另一端开口，(开口端)通过连接件6连接在水箱2的水箱内壁21上，且水箱2内的水与导热管5内的水导通。导热管5由导热管体、连接头组成，在导热管体的上端设有连接头，连接头的端部为进水口。如图3A所示的矩形导热管结构，A导热管体512为矩形结构，在A导热管体512的上端面设有A连接头511，A连接头511的端面设有A进水口513，A连接头511通过连接件将方形导热管安装在储热水箱2的水箱内壁21上，A进水口513用于实现导热管内的水与储热水箱2中的水23进行交换，从而实现冷热水的循环，达到对储热水箱2中的水23加热。如图3B所示的蛇形导热管结构，B导热管体522为蛇形结构，在B导热管体522的上端面设有B连接头521，B连接头521的端面设有B进水口523，B连接头521通过连接件将蛇形导热管安装在储热水箱2的水箱内壁21上，B进水口523用于实现导热管内的水与储热水箱2中的水23进行交换，从而实现冷热水的循环，达到对储热水箱2中的水23加热。如图3C所示的螺旋式导热管结构，C导热管体532为螺旋式结构，在C导热管体532的上端面设有C连接头531，C连接头531的端面设有C进水口533，C连接头531通过连接件将螺旋式导热管安装在储热水箱2的水箱内壁21上，C进水口533用于实现导热管内的水与储热水箱2中的水23进行交换，从而实现冷热水的循环，达到对储热水箱2中的水23加热。第二腔52内的导热介质为空气，在本实用新型中选取的介质与一般选取的导热介质不同，降低了热损，使得太阳能热水器的制作成本得到降低。
为了解决现有采用玻璃管作为导热源的管体，其玻璃管内壁结垢沉淀问题。本实用新型的导热管5采用在管内壁喷、刷、涂、镀防结垢层，该防结垢层材料为特氟隆、聚四氟乙烯等，在导热管5内壁设有防结垢层材料提高了太阳能热水器的使用水质量，同时也提高了太阳能热水器的使用寿命。
参见图2、图2A所示，在本实用新型中，真空集热管1、导热管5和定位阻热塞4构成一支集热导热组件，该集热导热组件通过连接件6与水箱2的水箱内壁21密封连接，可以实现集热导热组件单独安装、拆卸；其中真空集热管1与导热管5也可以单支装卸，解决了常规太阳能热水器中单支集热管破损后造成的太阳能不能正常工作的缺陷。同时，安装、拆卸操作简单，方便。为了解决真空管排列缝隙而造成的光热单位面积转换率低的缺陷，可以采用多支集热导热组件密排在储热水箱2上。每支集热导热组件之间的安装间隙d＝1～15mm，采用本实用新型的密排安装集热导热组件，可以使光热面积转换率提高10～35％。参见图4所示，常规做法例如以直径d1＝58mm，长h＝1800mm，管间距d2＝80mm，两管间隙d＝22mm组装的热水器，与改进后同样直径d1＝58mm，长h＝1800mm，但管间距d2＝60mm，(安装间隙)两管间隙d＝2mm组装的热水器相比，采用密排方式光热面积转换率可以提高33％。
在本实用新型中，真空集热管1选用市场上常见的双层全玻璃真空太阳集热管材质。真空集热管1的内径为30～70mm。
在本实用新型中，导热管5内的水53比原真空集热管内的水大大减少，以直径d1＝58mm，长h＝1800mm的真空集热管为例，原单支真空集热管容水为3L，而如果采用内径d1＝15mm，长h＝1900mm的管材做热管，其容水量仅为0.33L，仅为原结构的11％。而常规真空集热管内的水虽然是最先加热的部分，但是并不能用而只能留存在真空管内，造成热量的损失。采用空气为导热介质，导热管5将很快地被加热，从而实现导热管内的水与水箱中的水迅速对流，实现热交换，达到热平衡，并大幅度降低热损。此种对加热方式的改进，使可用得热量得到大大提高。
本实用新型真空集热管密排式太阳能集热导热装置，导热管5与真空集热管1形成的第二腔52中为空气，未添加导热介质。集热导热组件的单支独立安装与拆卸提高了太阳能热水箱的使用寿命。由于导热管5的截面直径和面积大幅度减小，可以实现利用真空管内壁定位进行密排。

Claims (10)

1、一种真空集热管密排式太阳能集热导热装置，包含有真空集热管(1)、水箱(2)，其特征在于：还有导热管(5)、定位阻热塞(4)，导热管(5)通过定位阻热塞(4)与真空集热管(1)的开口端连接，且导热管(5)的开口端通过连接件(6)安装在水箱(2)的水箱内壁(21)上；水箱(2)的水箱内壁(21)与水箱外壁(22)之间设有保温腔(3)；导热管(5)的外壁与真空集热管(1)的内壁(11)之间有第二腔(52)，第二腔(52)中为空气，导热管(5)中心为第一腔(51)，第一腔(51)内有水(53)。
2、根据权利要求1所述的真空集热管密排式太阳能集热导热装置，其特征在于：位于真空集热管(1)内的导热管(5)上设有翅片(54)。
3、根据权利要求1或2所述的真空集热管密排式太阳能集热导热装置，其特征在于：真空集热管(1)、导热管(5)和定位阻热塞(4)构成一支集热导热组件，每支集热导热组件的安装间隙d＝1～15mm。
4、根据权利要求1或2所述的真空集热管密排式太阳能集热导热装置，其特征在于：导热管(5)由导热管体、连接头组成，在导热管体的上端设有连接头，连接头的端部为进水口；导热管(5)的内径为5～30mm。
5、根据权利要求1或2所述的真空集热管密排式太阳能集热导热装置，其特征在于：导热管(5)采用在管内壁喷、刷、涂、镀防结垢层，该防结垢层材料为特氟隆、聚四氟乙烯。
6、根据权利要求1或2所述的真空集热管密排式太阳能集热导热装置，其特征在于：水箱(2)的水箱内壁(21)与水箱外壁(22)之间的保温腔(3)抽真空。
7、根据权利要求1或2所述的真空集热管密排式太阳能集热导热装置，其特征在于：导热管(5)的外形是矩形导热管、蛇形导热管或者螺旋式导热管。
8、根据权利要求1或2所述的真空集热管密排式太阳能集热导热装置，其特征在于：定位阻热塞(4)采用橡胶、硅胶、或者软木制作的塞子。
9、根据权利要求1或2所述的真空集热管密排式太阳能集热导热装置，其特征在于：所述保温腔(3)内填充是发泡聚氨酯保温材料、发泡聚苯乙烯泡沫保温材料。
10、根据权利要求1或2所述的真空集热管密排式太阳能集热导热装置，其特征在于：导热管(5)为玻璃管、不锈钢管、铝管、碳钢管、铜管、树脂管或者塑料管。
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