CN201672716U - 集热、加热一体化太阳能热利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集热、加热一体化太阳能热利用装置，装置由双层透明真空玻璃管、热管、管壳式换热器和一些辅助的吸热和传热元件组成；其吸热端为具有选择性吸收涂层的金属翼片通过压合或者焊接与热管蒸发段连接，放热端为圆柱形壳体和内嵌其中用于输送被加热流体的铜管组成；管壳和铜管曝露在外的部分用保温材料包裹进行保温。热管可用水、乙醇、甲醇、丙酮等及其混合物作为工质。本装置采用集热、加热一体化的思想，达到减小蒸发段和冷凝段与外界流体间传热环节的热阻之目的，因此相比于一般的太阳能真空热管集热器，其热效率更高。此外，本装置还具有运行重量轻、安装方便、不易破碎、不结垢、保温性能好、使用寿命长等优点。

Description

集热、加热一体化太阳能热利用装置

技术领域

本实用新型属太阳能利用技术领域，特别是涉及一种集热、加热一体化的热管式太阳能集热装置。属太阳能技术领域。

背景技术

太阳的辐射功率达3.8x10²³kW，其中，约1.08x10¹⁴kW辐射到地球表面。据估算，太阳在一月之内辐射到地球上的能量，可抵地球上包括石化燃料、原子能等在内的所有不可再生能源总储量的10倍之多，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。我国属太阳能资源相当丰富的国家，国土面积的2/3地区年日照时数大于2200h，单位面积太阳能辐射总量高于5016MJ/m²。开发和利用资源丰富、分布范围极广的太阳能，在给人类提供清洁能源的同时，还能达到零污染及零排放的要求，能极大地加速和促进我国节能减排目标的实现。

太阳能的利用方法是多种多样的，但目前而言，对太阳能辐射的直接热利用是最简单和高效的方式。热管作为一种高效的传热元件，问世以来便得到了迅速的发展，在许多领域中得到了广泛应用。把太阳能真空管和热管相结合组成太阳能真空热管是研究的热点；太阳能真空热管由于结合了真空管和热管的各自优点，因此它具有防冻能力强、启动快、传热性能好、防结垢、使用可靠、承压高和热损失小等特点。

发明内容

本实用新型目的在于解决上述现有技术的不足，发明一种结构新颖、热效率高的集热、加热一体化的热管式太阳能集热装置；双层真空透明玻璃管和热管相结合的结构，使装置同时具有两者的优点，既减少了装置受热段对于环境的传热损失，又增大了装置的承压、抗冻等能力。热管冷凝段与加热段的结合，使装置的换热热阻大幅减小，提高了装置的热效率。

解决本实用新型的技术方案是：该装置包括双层透明真空玻璃管(1)、吸热板(2)、热管(3)、软木塞(4)、换热器外壳(5)、铜管(6)(被加热流体通道)、铝翅片(7)、分液器(8)、集液气器(9)和保温层(10)；热管(3)装在双层透明真空玻璃管(1)内，热管(3)外部压合或者焊接有金属翼片，翼片表面喷涂或电镀一层抗氧化的选择性吸收涂层，真空管顶端用软木塞(4)与热管(3)封接，热管(3)顶部插入换热器外壳(5)，并留有一定的长度，其上方为输送被加热流体的铜管(6)，铜管(6)倾斜布置，铜管(6)外部胀接铝翅片(7)，分液器(8)和集液(气)器(9)对被加热流体进行分流和集流，保温层(10)选用聚氨酯保温材料，对装置曝露于外的部分进行保温。

所述的装置由数根具有蒸发段和冷凝段并充有传热工质的重力热管和壳管式换热器组成。

热管(3)吸热端为具有选择性吸收涂层的金属翼片，并通过压合或者焊接与热管蒸发段连接。

热管(3)端口伸入换热器的壳体，冷凝液聚集于换热器下部，当冷凝液液面高于热管端口时，液体均匀地分配到每根热管(3)。

热管(3)冷凝端的热管工质蒸汽直接在管壳式换热器内铜管的外管壁和翅片(7)上凝结。

所述的冷凝端的外壳由金属板焊接而成，内部装设铜管，铜管倾斜放置，内通被加热流体；铜管上装设波纹型铝翅片，铜管的进口端由分液器分流，出口端由集液/集气装置把受热流体汇集。

工作原理为：太阳辐射透过双层真空玻璃管，照射到吸热板上，吸热板吸热温度上升，通过导热方式把热量传递给热管蒸发段，热管工质吸收热量沸腾蒸发，在压差的作用下，气态的热管工质被压送到管壳式换热器内部；气态工质在铝翅片和热管上放热凝结，把热量传递给被加热流体，凝结液回到换热器底部，当凝结液液位高于热管端部时，在重力作用下，凝结液顺着热管内壁返流至热管底部，完成一个循环。

本实用新型有益效果是：

(1)装置由于采用热管作为传热部件，因此装置承压能力高，适用于高层建筑太阳能集热的要求；

(2)安全性能好，解决了全玻璃真空管夏天热爆和冬天冷爆的问题，在外界环境恶劣的情况下也能正常运行；

(3)相比于一般的太阳能真空热管集热器，由于采用了集热、加热一体化的结构，减少了装置受热段对于环境的传热损失，使本装置的热效率更高。

(4)热管充灌工质量少，热容小，相比于真空玻璃集热器，装置启动快，即使在阴天多云的天气情况下，同样能提供热量。

附图说明

下面结合附图以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。

图1为本实用新型的主视图。

图2为本实用新型的侧视图。

具体实施方式

本实用新型的实施方式如图1、图2所示，它包括双层透明真空玻璃管，其内部设置热管，热管外压合或焊接吸热板，吸热板由金属板制成，其上喷涂或电镀有抗氧化的选择性吸收涂层，在真空管的上端部，用软木塞对热管和真空管进行封接；装置顶端由管壳式换热器和热管蒸发段组成，热管顶端伸入换热器，换热器内铜管倾斜布置，其上胀接铝翅片，铜管的进口端和出口端分别采用分液器和集液(集气)器对被加热流体进行分、集液。装置曝露于外部的部分均用聚氨酯保温材料进行保温。

如图1、2所示：包括双层透明真空玻璃管1、吸热板2、热管3、软木塞4、换热器外壳5、铜管6(被加热流体通道)、铝翅片7、分液器8、集液/集气器9和保温层10；在每根双层透明真空玻璃管1内装有一热管3，热管3外部压合或者焊接有金属翼片，翼片表面喷涂或电镀一层抗氧化的选择性吸收涂层，真空管顶端用软木塞4与热管3封接，软木塞4起到密封和支撑热管3的作用；热管3顶部插入换热器外壳5，并留有一定的长度，其上方为输送被加热流体的铜管6，铜管6倾斜布置，避免被加热流体气化后发生气塞，影响装置的正常运行，铜管6外部胀接铝翅片7，以加强换热；被加热流体由分液器8和集液/集气器9进行分液和集液/集气，装置曝露于外的部分均用聚氨酯保温层10进行保温。

工作时，太阳辐射透过双层真空玻璃管，照射到吸热板上，吸热板吸热温度上升，通过导热方式把热量传递给热管蒸发段，热管工质吸收热量沸腾蒸发，在压差的作用下，气态的热管工质被压送到管壳式换热器内部；气态工质在铝翅片和热管上放热凝结，把热量传递给被加热流体，凝结液回到换热器底部，当凝结液液位高于热管端部时，在重力作用下，凝结液顺着热管内壁返流至热管底部，完成一个循环。

本实用新型由于采用上述结构设计，相比于真空太阳能集热器，太阳辐射的热量可以通过吸热体-热管-输送液体的铜管的路径传递给被加热液体，同时解决了真空太阳能集热器易结垢、积污、冻裂和承压低等问题，使装置更好的使用于高层建筑和冬季比较寒冷的地区。对于推动太阳能在发电、空调、采暖，纺织，印染，造纸，橡胶，海水淡化，畜牧养殖，食品加工等生产和生活领域的相关技术有着重大的意义。

Claims (6)

1.一种集热、加热一体化太阳能热利用装置，其特征在于：该装置包括双层透明真空玻璃管(1)、吸热板(2)、热管(3)、软木塞(4)、换热器外壳(5)、被加热流体通道中的铜管(6)、铝翅片(7)、分液器(8)、集液气器(9)和保温层(10)；热管(3)装在双层透明真空玻璃管(1)内，热管(3)外部压合或者焊接有金属翼片，翼片表面喷涂或电镀一层抗氧化的选择性吸收涂层，真空管顶端用软木塞(4)与热管(3)封接，热管(3)顶部插入换热器外壳(5)，并留有一定的长度，其上方为输送被加热流体的铜管(6)，铜管(6)倾斜布置，铜管(6)外部胀接铝翅片(7)，分液器(8)和集液(气)器(9)对被加热流体进行分流和集流，保温层(10)选用聚氨酯保温材料，对装置曝露于外的部分进行保温。

2.根据权利要求1所述的集热、加热一体化太阳能热利用装置，其特征在于：所述的装置由数根具有蒸发段和冷凝段并充有传热工质的重力热管和壳管式换热器组成。

3.如权利要求1所述的集热、加热一体化太阳能热利用装置，其特征是：热管(3)吸热端为具有选择性吸收涂层的金属翼片，并通过压合或者焊接与热管蒸发段连接。

4.如权利要求1所述的集热、加热一体化太阳能热利用装置，其特征是：热管(3)端口伸入换热器的壳体，冷凝液聚集于换热器下部，当冷凝液液面高于热管端口时，液体均匀地分配到每根热管(3)。

5.如权利要求1所述的集热、加热一体化太阳能热利用装置，其特征是：热管(3)冷凝端的热管工质蒸汽直接在管壳式换热器内铜管的外管壁和翅片(7)上凝结。

6.如权利要求5所述的集热、加热一体化太阳能热利用装置，其特征是：所述的冷凝端的外壳由金属板焊接而成，内部装设铜管，铜管倾斜放置，内通被加热流体；铜管上装设波纹型铝翅片，铜管的进口端由分液器分流，出口端由集液/集气装置把受热流体汇集。

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