CN202928129U - 承压式太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能热利用领域，具体涉及一种承压式太阳能集热器，能够有效保证玻璃热管与金属换热管在使用过程中的结构完整。承压式太阳能集热器包括：换热装置，其内部设有用于换热工质流过的换热管，该换热管内部置有换热工质，所述换热管设置有进液管和出液管；集热装置，其包括多个玻璃热管，每个所述玻璃热管具有冷凝端，所述冷凝端置于所述换热装置内部并与所述换热管进行热量交换；其中，所述换热装置进一步包括柔性换热套管，其设置在所述玻璃热管的冷凝端与所述换热管之间，并用于连接所述玻璃热管的冷凝端与所述换热管；尾架，其中，所述玻璃热管具有尾托，所述尾托固定于所述尾架上。

Description

承压式太阳能集热器

技术领域

本实用新型涉及太阳能热利用领域，具体涉及一种承压式太阳能集热器。

背景技术

太阳能是取之不尽的能源，具有分布范围广泛，无需开采和运输等优点。太阳能热利用是太阳能利用的主要方式之一，对于保护人类生存条件和进行可持续发展都十分有利。太阳能热利用分为低温热利用、中温热利用和高温热利用，目前在中国，以太阳能热水器及集热器为主的低温热利用技术最成熟，转换效率较高、价格低廉，因而获得了较高的产业化程度。

随着太阳能低温热利用的不断发展壮大，真空集热管、太阳能集热器、热水系统等光热应用领域也在持续地进行着深入开拓，推动着技术及产业升级。

太阳能集热器作为光热利用的核心单元，一直以来受到开发者的密切重视。目前，按使用工况可分为两种，一种为非承压式太阳能集热器；另一种为承压式太阳能集热器。非承压式太阳能集热器以其工艺简单、成熟可靠、成本低廉亦得到了广泛的应用，特别适于集中集热大型工程热水领域。但由于该类系统完全开式运行，直接通过水循环换热，寒冷地区会消耗大量的辅助能源用于系统防冻，造成系统热效率偏低，系统可靠性也较差。承压式太阳能集热器在非承压式太阳能集热器的基础上较好地解决了其热效率低的问题。在承压式太阳能集热器的管道内，换热工质密闭承压运行，换热工质通常为防冻液，本身可实现系统防冻，同时系统承压运行中能实现更高的温度，更稳定的效率。这样就要求承压式太阳能集热器耐压好、结构强度高，使用可靠，为此，现在市场较多使用插入U型铜管或金属热管的真空集热管，还有少部分用铜管作流道的平板集热器。虽然上述结构保证了集热器的热性能和安全性能，但是因为使用了大量的贵金属材料，造成承压式太阳能集热器成本较高的问题，市场推广困难，目前在少量的户用热水系统有所应用，极少用于大型集中用热系统。

为了降低承压式太阳能集热器的成本，玻璃热管的使用被推向了市面。玻璃热管具有内部真空结构，且该内部真空结构灌装有传热工质，通过传热工质的相变，实现传热。玻璃热管主要用于普通的直插落水式太阳能热水器上，并已开始有规模地做成非承压式太阳能集热器，但是应用在承压式太阳能集热器中还是遇到了一些问题。由于承压式太阳能集热器的换热结构为用于保证换热效率的金属材料，而在使用过程中，玻璃热管制成的集热器需要与金属材料的换热结构进行接触传热，在该过程中玻璃热管容易破碎，所以不易在市场中推广使用。

实用新型内容

本实用新型提供了一种承压式太阳能集热器，能够有效保证玻璃热管与金属换热结构在使用过程中的结构完整。

本实用新型提供了一种承压式太阳能集热器，包括：

换热装置，其内部设有用于换热工质流过的换热管，该换热管内部置有换热工质，所述换热管设置有进液管和出液管；

集热装置，其包括多个玻璃热管，每个所述玻璃热管具有冷凝端，所述冷凝端置于所述换热装置内部并与所述换热管进行热量交换；

其中，所述换热装置进一步包括柔性换热套管，其设置在所述玻璃热管的冷凝端与所述换热管之间，并用于连接所述玻璃热管的冷凝端与所述换热管；

尾架，其中，所述玻璃热管具有尾托，所述尾托固定于所述尾架上。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述换热管具有扁平管状结构。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述换热管包括多个凸起，每个所述玻璃热管的冷凝端分别设置在所述多个凸起处，并被包裹在所述凸起的内部，所述玻璃热管的冷凝端通过所述柔性换热套管与所述凸起相连接。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述换热管具有微通道结构，该微通道结构在垂直于所述换热工质的流向方向上的截面具有多孔状结构。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述玻璃热管具有部分玻璃结构和部分金属结构；

和/或；

所述玻璃热管为全玻璃结构。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述柔性换热套管具有圆筒状结构，并完全包裹所述玻璃热管的冷凝端。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述柔性换热套管上设置有沿所述圆筒状结构的轴线方向延伸的缺口，该开口设置在所述柔性换热套管未与所述换热管接触的位置；

和/或，

所述柔性换热套管上设置有沿所述圆筒状结构的轴线方向延伸的凸部，该凸部向远离所述圆筒状结构的轴线方向凸出。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述换热装置进一步包括外壳，该外壳与所述换热管之间设置有保温层；

和/或；

所述玻璃热管的冷凝端与所述柔性换热套管之间设置有导热层。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述进液管与所述换热管为连接结构或一体成型结构；

和/或；

所述出液管与所述换热管为连接结构或一体成型结构。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述玻璃热管与所述换热装置之间设置有密封结构；

和/或；

所述换热管在垂直于所述换热工质的流向的截面上的面积大于等于100平方毫米。

通过本实用新型的各实施例提供的承压式太阳能集热器，能够带来以下至少一种有益效果：

1.能够有效保证玻璃热管与金属换热结构在使用过程中的结构完整。由于在现有技术中，换热结构常为保证换热效率的金属结构，换热结构直接与玻璃热管的冷凝端接触会造成冷凝端的破碎。而本实用新型的承压式太阳能集热器在换热管与玻璃热管的冷凝端之间设置了柔性换热套管，玻璃热管的冷凝端与换热管之间不直接接触，而是通过该柔性换热套管与换热管连接，优选地，柔性换热套管分别与玻璃热管的冷凝端和换热管之间充分连接，最大程度地减小热阻力，提高换热效率。这样的结构设置能够在有效保证玻璃热管的冷凝端与换热管的换热效率的基础上，避免换热管与玻璃热管的冷凝端直接接触，从而有效保证玻璃热管与金属换热管在使用过程中的结构完整。

2.提高换热效率。在本实用新型的实施例中，换热管设置有扁平管状结构，在扁平管状的换热管上设置多个凸起，并将玻璃热管的冷凝端设置在凸起处，同时将玻璃热管的冷凝端与换热管的凸起通过柔性换热套管相连接，这样也能够通过增大接触面积的方式进一步提高换热效率。进一步地，换热装置的外壳与换热管之间设置保温层，从而可以有效减少换热管所携带的热量的流失，进而提高换热效率。进一步地，在玻璃热管的冷凝端与柔性换热套管之间设置导热层，可以提高玻璃热管的冷凝端与柔性换热套管之间的导热效率，进而提高换热效率。

3.提高耐压性。在本实用新型的实施例中，将换热管设置成具有微通道结构的换热管，微通道结构是具有多个独立的微通道的结构。当换热工质从微通道结构的换热管流过时，每个微通道结构内部的少量换热工质分别对其所在微通道的通道壁进行施压，这样就会分散换热工质只对一个换热管的通道壁施加的压力，从而提高了结构的耐压性。

4.降低了结构的成本。在本实用新型的实施例中，集热装置所采用的玻璃热管相对于全金属结构来说，会降低结构的材料成本及生产成本。优选地，玻璃热管可采用部分玻璃结构与部分金属结构组合制造；更优选地，玻璃热管采用全玻璃结构制造。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本实用新型的承压式太阳能集热器的一种实施例的结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为本实用新型的一种实施例的玻璃热管的冷凝端、柔性换热套管、换热管的位置关系图；

图4为本实用新型的柔性换热套管的一种实施例的结构示意图；

图5为本实用新型的柔性换热套管的另一种实施例的结构示意图；

图6为本实用新型的换热管的一种实施例的截面图；

图7为本实用新型的换热管具有微通道结构的一种实施例的截面图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的实施例一中，承压式太阳能集热器包括：

换热装置，其内部设有用于换热工质流过的换热管，该换热管内部置有换热工质，所述换热管设置有进液管和出液管；

集热装置，其包括多个玻璃热管，每个所述玻璃热管具有冷凝端，所述冷凝端置于所述换热装置内部并与所述换热管进行热量交换；

其中，所述换热装置进一步包括柔性换热套管，其设置在所述玻璃热管的冷凝端与所述换热管之间，并用于连接所述玻璃热管的冷凝端与所述换热管；

尾架，其中，所述玻璃热管具有尾托，所述尾托固定于所述尾架上。

参照图1对实施例一进行描述：

在图1中，承压式太阳能集热器包括换热装置1，其内部设置有用于换热工质流过的换热管2，换热管2处设置有柔性换热套管3，换热管的两端分别连接有进液管4和出液管9。集热装置设置有玻璃热管5，其冷凝端置于换热装置1的内部，与换热管2进行热量交换和传递。其中，玻璃热管5的冷凝端与换热管2不直接接触，而是通过设置在二者间的柔性换热套管3进行充分连接，保证换热效率，实现热量交换。集热装置设置有框架6和尾架7，玻璃热管5的尾托8固定于尾架7上。在图1的承压式太阳能集热器中，换热工质从进液管4处流入换热管2内部，并从出液管9处流出，进液管4和出液管9可实现换热工质的自由流通。该换热工质在流动过程中与玻璃热管5的冷凝端进行热量交换。集热装置包括多个玻璃热管5，对此，并不限定玻璃热管5的数目，以满足需要即可。每个玻璃热管5的冷凝端都置于换热装置内部与换热管2进行热量交换。为了保证换热效率，换热管2常为金属结构，为了有效避免玻璃热管5的冷凝端在使用时与换热管2接触并造成破碎，在玻璃热管5的冷凝端与换热管2之间设置柔性换热套管3，有效保护玻璃热管的冷凝端的在使用过程中的结构完整。柔性换热套管3需充分完全将玻璃热管的冷凝端与换热管连接，减小传热阻力，保证传热效率。优选地，柔性换热套管选用弹塑性和韧性都较强的高导热系数材料制成，从而起到传热及保护效果。例如，柔性换热套管可以为较薄的金属片，从而保证其弹塑性和韧性，优选地，柔性换热套管的直径小于玻璃热管的冷凝端的直径，以保证二者紧密接触。

在实施例一的基础上，优选地，换热管具有扁平管状结构，参照图6所示的换热管2的截面，扁平管状的换热管2具有扁平状的换热工质流道腔21。在使用时，扁平管状的换热管沿其长度方向延伸的一面与柔性换热套管接触，并进一步与玻璃热管的冷凝端接触以进行热量交换，这样的结构能够增大现有技术中的圆管结构的热量交换面积，从而提高换热效率。

在实施例一的基础上，优选地，将换热管设置成包括多个凸起的结构，该凸起的形状和尺寸根据玻璃热管的冷凝端的圆管形状设置，并将玻璃热管的冷凝端的一部分包裹在凸起的内部，将凸起的内弧面与柔性换热套管的外弧面紧贴设置，并将两个弧面设置为相同的弧面，从而可以保证两者的接触面积最大化。从而可以增大接触面积，提高换热效率。例如，将凸起设置为具有半圆状的圆形凸起结构，其直径尺寸与玻璃热管的冷凝端的直径尺寸相匹配，在柔性换热套管的连接作用下，圆形凸起结构将玻璃热管的冷凝端包裹起来以进行热量交换。参照图3所示，玻璃热管的冷凝端51被圆筒状的柔性换热套管3包裹，柔性换热套管3被换热管的圆形凸起201包裹。优选地，为了增大换热面积，提高换热效率，可将玻璃热管的冷凝端同换热管均设置为扁平状结构，并使二者在长度的延伸面上接触，从而可进一步提高换热效率。

由于承压式太阳能集热器中的换热工质在压力下流动，换热管内部的压力较大，这样就要求换热管的结构具备一定的耐压性能。为了有效保证换热管的耐压性，可将换热管设置成具有微通道结构的换热管，微通道结构是具有多个独立的微通道的结构。微通道在垂直于换热工质的流向方向上的截面具有多孔状结构。当换热工质从微通道结构的换热管流过时，每个微通道结构内部的少量换热工质分别对其所在微通道的通道壁进行施压，这样就会分散换热工质只对一个换热管的通道壁施加的压力，从而提高了结构的耐压性。参照图7所示的微通道换热管结构的截面，微通道换热流道13包括多个独立设置的微通道腔131，换热工质在微通道腔131内部流动。

在实施例一的基础上，优选地，玻璃热管可采用玻璃结构和金属结构相结合的方式，这样可以在降低结构成本的基础上提高集热器的换热效率，例如将玻璃热管的冷凝端设置为金属结构，其他部分采用玻璃制成。优选地，为了较大幅度地降低生产成本，玻璃热管完全采用玻璃制成。

在实施例一的基础上，优选地，当玻璃热管的冷凝端为圆管状结构时，为了保证换热效率，可使玻璃热管的冷凝端与柔性换热套管紧密接触，例如，可将柔性换热套管制成圆筒状结构，以套在玻璃热管的冷凝端的外部，并完全包裹玻璃热管的冷凝端，从而有效保护玻璃热管的冷凝端在保证换热效率的基础上不与换热管直接接触，从而保证结构完整。更优选地，可在圆筒状的柔性换热套管上设置缺口，该缺口可沿圆筒状结构的轴线方向延伸，也可沿与圆筒状结构的轴线成＜90°的夹角的方向延伸，圆筒状结构截面直径略小于玻璃热管冷凝端直径，从而在玻璃热管冷凝端与柔性换热套管安装连接时，柔性换热套管沿缺口位置张开，从而可保证二者充分紧密接触，进而实现高效传热，确保玻璃热管安全使用。缺口需设置在玻璃热管的冷凝端未被换热管包裹的位置处。可参照图4，圆筒状的柔性换热套管上设置有缺口301。更优选地，可在柔性换热套管上设置凸部，该凸部可沿圆筒状结构的轴线方向延伸，也可沿与圆筒状结构的轴线成＜90°的夹角的方向延伸，且该凸部向远离所述圆筒状结构的轴线方向凸出，圆筒状结构截面直径略小于玻璃热管冷凝端直径，从而在玻璃热管冷凝端与柔性换热套管安装连接时，柔性换热套管沿凸部位置张开，从而可保证二者充分紧密接触，进而实现高效传热，确保玻璃热管安全使用。参照图5，圆筒状的柔性换热套管上设置有凸部302。优选地，对缺口和凸部的数目均不做限定，可设置为多个。可在一个圆筒状柔性换热套管上只设置缺口或凸部，也可同时设置缺口和凸部。

在实施例一的基础上，优选地，为了提高换热效率，避免热量流失，可在换热装置的外壳和换热管之间设置保温层，也可在玻璃热管与换热装置的接触位置设置密封结构，也可在玻璃热管的冷凝端与柔性换热套管之间设置导热层，例如该导热层可为导热硅脂。参照图2，换热装置设置有端盖12，换热管2与换热装置的外壳之间设置有保温层11，玻璃热管5与换热装置之间设置有密封圈10。

在实施例一的基础上，优选地，可将进液管与换热管连接设置或一体成型设置，也可将出液管与换热管连接设置或一体成型设置，便于制造时的选择。

在实施例一的基础上，优选地，换热管在垂直于所述换热工质的流向的截面上的面积大于等于100平方毫米，从而可以保证换热工质的体积流量，保证换热效果。优选地，换热管的圆形凸起的截面长度不大于该圆形的圆周的1/2，从而只包裹玻璃热管的冷凝端的至多一半结构，保证换热效率，同时也可保证与其连接的柔性换热套管的充分伸缩，有效保证玻璃热管的安全使用。

本实用新型所提供的玻璃热管真空管型承压式太阳能集热器在工作时，太阳光照射到玻璃热管5上，玻璃热管5内工质蒸发通过冷凝端51将热量传递给柔性换热套管3，冷凝端51与柔性换热套管3之间涂有导热硅脂以加强传热，热量经由换热工质流道2的圆形凸起201与柔性换热套管3的直接接触面传递到换热工质流道2内的换热工质，换热工质将热量带出。换热工质流道截面为扁平管状，通过应力及壁厚设计完全能够承压运行，达到国家标准0.6MPa的运行要求。

前述的承压式太阳能集热器可应用于承压式太阳能热水器中，从而进行推广应用。在使用时，将换热装置与储热水箱连接，主要是将换热装置的进出液管与储热水箱进行连通，进行直接或间接换热，实现应用。

本实用新型提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本实用新型的范围内。

显然，本领域技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种承压式太阳能集热器，其特征在于，包括：

换热装置，其内部设有用于换热工质流过的换热管，该换热管内部置有换热工质，所述换热管设置有进液管和出液管；

集热装置，其包括多个玻璃热管，每个所述玻璃热管具有冷凝端，所述冷凝端置于所述换热装置内部并与所述换热管进行热量交换；

其中，所述换热装置进一步包括柔性换热套管，其设置在所述玻璃热管的冷凝端与所述换热管之间，并用于连接所述玻璃热管的冷凝端与所述换热管；

尾架，其中，所述玻璃热管具有尾托，所述尾托固定于所述尾架上。

2.如权利要求1所述的承压式太阳能集热器，其特征在于，

所述换热管具有扁平管状结构。

3.如权利要求2所述的承压式太阳能集热器，其特征在于，

所述换热管包括多个凸起，每个所述玻璃热管的冷凝端分别设置在所述多个凸起处，并被包裹在所述凸起的内部，所述玻璃热管的冷凝端通过所述柔性换热套管与所述凸起相连接。

4.如权利要求1所述的承压式太阳能集热器，其特征在于，

所述换热管具有微通道结构，该微通道结构在垂直于所述换热工质的流向方向上的截面具有多孔状结构。

5.如权利要求1所述的承压式太阳能集热器，其特征在于，

所述玻璃热管具有部分玻璃结构和部分金属结构；

和/或；

所述玻璃热管为全玻璃结构。

6.如权利要求1所述的承压式太阳能集热器，其特征在于，

所述柔性换热套管具有圆筒状结构，并完全包裹所述玻璃热管的冷凝端。

7.如权利要求6所述的承压式太阳能集热器，其特征在于，

所述柔性换热套管上设置有沿所述圆筒状结构的轴线方向延伸的缺口，该开口设置在所述柔性换热套管未与所述换热管接触的位置；

和/或，

所述柔性换热套管上设置有沿所述圆筒状结构的轴线方向延伸的凸部，该凸部向远离所述圆筒状结构的轴线方向凸出。

8.如权利要求1所述的承压式太阳能集热器，其特征在于，

所述换热装置进一步包括外壳，该外壳与所述换热管之间设置有保温层；

和/或；

所述玻璃热管的冷凝端与所述柔性换热套管之间设置有导热层。

9.如权利要求1所述的承压式太阳能集热器，其特征在于，

所述进液管与所述换热管为连接结构或一体成型结构；

和/或；

所述出液管与所述换热管为连接结构或一体成型结构。

10.如权利要求1所述的承压式太阳能集热器，其特征在于，

所述玻璃热管与所述换热装置之间设置有密封结构；

和/或；

所述换热管在垂直于所述换热工质的流向的截面上的面积大于等于100平方毫米。

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