CN205807873U - 一种防冻型平板式超导管太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种防冻型平板式超导管太阳能集热器，包括外壳以及设于外壳内的集热主管和热传导结构，所述热传导结构包括多根超导重力热管，所述集热主管包括硅胶管壁，每根超导重力热管包括蒸发段和冷凝段，多根超导重力热管的冷凝段并排连接至所述集热主管的硅胶管壁内，以与集热主管内的工作介质进行热交换。通过管壁的硅胶弹性，可调节主管内部空间，以应对自来水结冰上冻后对空间增加的需求，主管内无需排空，减少相应的成本和负担，从而本质上保护主管与浸及自来水部份的超导重力热管冷凝段，从物理性上避开了对主管壁、主管内超导重力热管的冷凝段形成损伤，使得集热管在低温气候下也能正常工作。

Description

一种防冻型平板式超导管太阳能集热器

技术领域

本实用新型涉及太阳能设备技术领域，尤其涉及的是一种防冻型平板式超导管太阳能集热器。

背景技术

当前在太阳能集热器防冻应用市场，存在多种防冻技术，但都存在非本质的防冻或防冻能力弱现状，主要体现在排空防冻技术、防冻液防冻技术、辅助加热防冻技术三方面。比如排空防冻技术（开式系统），在大型平板太阳能集热系统采用管板型集热器内无法全部排空，造成系统冻裂，损失巨大以及排空法会极大的浪费水资源；比如防冻液防冻技术（闭式系统），其采用盘管换热或者板式换热方式，其二次换热效率低、北方寒冷地区昼夜温差大造成管路连接处渗漏、系统投资相对较大、防冻液质保期后需要更换，后期运行费用大、系统承压运行，四季不稳定；比如辅助加热防冻技术，其利用在上、下管道的外部装置电热带通电加热防冻，由于使用过程中需要电能，必会遇到线路老化、漏电等，从而给人身安全带来不利因素。在遇到持续数天的阴雪天气时，使用伴热带所耗电能反超太阳能集热能量。再比如回流防冻技术，其防冻原理仍是以排空为主，利用水箱必须放置于地下与集热器形成落差、使用电能启动电磁阀在温差循环控制程序设置上对集热器进行排空，这存在制约水箱位置的摆放、控制程序与电磁阀故障影响、以至停电状态下无法完成排空的缺陷。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种防冻型平板式超导管太阳能集热器，以克服现有技术中存在的非本质的防冻或防冻能力弱的现状，以及实际应用中采用排空法带来的水资源浪费、防冻液防冻后期更换费用高、辅助加热遇无电状况设备瘫痪以及安全隐患缺陷。

一种防冻型平板式超导管太阳能集热器，包括外壳以及设于外壳内的集热主管和热传导结构，所述热传导结构包括多根超导重力热管，所述集热主管包括硅胶管壁，每根超导重力热管包括蒸发段和冷凝段，多根超导重力热管的冷凝段并排连接至所述集热主管的硅胶管壁内，以与集热主管内的工作介质进行热交换。

进一步地，所述集热主管还包括分别包覆于多根超导重力热管冷凝段的多个转接支管，多个转接支管为硅胶支管并与硅胶管壁为一体成型结构。

进一步地，所述转接支管内壁与超导重力热管冷凝段外壁具有间隙，所述间隙与集热主管相通并有工作介质。

进一步地，所述转接支管套接于超导重力热管冷凝段末端，所述超导重力热管冷凝段末端被转接支管套接的端部管径大于超导重力热管主体管径。

进一步地，所述超导重力热管冷凝段末端伸入集热主管内，所述超导重力热管伸入于集热主管内部的长度大于集热主管的半径。

进一步地，所述集热主管的硅胶管壁两端伸出于所述外壳外，所述集热主管的硅胶管壁两端套有铜管，用于与另一集热主管的硅胶管壁套接或用于外接水管。

进一步地，所述外壳内依次设有透明盖板和隔热层，所述隔热层至少覆盖于超导重力热管冷凝段。

进一步地，所述超导重力热管外周延伸有多个吸热翅片，每个超导重力热管外周至少对称地延伸两个吸热翅片，所述吸热翅片平行于所述外壳表面，多个吸热翅片至少装设于所述超导重力热管蒸发段，所述吸热翅片为多片独立阵列结构形式。

进一步地，所述超导重力热管伸入主管管壁的端部与超导重力热管主体为渐缩过渡，所述转接支管对应于渐缩过渡位置为渐缩结构并在该渐缩结构处束紧或箍紧。

进一步地，所述转接支管渐缩结构在渐缩过渡位置采用过盈配合方式套在所述超导重力热管的渐缩过渡部分。

上述防冻型平板式超导管太阳能集热器采用硅胶管壁，在寒冷季节或温度很低时，主管内仍保持有水，水结冰时，通过硅胶弹性或可伸缩性能，可弹性调节主管内部空间，以应对自来水结冰上冻后对空间增加的需求，主管内无需排空，避免了水资源的浪费和防冻液的更换，减少相应的成本和负担，避免无水误操作导致的安全隐患以及辅助加热遇无电状况设备瘫痪，从而本质上保护主管与浸及自来水部份的超导重力热管冷凝段，从物理性上避开了对主管壁、主管内超导重力热管的冷凝段形成损伤。另一方面，当外界环境温度上升至0度以上时，主管内已结冰的液体介质（自来水）也将自然化冻；甚至，当外界环境仍低处于0度以下，但超导重力热管能接收到太阳光（不被积雪覆盖的情况下），因太阳光的辐射能形成光热转换，蒸发段的热能仍可上升至冷凝端，将主管内的积冰溶化，恢复集热器的正常工作，向用户产生热水，使太阳能集热器在秋天或较冷气候下也能正常工作。

附图说明

图1是本实用新型实施例的防冻型平板式超导管太阳能集热器的结构和原理示意图。

图2是图1中的防冻型平板式超导管太阳能集热器在工作时主管与冷凝端及翅片局部结构示意图。

图3是图1中的防冻型平板式超导管太阳能集热器在结冰状态下主管与冷凝端及翅片局部结构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明。

请参阅图1和2，示出本实用新型实施例的一种防冻型平板式超导管太阳能集热器，包括外壳1以及设于外壳1内的集热主管6和热传导结构，所述热传导结构包括多根超导重力热管4，所述集热主管6包括硅胶管壁，每根超导重力热管4包括蒸发段9和冷凝段11，蒸发段9通常位于低端，冷凝段11通常位于高端或较高位部分，以便冷凝的介质回流到蒸发段9。多根超导重力热管4的冷凝段11并排连接至所述集热主管6的硅胶管壁10内，以与集热主管6内的工作介质12进行热交换。

具体地，其材质选择铝合金与镀锌板，本质具备抗冻性能。外壳1内依次设有透明盖板2和隔热层7，所述隔热层7至少覆盖于超导重力热管4冷凝段11。上述隔热层7填充于翅片3与外壳内部、外壳内边框四周。是集热器中抑制吸热板通过传导向周围环境散热的部件，其材料选择酚醛泡沫，具有出色的保温隔热性能，具备抗冻性能。超导重力热管4外周延伸有多个吸热翅片3，每个超导重力热管4外周至少对称地延伸两个吸热翅片3，所述吸热翅片3平行于所述外壳1表面，多个吸热翅片3至少装设于所述超导重力热管4的蒸发段9，所述吸热翅片3优选为多片独立阵列结构形式。吸热翅片3作为吸热体，向太阳能集热管内超导重力热管4蒸发段9传导热量。吸热翅片3优选铝片，具备抗冻性能，而且质量较轻，易于成型。

透明盖板2是覆盖吸热翅片3、并由透明材料组成的板状部件，其优选超白钢化玻璃板，能透过太阳辐射，使其投射在吸热翅片3上；可保护吸热翅片3，使其不受灰尘及雨雪的侵蚀；并形成温室效应，阻止吸热翅片3在温度升高后通过对流和辐射向周围环境散热。外壳1是集热器中保护及固定吸热翅片、主管6、超导重力热管4、透明盖板和隔热层的部件。

整个集热主管6为硅胶管，利用硅胶材料弹性或可伸缩性能，使管内具有很大的伸缩空间。进一步地，所述集热主管6的硅胶管壁10两端伸出于所述外壳1外，当然，在实际应用中也可以不伸出于外壳1外，图示即未伸出，本实施例优选为伸出于外壳1，便于转接。所述集热主管6的硅胶管壁10两端套有铜管8，用于与另一集热主管6的硅胶管壁10套接，或用于外接水管。如图所示，由A端进水，B端出水，出水端可供使用。套接时可进一步采用铁线或专用箍圈扎紧，避免硅胶管与钢管之间发生泄漏。这种连接方式拆装方便，密封可靠。

如图2和3所示，集热主管6还包括分别包覆于多根超导重力热管4冷凝段11的多个转接支管10a，多个转接支管10a为硅胶支管并与硅胶管壁10为一体成型结构。进一步地，所述转接支管10a内壁与超导重力热管4冷凝段11外壁具有间隙，所述间隙与集热主管6相通并有工作介质12，例如自来水，这样就能增加工作介质12与超导重力热管4冷凝段11的接触面积，增大热交换面积，提高热交换效率，使工作介质12短时间内就能迅速升温。

进一步地，所述转接支管10a套接于超导重力热管4冷凝段11末端，所述超导重力热管4冷凝段11末端被转接支管10a套接的端部管径大于超导重力热管4主体管径。超导重力热管4冷凝段11末端伸入集热主管6内，所述超导重力热管4伸入于集热主管6内部（不包括支管10a部分）的长度大于集热主管6的半径。由于超导重力热管4冷凝段11末端伸入集热主管6内足够长，同样能增加工作介质12与超导重力热管4冷凝段11的接触面积，增大热交换面积，进一步提高热交换效率，使工作介质12更快速升温。

超导重力热管4伸入主管6管壁10的端部与超导重力热管4主体之间为渐缩过渡，所述转接支管10a对应于渐缩过渡位置为渐缩结构并在该渐缩结构处束紧或箍紧，例如采用专用箍圈扎紧。转接支管10a渐缩结构在渐缩过渡位置采用过盈配合方式套在所述超导重力热管4冷凝段11末端。超导重力热管4是使用R-12工质充装密封于铜管，以符合国标太阳能重力热管标准并实现高效能集热功能。该超导重力热管可以在-25℃以上环境无冻损，本身不需要附加动能并对热量具备传导性。

图3显示的是工作介质12结冰时的结构，当主管6里面的工作介质12即水结冰时，管壁10会受到K方向所示的向外膨胀作用力，包括支管10a部分也会有扩张。由于管壁是硅胶体，利用其自身弹性可以吸收掉冰体积增大产生的向外张力，扩大主管6的内部空间。

如图2和3所示，通过室外实验测得，当工作介质12为液态，即水时，主管6内径为28mm，管壁10的外径为40mm，当结冰时，主管6内径可以扩展到30.8mm，管壁10的外径为44mm，此时管壁有一定程序地变厚，整个管内体积膨胀1.1倍，仍完好如初，完全不会对主管6以及热管4有任何损坏，而且不用放掉主管6内的水。

太阳能集热器工作时，吸热翅片3作为吸热体，向超导重力热管的蒸发段9传导热量，超导重力热管4的热管蒸发段9使用R-12工质被加热沸腾，气态工质迅速上升到冷凝段11，在冷凝段11释放出潜热传给外面的工件介质12，通常为自来水，后又凝结为液态，液态工质靠重力流回蒸发段9，再次接收吸热翅片3传导的热能，其R-12工质被加热沸腾，气态工质迅速上升到冷凝段11，在冷凝段11释放出潜热传给外面的热交换介质12，如此往返循环，将主管6内的热交换介质12（自来水）加热至预定温度。

如图2所示，当太阳光箭头C通过透明盖板2投射到吸热翅片3上。吸热翅片3吸收的热能，如箭头D传导给超导重力热管4的蒸发段9，其内的R-12工质被加热沸腾，气态工质以箭头E的方式迅速上升到冷凝段11，以箭头F的方式向热交换介质12（自来水）释放出潜热，当热交换介质12（自来水）达到预定温度后，所产生的热水箭头H在新补充的低温介质箭头G传导下进入太阳能热水供应下一端，最终被用户所使用。

图3所示，防冻型平板式超导管太阳能集热器遭遇极端恶劣天气，使环境温度急速处于-25℃-0℃时，其集热器外部，如透明盖板2被积雪等物覆盖，主管6内液体介质（自来水）12随外界环境温度下降而结冰，介质体积膨胀至1.1倍所需的空间由材质为硅胶的主管壁10来自动调整，从而物理性的避开了对主管壁10、主管内超导重力热管4的冷凝段11形成损伤。

上述防冻型平板式超导管太阳能集热器采用硅胶管壁10，这样，在寒冷季节，温度很低时，主管6内仍保持有水，水结冰时，通过硅胶弹性或可伸缩性能，可弹性调节主管6内部空间，以应对自来水结冰上冻后对空间增加的需求，主管内无需排空，避免了水资源的浪费和防冻液的更换，减少相应的成本和负担，避免无水误操作导致的安全隐患以及辅助加热遇无电状况设备瘫痪，从而本质上保护主管与浸及自来水部份的超导重力热管4冷凝段11，从物理性上避开了对主管壁10、主管6内超导重力热管4的冷凝段11形成损伤。另一方面，当外界环境温度上升至0度以上时，主管6内已结冰的液体介质（自来水）也将自然化冻；甚至，当外界环境仍低处于0度以下，但超导重力热管4能接收到太阳光（不被积雪覆盖的情况下），因太阳光的辐射能形成光热转换，蒸发段9的热能仍可上升至冷凝端，将主管内的积冰溶化，恢复集热器的正常工作，向用户产生热水，使太阳能集热器在秋天或较冷气候下也能正常工作。

需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种防冻型平板式超导管太阳能集热器，其包括外壳以及设于外壳内的集热主管和热传导结构，其特征在于，所述热传导结构包括多根超导重力热管，所述集热主管包括硅胶管壁，每根超导重力热管包括蒸发段和冷凝段，多根超导重力热管的冷凝段并排连接至所述集热主管的硅胶管壁内，以与集热主管内的工作介质进行热交换。

2.如权利要求1所述的防冻型平板式超导管太阳能集热器，其特征在于，所述集热主管还包括分别包覆于多根超导重力热管冷凝段的多个转接支管，多个转接支管为硅胶支管并与硅胶管壁为一体成型结构。

3.如权利要求2所述的防冻型平板式超导管太阳能集热器，其特征在于，所述转接支管内壁与超导重力热管冷凝段外壁具有间隙，所述间隙与集热主管相通并有工作介质。

4.如权利要求2所述的防冻型平板式超导管太阳能集热器，其特征在于，所述转接支管套接于超导重力热管冷凝段末端，所述超导重力热管冷凝段末端被转接支管套接的端部管径大于超导重力热管主体管径。

5.如权利要求4所述的防冻型平板式超导管太阳能集热器，其特征在于，所述超导重力热管冷凝段末端伸入集热主管内，所述超导重力热管伸入于集热主管内部的长度大于集热主管的半径。

6.如权利要求1所述的防冻型平板式超导管太阳能集热器，其特征在于，所述集热主管的硅胶管壁两端伸出于所述外壳外，所述集热主管的硅胶管壁两端套有铜管，用于与另一集热主管的硅胶管壁套接或用于外接水管。

7.如权利要求1所述的防冻型平板式超导管太阳能集热器，其特征在于，所述外壳内依次设有透明盖板和隔热层，所述隔热层至少覆盖于超导重力热管冷凝段。

8.如权利要求1所述的防冻型平板式超导管太阳能集热器，其特征在于，所述超导重力热管外周延伸有多个吸热翅片，每个超导重力热管外周至少对称地延伸两个吸热翅片，所述吸热翅片平行于所述外壳表面，多个吸热翅片至少装设于所述超导重力热管蒸发段，所述吸热翅片为多片独立阵列结构形式。

9.如权利要求2所述的防冻型平板式超导管太阳能集热器，其特征在于，所述超导重力热管伸入主管管壁的端部与超导重力热管主体为渐缩过渡，所述转接支管对应于渐缩过渡位置为渐缩结构并在该渐缩结构处束紧或箍紧。

10.如权利要求9所述的防冻型平板式超导管太阳能集热器，其特征在于，所述转接支管渐缩结构在渐缩过渡位置采用过盈配合方式套在所述超导重力热管的渐缩过渡部分。