自然循環(huán)式系統(tǒng)集成真空管太陽(yáng)能空氣集熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能光熱利用領(lǐng)域，是一種應(yīng)用系統(tǒng)集成的理論與方法，將單孔盲腸狀真空管改造成能有效利用太陽(yáng)能自然循環(huán)換熱機(jī)制加熱空氣介質(zhì)，應(yīng)用于取暖、脫水干燥的新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]真空管太陽(yáng)能熱水器，在我國(guó)已經(jīng)是一種非常普及的太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)品了。但是，多年以來(lái)從1893年杜瓦發(fā)明暖水瓶；到1975年美國(guó)歐文斯-依利諾伊公司Owens-1llinois將暖水瓶膽拉長(zhǎng)做成真空管太陽(yáng)能集熱管，其用途歷來(lái)局限于加熱低溫?zé)崴?br>[0003]利用處于空曬狀態(tài)下的真空管來(lái)直接加熱空氣介質(zhì)，將其作為太陽(yáng)能干燥器的熱空氣，用于取暖，或干燥物品的想法雖然已孕育了多年，但真正成為成熟實(shí)用的新技術(shù)產(chǎn)品，至今仍未見(jiàn)投放市場(chǎng)。這是因?yàn)橐雽①|(zhì)量密度僅為水密度1/800的空氣；利用單孔盲腸狀全玻璃真空管通過(guò)自然循環(huán)的換熱方式來(lái)加熱質(zhì)量密度和比重均更為稀薄的空氣介質(zhì)，并將其有效地應(yīng)用于太陽(yáng)能工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的干燥系統(tǒng)，完全脫離空壓動(dòng)力機(jī)械的驅(qū)動(dòng)，存在相當(dāng)?shù)碾y度。據(jù)對(duì)進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)我國(guó)專(zhuān)利技術(shù)成果的檢索查新，僅最近十年內(nèi)申報(bào)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，涉及真空管太陽(yáng)能空氣集熱內(nèi)容公告的實(shí)用新型或發(fā)明專(zhuān)利，就有十余項(xiàng)之多；縱觀這些專(zhuān)利公告內(nèi)容，大體上可將其分為三種類(lèi)型:
第I種類(lèi)型，為在真空管內(nèi)插入一支熱管；或傳熱金屬構(gòu)件，將真空管所產(chǎn)生的熱能通過(guò)直接傳導(dǎo)的方式引出管外，再在頂部的通風(fēng)管道中，利用加壓空氣流與熱管的冷凝端類(lèi)散熱物件進(jìn)行熱交換，從而獲得熱空氣用于干燥系統(tǒng)；例如:公開(kāi)號(hào)CN2823915Y，專(zhuān)利號(hào)為=200520065009.7;的熱管式空氣集熱器及公開(kāi)號(hào)CN102748873A,專(zhuān)利號(hào)為201110111597.3 ;的類(lèi)似熱管式的空氣集熱等兩項(xiàng)專(zhuān)利。
[0004]第2種類(lèi)型，為將上述類(lèi)熱管構(gòu)件改變?yōu)橹锌展?；再將中空管插入到真空管?nèi)形成所謂管中管的套管結(jié)構(gòu)；然后利用高壓空氣流從中空管中強(qiáng)制吹入真空管內(nèi)；或由中空管與真空管內(nèi)管之間的環(huán)狀通道中強(qiáng)制壓入冷空氣；再將已在真空管內(nèi)縱向繞行一周后，獲得熱量的熱空氣從環(huán)狀管(或中空管)中收集起來(lái)輸往干燥系統(tǒng)；例如:公開(kāi)號(hào)CN201828037U,專(zhuān)利號(hào)為201020254759.X ;的噴流式專(zhuān)利；公開(kāi)號(hào)CN103940101A,專(zhuān)利號(hào)為201310018935.8 ;帶V型聚光槽的中溫空氣集熱器專(zhuān)利；公開(kāi)號(hào)CN103411320A，專(zhuān)利號(hào)201310306548.4 ;的單管吹吸型專(zhuān)利；以及公開(kāi)號(hào)CN104006550A，專(zhuān)利號(hào)201410226178.8 ；的一吹一吸型；等四項(xiàng)專(zhuān)利。
[0005]第3種類(lèi)型，為將盲腸狀真空管，改造為兩頭均開(kāi)通，并將內(nèi)外兩管分別熔接為開(kāi)口狀態(tài)的所謂雙開(kāi)口管；或又稱(chēng)為無(wú)底真空管；在管的兩頭均建立與管橫向相交的專(zhuān)用空氣通道，然后在一端加壓吹入冷空氣，而在另一端則收集經(jīng)中間雙開(kāi)口真空管通道管壁加溫的熱空氣，作為干燥裝置的載熱介質(zhì)加以利用；例如:公開(kāi)號(hào)CN200979302Y，專(zhuān)利號(hào)200620022425.3 ;公開(kāi)號(hào) CN201837200U,專(zhuān)利號(hào) 201020583278.3 ;公開(kāi)號(hào) CN103808031A,專(zhuān)利號(hào)201210447084.4 ;公開(kāi)號(hào)CN103697601A，專(zhuān)利號(hào)201310733621.6 ;等四項(xiàng)運(yùn)行原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上大同小異的專(zhuān)利。
[0006]總而言之，上述三種類(lèi)型的真空管空氣集熱器都有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是都需要配置空氣動(dòng)力裝置來(lái)對(duì)空氣流加壓，通過(guò)強(qiáng)制循環(huán)的換熱方式，才能將真空管產(chǎn)生的熱能提取出來(lái)。此外，所有專(zhuān)利都是成排組建的大系統(tǒng)，單根獨(dú)管難以形成功能完整的基礎(chǔ)部件。在第一種類(lèi)型的熱管或類(lèi)熱管型專(zhuān)利技術(shù)中，需要經(jīng)過(guò)二次換熱才能采集到熱空氣；這樣必然存在經(jīng)兩次熱交換造成的效率損失。在第三種類(lèi)型的專(zhuān)利中，要求使用特殊制造的雙開(kāi)口型真空管(或無(wú)底真空管)；如所周知，此種特殊型號(hào)的真空管，由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜，在真空管的側(cè)向抽真空，不僅需要對(duì)現(xiàn)有真空管的生產(chǎn)設(shè)備和加工工藝進(jìn)行技術(shù)改造后才能生產(chǎn)；而且在生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中，側(cè)向抽真空的密封抽氣咀極易被碰壞；導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和廢品率都較高。所以至今幾乎沒(méi)有一家真空管生產(chǎn)廠家,有極積性來(lái)生產(chǎn)此類(lèi)性能、效果，用途、用量，尚不明確的特殊型號(hào)的真空管；因而，此類(lèi)專(zhuān)利新技術(shù)，從提出至今基本上難以得到有效的推廣應(yīng)用。
[0007]
目前我國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)幾乎都集中生產(chǎn)0 58X1800型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)真空管，并已形成擁有3000多條專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)線，年總產(chǎn)量突破4億多支的海量生產(chǎn)能力。此類(lèi)單孔盲腸狀的全玻璃真空管從發(fā)明至今幾十年過(guò)去了，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外的太陽(yáng)能專(zhuān)家，在不改變現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝的前提下，一直未能找到一種簡(jiǎn)單而有效地解決單孔盲腸狀全玻璃真空管自然循環(huán)高效換熱的簡(jiǎn)單途徑和方法；致使此類(lèi)真空管長(zhǎng)期存在:死水悶曬，管溫過(guò)高，內(nèi)管結(jié)垢嚴(yán)重，單孔排污困難，循環(huán)效率低下，遇冷水炸管，水箱存在死水區(qū)，系統(tǒng)集儲(chǔ)分離建筑一體化安裝不便；等等一系列跨世紀(jì)難題。國(guó)內(nèi)外對(duì)全玻璃真空管的技術(shù)改造，功能改善與用途拓展期待已久。上述弊端若再得不到有效的解決，不僅嚴(yán)重制約真空管在全球太陽(yáng)能熱利用中應(yīng)有的使用價(jià)值；而且，隨著產(chǎn)能過(guò)剩危機(jī)的愈演逾烈，濫價(jià)競(jìng)爭(zhēng)的惡果必將導(dǎo)致大批真空管生產(chǎn)企業(yè)的虧損倒閉；或停業(yè)。真空管產(chǎn)能過(guò)剩引發(fā)的危機(jī)，必將給我國(guó)整個(gè)新能源產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，造成難以估量的負(fù)面影響和不可預(yù)測(cè)的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前，我們面臨的任務(wù)是:迫切需要找到一種解決單孔盲腸狀真空管高效對(duì)流換熱的創(chuàng)新技術(shù)，以彌補(bǔ)其性能缺陷。開(kāi)發(fā)自然循環(huán)式系統(tǒng)集成真空管空氣集熱新技術(shù)，不僅可拓展真空管在干燥領(lǐng)域利用的新途徑，而且也是緩解我國(guó)真空管產(chǎn)能過(guò)剩危機(jī)；確保我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的必由之路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，在保留全玻璃真空管產(chǎn)成品幾何尺寸和加工工藝不作任何調(diào)整的前提下，通過(guò)在單開(kāi)口真空管管口一端，安裝一支空氣分流器，和一組由導(dǎo)流板、定位片和空氣擾流裝置；等部件組合而成的導(dǎo)流-換熱管芯。從而將其系統(tǒng)集成為一支在太陽(yáng)光熱輻射驅(qū)動(dòng)下，能通過(guò)自然循環(huán)對(duì)流換熱機(jī)制，獨(dú)立運(yùn)行的真空管空氣集熱器。以此作為總成部件，可任意構(gòu)建不同規(guī)模和不同用途的各類(lèi)型太陽(yáng)能取暖、干燥
>J-U ρ?α裝直。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:
單開(kāi)口玻璃真空管I開(kāi)口一端安裝有空氣分流器2。
[0010]導(dǎo)流板10、定位片11及空氣擾流片12合成導(dǎo)流-換熱管芯13直插入真空管I內(nèi)。
[0011]空氣分流器2和導(dǎo)流-換熱管芯13由耐候性良好，具備防腐、無(wú)毒、保溫、耐高溫耐熱老化、可塑性強(qiáng)的材料制造。
[0012]空氣分流器2的熱空氣噴射出口通道由收斂段3、喉部4及擴(kuò)散段5三部分組合而成；其收斂段3與真空管的熱空氣上浮通道16對(duì)接；擴(kuò)散段5與橫向垂直的熱空氣集管6相通；熱空氣集管6管軸兩端管口上，設(shè)置有與相鄰熱空氣集管對(duì)口硬連接的螺紋接口。
[0013]空氣分流器2熱空氣噴射出口通道的正下方，設(shè)有真空管冷空氣入管通道17的冷空氣入口 7 ;在冷空氣入口 7的進(jìn)口處安裝有防蟲(chóng)網(wǎng)8和防雨罩9。
[0014]導(dǎo)流板10的下端頭，鑲嵌有與導(dǎo)流板平面相互垂直相交的定位片11 ;定位片的上方兩側(cè)安裝有若干片橫向展開(kāi)的空氣擾流片12 ;三者組合成導(dǎo)流-換熱管芯13。
[0015]整個(gè)導(dǎo)流板10板面以下為冷空氣入管通道17 ;導(dǎo)流板10正面下段安裝有定位片11和空氣擾流片12的部分為空氣加熱區(qū)15 ;導(dǎo)流板10正面上段，則為熱空氣上浮通道16。
[0016]在玻璃真空管內(nèi)管中插入導(dǎo)流-換熱管芯13后；轉(zhuǎn)動(dòng)定位片11上的偏心鎖固裝置14，即可將導(dǎo)流-換熱管芯13緊固在真空管內(nèi)管管壁上。
[0017]在真空管管口處將導(dǎo)流板10與空氣分流器2對(duì)接密封好后，該玻璃真空管就被集成為一支在太陽(yáng)光熱福射下，能自動(dòng)通過(guò)自然循環(huán)換熱機(jī)制加熱，并輸出熱空氣介質(zhì)的太陽(yáng)能空氣集熱器的總成部件。
[0018]將若干支相同類(lèi)型組裝好的自然循環(huán)式系統(tǒng)集成真空管空氣集熱器的熱空氣集管6，用相同口徑的管道直接(或活接)順序串聯(lián)起來(lái)；并在最后一支真空管太陽(yáng)能空氣集熱器的熱空氣集管6沒(méi)有與其他真空管系統(tǒng)相連接的管口處，用管阻封死進(jìn)出通道。相反把處于開(kāi)頭第一支管位的真空管太陽(yáng)能空氣集熱器的熱空氣集管6與最終進(jìn)入干燥系統(tǒng)干燥室20的熱空氣導(dǎo)入總管連通后。在太陽(yáng)光熱的照耀下，幾分鐘之后，隨著真空管管溫的升高，整個(gè)真空管空氣集熱器陣列就能自動(dòng)進(jìn)入正常工作狀態(tài):各管就近吸入周?chē)h(huán)境中的冷空氣，通過(guò)安裝在管內(nèi)的導(dǎo)流-換熱管芯13組件形成的所謂空氣加熱區(qū)15，將其迅速加溫為干熱空氣，然后通過(guò)熱空氣集管6源源不斷地送入到干燥室內(nèi)加熱被干燥物；最后再通過(guò)熱煙?系統(tǒng)30，將干燥室20中產(chǎn)生的濕熱空氣，直接抽排到室外大氣層中；從而使被干燥物得以實(shí)現(xiàn)有效的脫水干燥。
[0019]
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明自然循環(huán)式系統(tǒng)集成真空管空氣集熱器側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
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