相變蓄熱式太陽能真空集熱管及其組成的太陽能熱水器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能真空集熱管，特別涉及一種相變蓄熱式太陽能真空集熱管及其組成的太陽能熱水器。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是一種分散性和間歇性的能源，要想充分利用它就需要用到儲(chǔ)能技術(shù)將白天充足的太陽能儲(chǔ)存起來，以供夜間或陰天使用。相變儲(chǔ)熱技術(shù)是當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)中非常具有前景的一項(xiàng)技術(shù)，它具有蓄能密度大、充放熱恒溫等許多優(yōu)點(diǎn)，因此其可很好的應(yīng)用于太陽能的熱儲(chǔ)存利用。然而，單一的相變蓄熱材料普遍具有相變熱膨脹率大和導(dǎo)熱系數(shù)低的問題，因此不能將其直接應(yīng)用于現(xiàn)有的全玻璃真空集熱管中。
[0003]我國(guó)全玻璃真空管式太陽能集熱器技術(shù)成熟，特別是在光熱利用方面。但隨著相變儲(chǔ)能技術(shù)和玻璃金屬熔封技術(shù)的發(fā)展，其潛在的缺點(diǎn)日益凸顯，如儲(chǔ)熱水箱大、易炸管結(jié)垢、蓄熱量小、日平均熱效率低等。
[0004]針對(duì)普通真空管式太陽能集熱器現(xiàn)有的缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外有很多專家和學(xué)者擬嘗試?yán)孟嘧儍?chǔ)能技術(shù)來加以解決。如一種太陽能相變蓄熱集熱管(申請(qǐng)?zhí)?200910048473.8)披露了直接在全玻璃真空集熱管中內(nèi)置相變蓄能芯，蓄能芯內(nèi)填充相變蓄熱材料，相變蓄熱材料里面埋同心換熱套管。這種技術(shù)的缺點(diǎn)之一是真空集熱管與蓄能芯之間有空隙，空隙之間為空氣，這樣傳熱熱阻較大，換熱效率較低；缺點(diǎn)之二是獨(dú)立的蓄能芯大大增加了集熱管的重量和成本，重量的增加減少了玻璃真空集熱管的使用壽命。另外，在玻璃金屬真空集熱管結(jié)構(gòu)上，玻璃和金屬組合太陽能真空管(申請(qǐng)?zhí)?200410092007.7)和一種外玻璃內(nèi)金屬直通式真空集熱管(申請(qǐng)?zhí)?201410477757.X)分別披露了玻璃金屬組合的真空集熱管和帶波紋管式的真空集熱管。但二者都具有缺點(diǎn)，前者金屬內(nèi)管和玻璃外管通過密封材料進(jìn)行密封，沒有進(jìn)行玻璃和金屬的熔封，這必然存在真空泄露和金屬內(nèi)管熱膨脹的問題；而后者雖然增加了波紋管結(jié)構(gòu)，但由于是直通式，兩端都進(jìn)行了封接固定，一旦金屬內(nèi)管受熱膨脹，必然向其中一端或者兩端同時(shí)膨脹，以致伸縮力得不到釋放和緩解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述問題，提供了一種相變蓄熱式太陽能真空集熱管，具有集熱蓄熱一體化、無水箱、占用空間小和儲(chǔ)熱量大等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種相變蓄熱式太陽能真空集熱管，其特征在于，包括外層的玻璃外管和內(nèi)層的金屬內(nèi)管，所述金屬內(nèi)管靠近其開口端為波紋結(jié)構(gòu)，玻璃外管的開口端和金屬內(nèi)管的開口端之間通過可伐合金環(huán)進(jìn)行熔接，玻璃外管的封閉端和金屬內(nèi)管的封閉端之間設(shè)有彈性滑動(dòng)支撐件，玻璃外管和金屬內(nèi)管之間為真空部分，金屬內(nèi)管的管外壁上涂有選擇性吸收涂層，金屬內(nèi)管的開口端設(shè)有密封蓋，金屬內(nèi)管內(nèi)填充有相變蓄熱材料，所述相變蓄熱材料內(nèi)埋有U型換熱管，所述U型換熱管的進(jìn)口端和出口端均伸出金屬內(nèi)管的開口端并穿過密封蓋固定。
[0008]其中，所述相變蓄熱材料的填充量不超過金屬內(nèi)管的波紋結(jié)構(gòu)部分。
[0009]其中，所述U型換熱管的進(jìn)口端和出口端均為喇叭口形狀。
[0010]其中，所述彈性滑動(dòng)支撐件由若干對(duì)稱分布的滑動(dòng)圓輪和若干支撐滑動(dòng)圓輪的彈性金屬條組成。
[0011]其中，所述相變蓄熱材料為納米復(fù)合相變蓄熱材料。
[0012]其中，所述真空層通過在玻璃外管的開口端和金屬內(nèi)管的開口端完成封接后，對(duì)玻璃外管的封閉端進(jìn)行抽真空處理獲得。
[0013]一種太陽能熱水器，包括上述所描述的相變蓄熱式太陽能真空集熱管。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:
[0015]I)利用帶有波紋結(jié)構(gòu)的金屬內(nèi)管，使集熱管的強(qiáng)度和承壓能力大大增強(qiáng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中，普通全玻璃真空集熱管管內(nèi)添加相變蓄熱材料后，內(nèi)管炸裂和相變蓄熱材料過熱壓力變大等問題。
[0016]2)利用彈性滑動(dòng)支撐件，不僅可以起到金屬內(nèi)管和金屬外管之間的固定作用，還可有效減小金屬內(nèi)管在縱向膨脹收縮時(shí)的伸縮阻力。
[0017]3)使用納米復(fù)合相變蓄熱材料，提高了太陽能真空集熱管的單位面積內(nèi)的太陽能利用率。
[0018]4)適用本相變蓄熱式太陽能真空集熱管的太陽能熱水器，實(shí)現(xiàn)了集熱蓄熱一體化，在深夜或陰天也能制得熱水，保證了用水的連續(xù)性，且具有無水箱、防炸管和高蓄能等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1為相變蓄熱式太陽能真空集熱管的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖2為圖1的A-A向剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0022]如圖1和圖2所示，一種相變蓄熱式太陽能真空集熱管，包括外層的玻璃外管2和內(nèi)層的金屬內(nèi)管4。
[0023]金屬內(nèi)管4靠近其開口端為波紋結(jié)構(gòu)7，玻璃外管2的開口端和金屬內(nèi)管4的開口端之間通過可伐合金環(huán)8進(jìn)行熔接，玻璃外管2的封閉端和金屬內(nèi)管4的封閉端之間設(shè)有彈性滑動(dòng)支撐件I。在玻璃外管2的開口端和金屬內(nèi)管4的開口端完成封接后，對(duì)玻璃外管2的封閉端進(jìn)行抽真空處理，使玻璃外管2和金屬內(nèi)管4形成真空層。使用帶有波紋結(jié)構(gòu)7的金屬內(nèi)管4解決了普通全玻璃真空集熱管內(nèi)添加相變蓄熱材料后內(nèi)管極易炸裂的問題，以及相變蓄熱材料過熱壓力變大的問題。
[0024]金屬內(nèi)管4的管外壁上涂有選擇性吸收涂層3，金屬內(nèi)管4的開口端設(shè)有密封蓋9，金屬內(nèi)管4內(nèi)填充有相變蓄熱材料5，相變蓄熱材料5內(nèi)埋有U型換熱管6，U型換熱管6的進(jìn)口端和出口端均伸出金屬內(nèi)管4的開口端并穿過密封蓋9固定。
[0025]相變蓄熱材料5的填充量不超過金屬內(nèi)管4的波紋結(jié)構(gòu)7部分，使得在金屬內(nèi)管4內(nèi)預(yù)留一定空間用于緩沖相變蓄熱材料5受熱后的體積變化。
[0026]U型換熱管6的進(jìn)口端和出口端均為喇叭口形狀，便于進(jìn)行多根集熱管的連接。
[0027]彈性滑動(dòng)支撐件I由若干對(duì)稱分布的滑動(dòng)圓輪和若干支撐滑動(dòng)圓輪的彈性金屬條組成。其中，彈性滑動(dòng)支撐件不僅起到金屬內(nèi)管的封閉端和玻璃外管的封閉端之間的固定作用，還可有效減小金屬內(nèi)管在縱向膨脹收縮時(shí)的伸縮阻力。
[0028]相變蓄熱材料5為納米復(fù)合相變蓄熱材料5，其相變溫度為78°C，用于該真空集熱管中，可產(chǎn)生40-75°C的熱水。
[0029]前述相變蓄熱式太陽能真空集熱管的工作原理如下:
[0030]I)蓄熱過程。白天太陽光透過玻璃外管和真空層照射在帶有選擇性吸收涂層的金屬內(nèi)管上，金屬內(nèi)管由此開始吸熱升溫，并將熱量傳遞給封閉在其內(nèi)的納米復(fù)合相變蓄熱材料。納米復(fù)合相變蓄熱材料得到熱量后，開始儲(chǔ)存熱量，并將多余的熱量傳遞給埋在其中的U型換熱管。U型換熱管得到熱量后將加熱其內(nèi)的傳熱工質(zhì)，傳熱工質(zhì)得到熱量后就可以將熱量輸送到需要用熱的地方。在太陽能熱水器中，這里所說的傳熱工質(zhì)就是水。當(dāng)白天太陽能充足，而又不使用熱量的情況下，該集熱管將積蓄越來越多的熱量。當(dāng)積蓄熱量過多時(shí)可能導(dǎo)致集熱管過熱，此時(shí)金屬內(nèi)管上的波紋管結(jié)構(gòu)和底端的彈性滑動(dòng)支撐件將發(fā)揮其作用，有效緩沖過熱產(chǎn)生的熱膨脹壓力，避免集熱管的損壞。
[0031]2)放熱過程。在沒有太陽光和用水量大的情況下，本集熱管將發(fā)揮它的關(guān)鍵功能。往U型換熱管里通入冷水，則金屬內(nèi)管里的相變蓄熱材料將釋放在白天儲(chǔ)存的大量熱量，以此加熱U型換熱管和其內(nèi)的冷水，實(shí)現(xiàn)集熱管的蓄熱放熱、連續(xù)放熱功能。放熱過程為相變潛熱放熱，因此為恒溫放熱。
[0032]若干前述相變蓄熱式太陽能真空集熱管可組成一種太陽能熱水器，具體通過依次將前一根集熱管中U型換熱管6的進(jìn)口端和后一根集熱管中U型換熱管6的出口端相連組成。
[0033]使用前述相變蓄熱式太陽能真空集熱管可以實(shí)現(xiàn)太陽能熱水器的集熱蓄熱一體化和無蓄熱水箱，大大提高了太陽能熱水器的安全性及其對(duì)單位面積內(nèi)的太陽能利用率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種相變蓄熱式太陽能真空集熱管，其特征在于，包括外層的玻璃外管(2)和內(nèi)層的金屬內(nèi)管(4)，所述金屬內(nèi)管(4)靠近其開口端為波紋結(jié)構(gòu)(7)，玻璃外管(2)的開口端和金屬內(nèi)管⑷的開口端之間通過可伐合金環(huán)⑶進(jìn)行熔接，玻璃外管⑵的封閉端和金屬內(nèi)管(4)的封閉端之間設(shè)有彈性滑動(dòng)支撐件(I)，玻璃外管(2)和金屬內(nèi)管(4)之間為真空層，金屬內(nèi)管(4)的管外壁上涂有選擇性吸收涂層(3)，金屬內(nèi)管(4)的開口端設(shè)有密封蓋(9)，金屬內(nèi)管(4)內(nèi)填充有相變蓄熱材料(5)，所述相變蓄熱材料(5)內(nèi)埋有U型換熱管(6)，所述U型換熱管(6)的進(jìn)口端和出口端均伸出金屬內(nèi)管(4)的開口端并穿過密封蓋(9)固定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄熱式太陽能真空集熱管，其特征在于，所述相變蓄熱材料(5)的填充量不超過金屬內(nèi)管(4)的波紋結(jié)構(gòu)(7)部分。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄熱式太陽能真空集熱管，其特征在于，所述U型換熱管(6)的進(jìn)口端和出口端均為喇叭口形狀。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄熱式太陽能真空集熱管，其特征在于，所述彈性滑動(dòng)支撐件(I)由若干對(duì)稱分布的滑動(dòng)圓輪和若干支撐滑動(dòng)圓輪的彈性金屬條組成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄熱式太陽能真空集熱管，其特征在于，所述相變蓄熱材料(5)為納米復(fù)合相變蓄熱材料(5)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄熱式太陽能真空集熱管，其特征在于，所述真空層通過在玻璃外管⑵的開口端和金屬內(nèi)管⑷的開口端完成封接后，對(duì)玻璃外管⑵的封閉端進(jìn)行抽真空處理獲得。7.一種太陽能熱水器，其特征在于，包括若干個(gè)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)相變蓄熱式太陽能真空集熱管。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種相變蓄熱式太陽能真空集熱管及其組成的太陽能熱水器，屬于太陽能技術(shù)領(lǐng)域。一種相變蓄熱式太陽能真空集熱管，包括外層的玻璃外管和內(nèi)層的金屬內(nèi)管，金屬內(nèi)管靠近其開口端為波紋結(jié)構(gòu)，玻璃外管的開口端和金屬內(nèi)管的開口端之間通過可伐合金環(huán)進(jìn)行熔接，玻璃外管的封閉端和金屬內(nèi)管的封閉端之間設(shè)有彈性滑動(dòng)支撐件，玻璃外管和金屬內(nèi)管之間為真空部分，金屬內(nèi)管的管外壁上涂有選擇性吸收涂層，金屬內(nèi)管的開口端設(shè)有密封蓋，金屬內(nèi)管內(nèi)填充有相變蓄熱材料，相變蓄熱材料內(nèi)埋有U型換熱管，U型換熱管的進(jìn)口端和出口端均伸出金屬內(nèi)管的開口端并穿過密封蓋固定。本發(fā)明具有集熱蓄熱一體化、無水箱、占用空間小和儲(chǔ)熱量大等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】F24J2/46, F24J2/24, F24J2/34
【公開號(hào)】CN104949354
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510321109
【發(fā)明人】華維三, 章學(xué)來, 蔣春艷, 劉宇飛, 丁錦宏, 羅孝學(xué)
【申請(qǐng)人】上海海大技術(shù)轉(zhuǎn)移有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年6月12日