專利名稱：開放式熱管真空管太陽能高溫承壓式熱水器的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種太陽能技術領域的熱水器，具體涉及的是一種開放式熱 管真空管太陽能高溫承壓式熱水器。
背景技術：
隨著我國節能減排和建筑節能法律法規的實施，太陽能熱利用產品市場巨 大。這其中尤以太陽能熱水器為最，但是由于集熱技術限制，目前的太陽能熱水 器的水溫基本低于80°C，處于低溫應用范圍，只能滿足居民的一般需要。而今 后太陽能光熱轉換領域的發展重點就包括太陽能中高溫集熱儲熱技術開發和工 農業生產的示范應用，目前太陽能中高溫集熱技術還沒有在工農業生產上得到理 想的推廣應用，形成了市場空白，因此急需開發新型中高溫熱水器，滿足市場需 要。
目前太陽能熱水器釆用的集熱器中 一般有平板集熱器、全玻璃真空管集熱器 和熱管真空管式集熱器，受集熱溫度的限制，前兩種集熱器一般應用低溫熱水器， 而且因結構問題使得系統不能承壓、穩定性差，熱效率較低。熱管真空管集熱器 是一根金屬熱管(帶肋片式集熱板)外同心的套上一根玻璃管，金屬管內表面鍍 選擇性吸收涂層，金屬熱管和玻璃管之間抽真空，金屬熱管和玻璃管的兩端用軟 金屬片和可伐金屬熱封裝，該結構與聚光板聯合使用后，集熱器溫度可以達到中 高溫水平，但由于集熱金屬管溫度升高后，其熱膨脹系數和玻璃管無法匹配，同 時集熱管由于溫度不均勻也會產生各種橈曲變形，導致玻璃管易受力破碎，這導 致玻璃和金屬間的熱封裝問題成為這種結構的一個技術難點，目前還尚難解決， 因此，此種結構還不能用于中高溫集熱器長期實際運行使用。另外，熱管真空管 結構中的熱管冷凝段是一段管子，傳熱尺寸很小，被加熱水的需要在大容積的水 箱中流過熱管冷凝段外表面，在管外吸熱變成飽和蒸汽時的蒸發熱阻非常大，即 使熱管內工質的溫度很高，也無法將熱量有效的傳遞給被加熱的水，使熱效率不 高。
3經過對現有相關技術文獻檢索發現，中國專利申請號200710306236.8，發 明名稱為改進型全玻璃真空管型太陽能熱水器，該發明特征是在真空管內管中 安裝引流板，以提高熱效率，而其他結構均與一般的全玻璃真空集熱器類似。中 國專利申請號200610044322.1，發明名稱為 一種太陽能真空集熱管及其制備 的太陽能熱水器，該發明特征是在玻璃真空管內安裝集熱器件，由集熱器件吸熱， 比單純的玻璃管導熱更迅速。受集熱溫度的限制，前兩種集熱器一般應用低溫熱 水器，而且因結構問題使得系統不能承壓、穩定性差，熱效率較低。
中國專利申請號02100390.4，發明名稱為新型玻璃真空熱管太陽能熱水 器，該發明是在熱管外壁安裝集熱肋片，從而降低熱阻，提高傳熱效率，但其也 沒有解決玻璃和金屬間的熱封裝問題。此外，這幾種形式的熱管使用壽命較低， 如何延長使用壽命還是一個技術瓶頸。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提出一種開放式熱管真空管太陽能高溫承壓式 熱水器，該熱水器實現了玻璃真空管和金屬熱管的無焊接連接，既能承壓，且熱 效率高，使用壽命長。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括開放式熱管真空管集熱管
和豎式聯箱，開放式熱管真空管集熱管的熱管出口不封閉，直接與豎式聯箱連接 組成開放式熱管系統，其中，
開放式熱管真空管集熱管包括真空管、硅膠保溫塞、傳導介質、環形肋片、 熱管、支架，真空管內插入一根熱管，熱管管壁外部套上環形肋片，熱管底部用 支架支撐，熱管與真空管之間的間隙填充傳導介質，真空管出口與熱管之間用硅 膠保溫塞軟密封；
豎式聯箱包括外殼、真空保溫瓶、保溫層、進水管、注水管、水閥、安全 閥、泄壓管、真空閥、抽氣管、出水管、冷凝管，豎式聯箱內配置冷凝管，冷凝 管兩端為伸出豎式聯箱的進水管和出水管，豎式聯箱底部設有注水管、抽氣管和 泄壓管，注水管和水閥相連接，抽氣管和真空閥連接，泄壓管和安全閥連接，豎 式聯箱外包裹保溫層，保溫層外面套上真空保溫瓶，最外面用外殼包裹。
所述真空管由玻璃外管和玻璃內管組成，內外兩層之間形成真空夾層，真空 夾層的底部設有彈簧支撐卡，玻璃內管外表面覆蓋吸收涂層。所述的真空管和熱管為同心配置，熱管外壁與玻璃內管內壁之間的間隙一般 為6-10mm。
所述的開放式熱管真空管集熱管的數目為6-10根，每根開放式熱管真空管 集熱管外安裝1個復合拋物面(CPC)聚光板，CPC聚光板是由具有CPC結構型 面的鋼板表面鋪設一層反光鋁箔形成。
所述的冷凝管在豎式聯箱內呈U型或盤型配置。
所述的開放式熱管真空管集熱和管外安裝的CPC聚光板由框架固定。
本發明在熱管與真空管之間的間隙填充傳導介質導熱，使得玻璃管內壁面 (吸熱面)熱管間溫差降低。不會出現由于金屬管和玻璃管膨脹系數不同產生的 玻璃管破裂問題。
為解決目前的熱管式太陽能熱水器冷凝段換熱面積過小和熱管壽命較短的 問題，本發明采用開放式熱管系統。集熱管中的熱管出口不封閉，而是直接與豎 式聯箱連接組成開放式熱管系統，冷凝管在聯箱內可以U型也可以盤型配置，并 能根據換熱效果調整冷凝管尺寸，被加熱工質水從進水管進入冷凝管，從出水管 出來，水在冷凝管內流動，屬于管內流動，可通過增加或減少冷凝管繞制的圈數 來調節冷凝管在聯箱內的長度，傳熱面積也即隨之改變，從而有效的解決蒸發熱 阻大的瓶頸問題，提高了傳熱效率。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果
1、 熱管與真空管之間的間隙填充傳導介質，真空管出口與熱管之間用硅膠 保溫塞軟密封，從而實現了玻璃真空管和金屬熱管的無焊接連接，提高了熱效率。
2、 可定期更換聯箱和熱管內的工質和定期對聯箱內抽真空，以提高熱管性 能，延長工作壽命，并通過安全閥控制聯箱內壓力，保證熱管安全性。
3、 豎式聯箱配制成全承壓式，能更高的承受集熱器中水和產生的蒸汽的壓 力，安全性能好。
圖1是開放式熱管真空管集熱管的結構示意圖2是豎式聯箱的結構示意圖3是開放式熱管真空管太陽能熱水器的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例做詳細的說明本實施例在以本發明技術方 案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護范圍并不 限于下述的實施例。
如圖1至圖3所示，本實施例包括開放式熱管真空管集熱管1和豎式聯箱 25，開放式熱管真空管集熱管1的熱管11出口不封閉，直接與豎式聯箱25連接 組成開放式熱管系統，其中，
開放式熱管真空管集熱管1包括真空管3、硅膠保溫塞8、傳導介質9、 環形肋片10、熱管11、支架7，真空管3內插入一根熱管11，熱管11管壁外部 套上環形肋片10，熱管11底部用支架7支撐，熱管11與真空管3之間的間隙 填充傳導介質9，真空管3出口與熱管11之間用硅膠保溫塞8軟密封；
豎式聯箱25包括外殼13、真空保溫瓶14、保溫層15、進水管16、注水 管17、水閥18、安全閥19、泄壓管20、真空閥21、抽氣管22、出水管23、冷 凝管24，豎式聯箱25內配置冷凝管24，冷凝管24兩端為伸出豎式聯箱的進水 管16和出水管23，豎式聯箱底部設有注水管17、抽氣管22和泄壓管20，注水 管17和水閥18相連接，抽氣管22和真空閥21連接，通過真空閥21對豎式聯 箱25內抽真空，泄壓管20和安全閥19連接，豎式聯箱25外包裹保溫層15， 保溫層15外面套上真空保溫瓶14進行保溫，最外面用外殼13包裹。
所述真空管3由玻璃外管4和玻璃內管5組成，內外兩層之間形成真空夾層 7，真空夾層7的底部設有彈簧支撐卡2，玻璃內管5外表面覆蓋吸收涂層6。
所述的真空管3和熱管11為同心配置，熱管11外壁與玻璃內管4內壁之間 的間隙一般為6-10mm。
所述的開放式熱管真空管集熱管1的數目為6-10根，每根開放式熱管真空 管集熱管1外安裝1個CPC聚光板27， CPC聚光板27是由具有CPC結構型面的 鋼板表面鋪設一層反光鋁箔形成。
所述的冷凝管24在豎式聯箱25內呈U型或盤型配置。
所述的開放式熱管真空管集熱1和管外安裝的CPC聚光板27由框架26固定。
數根開放式熱管真空管集熱管1和一個豎式聯箱25以及CPC聚光板27連同 框架26組成了本實施例的開放式熱管真空管太陽能高溫承壓熱水器，開放式熱管真空管集熱管1的數目可以是6-10根，每根開放式熱管真空管集熱管1外安 裝1個CPC聚光板27， CPC聚光板27是由具有CPC結構型面的鋼板表面鋪設一 層反光鋁箔形成，光反射率高，每個CPC聚光板27的聚光比為2. 15，厚度0. 8mm， 安裝時，集熱管應有一安裝傾角，該角度和當地的地理緯度一致。
系統工作前，首先通過注水管17對豎式聯箱25和熱管11進行充液，充液 量通過水閥18控制， 一般是以注入液體工質超過豎式聯箱25底部即可，然后通 過抽氣管22和真空闊21對豎式聯箱25內進行抽真空處理，之后系統開始工作。
本實施例中的熱管11外徑為38mm，厚度為2ram，材質為不銹鋼304，熱管 11與玻璃內管5內壁之間的間隙為6mm，采用甘油石墨粉混合物作為傳導介質 (1988年出版的《新型熱控材料器件及應用》 一書中記載了此種甘油石墨粉混 合物)，使玻璃管內壁面(吸熱面)熱管間溫差降低到12度。豎式聯箱25內的 冷凝管24的長度為4m，被加熱工質水從進水管16進入，流量為3升/小時，熱 量從CPC聚光板27匯聚到開放式熱管真空管集熱管1中的熱管11，在熱管11 中的液體工質被加熱成飽和蒸汽進入豎式聯箱25，并通過豎式聯箱25內的冷凝 管24加熱其中的被加熱工質水，其本身被冷凝成飽和水在重力的作用下回到熱 管11中，而冷凝管24中的水被逐漸加熱，將20個開放式熱管真空管太陽能高 溫承壓熱水器串聯使用，即可得到25(TC左右的高溫蒸汽。
可定期更換豎式聯箱25和熱管11內的液體工質和定期對豎式聯箱25內抽 真空，以提高熱管11性能，延長工作壽命，并通過安全閥19控制豎式聯箱25 內壓力，保證熱管ll安全性。
本實施例中的開放式熱管真空管太陽能高溫承壓熱水器結構簡單，熱效率 高，并能完全避免玻璃和金屬之間的熱封裝技術問題，實現無焊接軟密封，同時 能解決冷凝段蒸發熱阻大的瓶頸，提高換熱性能，使出水或蒸汽的溫度更高，能 更好的應用于工業及農業等相關領域。
權利要求
1、一種開放式熱管真空管太陽能高溫承壓熱水器，其特征在于，包括開放式熱管真空管集熱管和豎式聯箱，開放式熱管真空管集熱管的熱管出口直接與豎式聯箱連接組成開放式熱管系統，其中，開放式熱管真空管集熱管包括真空管、硅膠保溫塞、傳導介質、環形肋片、熱管、支架，真空管內插入一根熱管，熱管管壁外部套上環形肋片，熱管底部用支架支撐，熱管與真空管之間的間隙填充傳導介質，真空管出口與熱管之間用硅膠保溫塞軟密封；豎式聯箱包括外殼、真空保溫瓶、保溫層、進水管、注水管、水閥、安全閥、泄壓管、真空閥、抽氣管、出水管、冷凝管，豎式聯箱內配置冷凝管，冷凝管兩端為伸出豎式聯箱的進水管和出水管，豎式聯箱底部設有注水管、抽氣管和泄壓管，注水管和水閥相連接，抽氣管和真空閥連接，泄壓管和安全閥連接，豎式聯箱外包裹保溫層，保溫層外面套上真空保溫瓶，最外面用外殼包裹。
2、 根據權利要求l所述的開放式熱管真空管太陽能高溫承壓熱水器，其特 征是，所述真空管由玻璃外管和玻璃內管組成，內外兩層之間形成真空夾層，真 空夾層的底部設有彈簧支撐卡，玻璃內管外表面覆蓋吸收涂層。
3、 根據權利要求1所述的開放式熱管真空管太陽能高溫承壓熱水器，其特 征是，所述的真空管和熱管為同心配置，熱管外壁與玻璃內管內壁之間的間隙為
4、 根據權利要求l所述的開放式熱管真空管太陽能高溫承壓熱水器，其特 征是，所述的開放式熱管真空管集熱管的數目為6-10根，每根開放式熱管真空 管集熱管外設置1個CPC聚光板。
5、 根據權利要求l所述的開放式熱管真空管太陽能高溫承壓熱水器，其特 征是，所述的冷凝管在豎式聯箱內呈U型或盤型配置。
6、 根據權利要求1或3所述的開放式熱管真空管太陽能高溫承壓熱水器， 其特征是，所述的開放式熱管真空管集熱和管外安裝的CPC聚光板由框架固定。
全文摘要
一種開放式熱管真空管太陽能高溫承壓式熱水器，包括CPC聚光板、開放式熱管真空管集熱管、豎式聯箱、框架，所述開放式熱管真空管集熱管的吸收涂層覆蓋在真空管內管表面，真空管和熱管之間填充傳導介質，出口用保溫塞密封，避免了玻璃和金屬之間的熱封裝問題，實現真空管和金屬熱管的無焊接連接，熱管出口不封閉，直接與豎式聯箱組成開放式熱管系統，豎式聯箱內冷凝管U型或盤型配置，外面套上真空保溫瓶進行保溫，數根集熱管和豎式聯箱連用組成開放式熱管真空管太陽能高溫承壓式熱水器，保溫效果好，熱效率高，能提供熱水和高溫蒸汽，供工農業使用。
文檔編號F24J2/32GK101566393SQ20091005164
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月21日 優先權日2009年5月21日
發明者劉振華, 肖紅升, 峰 趙, 琳 陸 申請人:上海交通大學