專利名稱：稀疏芯網加速玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及稀疏芯網加速玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置。
背景技術：
熱管真空集熱管制造的太陽能熱水器具有管內無水、符合衛生飲用水標準、能效比高、單管損壞照樣工作等優點。因此。管內無水的太陽能真空熱水器將有可能占領越來越多的市場份額。現有一種工作量充裝很少的全玻璃熱管真空集熱管太陽能熱水器，熱管內壁采用光管結構、熱管真空集熱管傾斜約45度安裝。在非換熱狀態下，可以觀察到熱管底部有液態工質集聚。對其進行與管內存水的全玻璃真空集熱管太陽能熱水器對照試驗，發現熱管太陽能熱水器的升溫情況先慢后快。判斷是熱管啟動過程過長，在熱管啟動階段，熱管集熱產品不能滿功率運行因而升溫慢，熱管啟動之后熱管集熱裝置滿功率運行因而升溫快。考察全玻璃熱管真空集熱管的熱管啟動:由于集聚于熱管底部的工質通常因為被吸氣劑形成的鏡面遮光其溫度上升緩慢，使得這些液態工質不能迅速參與兩相流換熱循環。同時，由于熱管熱端內部其他部位的溫度雖高但在很長一段時間內處于干涸狀態而不能對集熱做貢獻。以后依靠靠近底部的玻璃熱管管壁傳熱逐漸使液態工質汽化并循環參與兩相流換熱，熱管完成啟動過程進入正常工作狀態。問題是在冬季，熱管的啟動過程可能持續兩小時以上，這使得某些玻璃熱管集熱管的表現不能明顯比管內存水的全玻璃真空集熱管好，熱管的優勢沒能充分發揮。玻璃表面不適合加工細槽以形成更大的毛細升力。采用在玻璃熱管內表面布置具有足夠大面積的芯網，雖然可利用毛細作用解決熱管啟動過程過長的問題，但會使成本較大增加，更嚴重的是還會因內部充裝工質較多、使空曬時蒸汽壓過高而造成炸管事故的風險大大增加。譬如工質充裝量/熱管容積率從2毫升/1000毫升時的0.2%提高到5毫升/1000毫升時的0.5%，最高飽和蒸汽壓從140°C的約3.7個大氣壓增加至180°C的約10個大氣壓，但熱管內部從140°C約3.7個大氣壓的最高蒸汽壓繼續升溫至180°C時內部壓力僅有4個大氣壓左右。由于玻璃耐壓能力有限，所以，既要設法抬高熱管啟動時的液態工質位置高度加快啟動，又要在熱管工作時盡可能少的截留液態工質以減少工質充裝量。中國發明專利200410012193.9防爆太陽能全玻璃真空集熱管，披露了一種防爆太陽能全玻璃真空集熱管，其熱管中液態工質充裝量為0.1 0.5% V，其中V為熱管內的容積。使其達到某一臨界溫度時全部轉化為汽相，當溫度繼續升高時，壓力按照汽相的規律升高，從而大幅度的降低了高溫狀態下熱管內的工作壓力……。同時，在熱管中增設吸附材料，以保證熱管再次快速起動。但該發明專利在熱管中包括熱管蒸發段中部設置的吸附材料吸持工質加速熱管啟動這一方式仍會帶來增 加工質充裝量和空曬時內部壓力或者啟動仍然較慢的問題。假定:原來設定內玻璃管內徑4.4毫米、罩玻璃管外徑58毫米、長2米的全玻璃真空熱管集熱管的內部壓力上限為4個大氣壓、空曬最高溫度230°C、水作工質，計算可得內玻璃管容積約3升。查水蒸汽的飽和蒸汽壓表可知:135°C時剛好全部工質汽化的工質充裝量，其飽和蒸汽壓為3.2個大氣壓且在最高空曬溫度230°C時，內部壓力達到4個大氣壓即等于內玻璃管內部壓力極限。并可查得135°C時蒸汽的質量容積比為1.7毫升/升。該集熱管的工質充裝量為3升*1.7暈升/升=5.1暈升。(5.1暈升工質對于現有的集熱管來說偏少，在熱端下部會出現干涸，但這個問題這里不做展開)。此時，為了加速熱管啟動而在熱管內部中部設置吸液材料。假定所增加的吸液材料在熱管正常工作時提吸持有了總共1.5毫升工質，并且因此加劇熱管內部熱端干涸現象，干涸的熱端不參與換熱使集熱管的效率大打折扣。為了避免因熱端干涸帶來的集熱量損失。必須增加工質充裝量來彌補熱管工作時被吸液材料提吸持有的那部分工質。假設增加的工質充裝量也是1.5毫升，則工質剛好全部汽化時的蒸汽的質量容積比從1.7毫升/升上升至2.2毫升/升，這時的最高飽和蒸汽壓對應的臨界溫度從135°C上升至145°C ;相應地，在最高空曬溫度230°C時，熱管內部壓力從4個大氣壓增加到5個大氣壓。結論是:為了加速啟動在熱管熱端中部增加吸液材料并增加工質充裝量，在最高空曬溫度下，集熱管內部的壓力會超過原先設定的壓力從4個大氣壓增加至5個大氣壓超出25% ;而不用吸液材料熱管啟動過程要延長兩小時相當于冬季減少日集熱量35%。還有，吸附材料僅僅吸持1.5毫升工質仍然很不夠。
發明內容
本發明的目的是要提供稀疏芯網加速玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置。本發明解決其技術問題的技術方案之一:用全玻璃真空熱管集熱管、絕熱水箱或者聯集盒、尾盒支架及 附件，組成一臺稀疏芯網加速一體式玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置。全玻璃真空集熱管由罩玻璃管和內玻璃管同心嵌套布置封接制成，內玻璃管自封接處向前伸出并且內部抽真空灌裝工質后封離制成一支熱管，內玻璃管的外表面制作吸收膜。在熱管熱端內部設置一個由若干條寬度2至10毫米的細條毛細吸液芯組成的稀疏芯網，稀疏芯網采用彈性卡簧壓貼于熱管熱端內壁；稀疏芯網的面積小于所述熱管熱端內壁面積的5%。還可以令所述全玻璃真空集熱管的內玻璃管相對罩玻璃管偏心布置并且內玻璃管與制作于罩玻璃管上的半圓鏡面聚光連接或者，內玻璃管與一個配合連接于罩玻璃管上的附加半圓鏡面聚光連接。本發明解決其技術問題的技術方案之二:用插入式全玻璃真空熱管集熱管、絕熱水箱或者聯集盒、尾盒支架及附件，組成一臺稀疏芯網加速插入式玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置。插入式全玻璃真空熱管集熱管由一支全玻璃真空集熱管與插入其中的插入式玻璃熱管配合或者低熱阻連接制成。全玻璃真空集熱管由罩玻璃管和內玻璃管同心嵌套布置封接制成。在插入式玻璃熱管熱端內部含有一個由若干條寬度2至10毫米的細條毛細吸液芯組成的稀疏芯網，稀疏芯網采用彈性卡簧壓貼于熱管熱端內壁。稀疏芯網的面積小于所述熱管熱端內壁面積的5%。還可以令所述稀疏芯網由若干個按照圓周向布置的環形窄條毛細芯形成。還可以令所述稀疏芯網為若干條按照圓周向布置的環形窄條毛細芯形成的稀疏芯網；所述環形窄條毛細芯為各向不同性:沿圓周向的毛細作用比較弱。
還可以令所述稀疏芯網含有沿圓周方向布置的纖維少，沿環形窄條毛細芯軸心線方向布置的纖維多。還可以令:在太陽光曝射量700±50瓦/平方米、所述熱管冷端外側水溫40±5°C、集熱元件軸心線呈南北向傾斜布置并且其軸心線與入射陽光的夾角在90±20°范圍內條件下，稀疏芯網持有液態工質的質量<其最大液態工質持有量的25%。還可以令:所述稀疏芯網最大液態工質持有量> 4暈升；在太陽光曝射量700±50瓦/平方米、所述熱管冷端外側水溫40±5°C、集熱元件軸心線呈南北向傾斜布置并且其軸心線與入射陽光的夾角在90±20°范圍內條件下，所述稀疏芯網持有液態工質的質量^ 0.9暈升。本發明的有益效果:本發明稀疏芯網加速玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置，當太陽落山時，玻璃熱管逆向工作:與加熱負荷低熱阻連接的原熱管冷端內表面的液態工質蒸發并在原熱管熱端內表面凝結，當原熱管熱端內表面液態工質集聚較多而向下流淌到達稀疏芯網時被其吸住。第二天太陽出來時，熱管熱端一旦受熱，被稀疏芯網吸住的液態工質迅速蒸發并參與兩相流換熱。稀疏芯網分布廣，涉及的太陽能吸熱面積也廣因而啟動迅速；稀疏芯網分布稀疏，熱管正常工作時，稀疏芯網持有的液態工質少譬如小于0.3毫升，其對空曬時內部壓力的增加很有限。采用本發明稀疏芯網加速一體式玻璃熱管啟動的集熱元件或者稀疏芯網加速插入式玻璃熱管啟動的集熱元件制造的各種太陽能集熱裝置，其熱管啟動時間從原來光管的140多分鐘，縮短至10多分鐘，相當于冬季每天多集熱一個多小時。從而既最大限度加快熱管啟動；又使空曬時玻璃熱管內部的壓力保持低位。令所述稀疏芯網為若干條按照圓周向布置的環形窄條毛細芯形成的稀疏芯網；所述環形窄條毛細芯為各向不同性:沿圓周向的毛細作用比較弱。可以在持續時間相對較長的太陽落山過程中吸持較多的工質；在熱管正常換熱時沿圓周方向的毛細作用弱從而使環形窄條毛細芯除底部外都因為毛細提吸作用顧不上而出現干涸，并使工質沿熱管內壁底部往下流均布于整個熱管熱端的底部。令所述稀疏芯網含有沿圓周方向布置的纖維少；沿環形窄條毛細芯軸心線方向布置 的纖維多，是實現所要求的環形窄條毛細芯為各向不同性的手段之一。還可以令所述稀疏芯網含有沿圓周方向布置的纖維少，沿環形窄條毛細芯軸心線方向布置的纖維多。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是一臺稀疏芯網加速一體式玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置結構示意圖。圖2是一臺稀疏芯網加速插入式玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置結構示意圖。圖中1.全玻璃真空熱管集熱管；2.絕熱水箱；3.尾盒支架；4.罩玻璃管；5.內玻璃管；6.熱管；7.環形窄條毛細芯；8.彈性卡簧；9.全玻璃真空集熱管；10.傳熱器件。
具體實施方式
圖1給出本發明的第一個實施例。圖1中，用全玻璃真空熱管集熱管1、絕熱水箱2、尾盒支架3及附件，組成一臺稀疏芯網加速一體式玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置。全玻璃真空熱管集熱管I用罩玻璃管4和內玻璃管5同心嵌套布置封接制成，內玻璃管5自封接處向前伸出并且內部抽真空灌裝工質后封離制成一支熱管6，內玻璃管5的外表面制作吸收膜。全玻璃真空熱管集熱管垂直或者傾斜安裝。熱管6依靠重力工作。在熱管6熱端內部設置10個按照圓周向布置的環形窄條毛細芯7形成一個稀疏芯網。環形窄條毛細芯7用彈性卡簧8壓貼于熱管6熱端內壁。熱管6的熱端長度I米8;環形窄條毛細芯7的寬度5毫米。環形窄條毛細芯7的面積之和小于所述熱管6熱端內壁面積的2.8%。圖1中并排的向外箭頭表示熱管6的冷端位置。當圖1實施例的集熱元件作順時針旋·轉約45度傾斜安裝時，熱管6能夠依靠重力實現兩相流循環換熱，將太陽熱能源源不斷地通過冷端傳遞給加熱負荷。熱管6工作時，因為短筒吸液芯7可以不持有工質，所以，工質充裝量不增加，有利于限制空曬時熱管6內部飽和蒸汽壓處于低水平。當圖1實施例的集熱元件作順時針旋轉約45度傾斜安裝時，環形窄條毛細芯7能夠在熱管6不工作時大量吸持液態工質，提高原光管熱管集聚于熱管6底部的工質的位置。均布于整個熱管6熱端的環形窄條毛細芯7有利于熱管6啟動時環形窄條毛細芯7吸收盡可能多的太陽熱能加速啟動。圖1實施例中，熱管6正常工作時允許環形窄條毛細芯7干涸或者部分干涸所以環形窄條毛細芯7在熱管6工作時常常不持有工質。太陽落山時，熱管6冷端內表面的凝結水蒸發，包括這部分工質在內的所有工質全部或者絕大部分工質被環形窄條毛細芯7吸持。圖1實施例中的環形窄條毛細芯7對按照時集熱管的狀態無要求，方便現場安裝維修作業。圖2給出本發明的第二個實施例。圖2中，用插入式全玻璃真空熱管集熱管、絕熱水箱2、尾盒支架3及附件，組成一臺稀疏芯網加速插入式玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置。插入式全玻璃真空熱管集熱管用一支全玻璃真空集熱管9與插入其中的插入式玻璃殼體熱管3通過兩片傳熱器件10低熱阻連接制成。全玻璃真空集熱管9由罩玻璃管4和內玻璃管5同心嵌套布置封接制成。在熱管6熱端內部設置10個按照圓周向布置的環形窄條毛細芯7形成一個稀疏芯網。圖2實施例熱管6內部結構及工作原理與圖1實施例的相似。
權利要求
1.稀疏芯網加速一體式玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置，由全玻璃真空熱管集熱管、絕熱水箱或者聯集盒、尾盒支架及附件組成，全玻璃真空集熱管由罩玻璃管和內玻璃管同心嵌套布置封接制成，內玻璃管自封接處向前伸出并且內部抽真空灌裝工質后封離制成一支熱管，內玻璃管的外表面制作吸收膜，其特征是在熱管熱端內部含有一個由若干條寬度2至10毫米的細條毛細吸液芯組成的稀疏芯網，稀疏芯網采用彈性卡簧壓貼于熱管熱端內壁；稀疏芯網的面積小于所述熱管熱端內壁面積的5%。
2.按照權利要求1所述的集熱裝置，其特征是所述全玻璃真空集熱管的內玻璃管相對罩玻璃管偏心布置并且內玻璃管與制作于罩玻璃管上的半圓鏡面聚光連接或者，內玻璃管與一個配合連接于罩玻璃管上的附加半圓鏡面聚光連接。
3.稀疏芯網加速插入式玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置，由插入式全玻璃真空熱管集熱管、絕熱水箱或者聯集盒、尾盒支架及附件組成，插入式全玻璃真空熱管集熱管由一支全玻璃真空集熱管與插入其中的插入式玻璃熱管配合或者低熱阻連接制成，全玻璃真空集熱管由罩玻璃管和內玻璃管同心嵌套布置封接制成，其特征是在插入式玻璃熱管熱端內部含有一個由若干條寬度2至10毫米的細條毛細吸液芯組成的稀疏芯網，稀疏芯網采用彈性卡簧壓貼于熱管熱端內壁；稀疏芯網的面積小于所述熱管熱端內壁面積的5%。
4.按照權利要求1或者3所述的集熱裝置，其特征是所述稀疏芯網由若干個按照圓周向布置的環形窄條毛細芯形成。
5.按照權利要求1或者3所述的集熱裝置，其特征是所述稀疏芯網為若干條按照圓周向布置的環形窄條 毛細芯形成的稀疏芯網；所述環形窄條毛細芯為各向不同性:沿圓周向的毛細作用比較弱。
6.按照權利要求5所述的集熱裝置，其特征是所述稀疏芯網含有沿圓周方向布置的纖維少，沿環形窄條毛細芯軸心線方向布置的纖維多。
7.按照權利要求1或者3所述的集熱裝置，其特征是在太陽光曝射量700±50瓦/平方米、所述熱管冷端外側水溫40±5°C、集熱元件軸心線呈南北向傾斜布置并且其軸心線與入射陽光的夾角在90±20°范圍內條件下，稀疏芯網持有液態工質的質量<其最大液態工質持有量的25%。
8.按照權利要求1或者3所述的集熱裝置，其特征是:所述稀疏芯網最大液態工質持有量> 4毫升；在太陽光曝射量700±50瓦/平方米、所述熱管冷端外側水溫40±5°C、集熱元件軸心線呈南北向傾斜布置并且其軸心線與入射陽光的夾角在90±20°范圍內條件下，所述稀疏芯網持有液態工質的質量< 0.9暈升。
全文摘要
稀疏芯網加速一體式玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置，由全玻璃真空熱管集熱管、絕熱水箱或者聯集盒、尾盒支架組成，其特征是在熱管熱端內部含有一個由若干條寬度2至10毫米的細條毛細吸液芯組成的稀疏芯網。稀疏芯網加速插入式玻璃熱管啟動的太陽能真空集熱裝置，由插入式全玻璃真空熱管集熱管、絕熱水箱或者聯集盒、尾盒支架組成，其特征是在插入式玻璃熱管熱端內部含有一個由若干條寬度2至10毫米的細條毛細吸液芯組成的稀疏芯網。本發明有益效果太陽落山，熱管內工質被稀疏芯網抬高。相對于光管，熱管冬季啟動時間從140多分鐘縮短至20多分鐘。熱管工作時稀疏芯網不多吸持工質，工質充裝量不增加使空曬時熱管內部壓力保持低位。
文檔編號F24J2/28GK103245097SQ201310139288
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月22日 優先權日2013年4月22日
發明者施國樑 申請人:施侃超