一種空氣真空管太陽能集熱器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種空氣真空管太陽能集熱器，包括玻璃真空管，其特征在于，所述玻璃真空管內部中心處設有多孔介質柱，多孔介質柱的外部包裹有半透明骨架多孔介質；玻璃真空管的開口處由密封圈密封住，密封圈上設有空氣導入管和空氣導出管。與現有技術相比，本發明實現空氣的等溫差換熱，傳熱效果好。固體骨架與空氣的對流換熱系數高，是圓管換熱系數的成百上千倍。裝置的整體熱轉換效率高。本發明沒有太陽能涂層，系統的可靠性好。
【專利說明】
一種空氣真空管太陽能集熱器
技術領域
[0001]本發明屬于熱能利用技術領域，特別涉及一種空氣真空管太陽能集熱器。
【背景技術】
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[0002]隨著綠色建筑、建筑節能的不斷普及，太陽能集熱器的開發與利用越來越受到重視。氣體真空管集熱器利用太陽能加熱空氣(如圖1所示)，用于采暖、干燥和化工過程等。由于太陽光能流密度比較低，在實際應用，常見若干根真空管集熱器串聯或并聯起來，加熱空氣達到額定狀態。
[0003]氣體真空管集熱器利用太陽能加熱空氣用于采暖和干燥。目前常見的氣體真空管集熱器采用內插管結構方式，空氣從內插管中流入真空管，從玻璃真空管與內插管縫隙中流出，吸收內插管管壁熱量和內層玻璃管壁熱量，溫度升高，最后流出真空玻璃管。
[0004]由于空氣是氣體，與管壁的對流換熱強度比較低，導致空氣與內插管和玻璃管的對流換熱性能比較差，系統的熱效率比較低。同時由于空氣對真空玻璃的對流換熱性能比較差，玻璃管的溫度比較高，玻璃管上的太陽光涂層容易老化失效，影響集熱器的使用壽命O
[0005]本發明從太陽能高效吸收與空氣強化對流換熱角度，提出一種填充半透明骨架多孔介質的空氣真空管太陽能集熱器裝置。其一、該裝置空氣與太陽能吸熱面的對流換熱性能高，熱效率高;其二、吸熱面不需要太陽光涂層，系統使用壽命長，成本也相對低廉。
[0006]申請號為20的專利公開了一種全玻璃管殼式太陽能真空管集熱器，它包括外玻璃管、吸熱玻璃管和內玻璃管三層結構，其特征在于:吸熱管玻璃和內玻璃管之間的管殼腔體構成熱工介質的受熱腔，熱工介質在玻璃管殼腔體中受熱循環，同時玻璃管殼腔體也是熱工介質的流入通道和流出通道，在吸熱玻璃管的右端設有至少兩個開孔;在內玻璃管的右端口安裝有一個硅膠塞。
[0007]申請號為20的專利公開了一種高效聚光及被動防護的真空管集熱器，包括聯集管、多個真空管和尾托架，每一個真空管兩端設置有環形導軌，該環形導軌固定于聯集管及尾托架上，在真空管外設置有聚光槽，該聚光槽兩端通過斜齒輪和轉輪分別與環形導軌相連接，使得聚光槽繞真空管軸心線轉動，在斜齒輪上還有相嚙合的螺桿。聚光槽可對斜入射的太陽光進行有效收集，不需要隨時跟蹤太陽位置就可以達到較高的聚光比。
[0008]但是現有的真空管集熱器專利思路主要集中在流體的流動與吸熱方式和聚光器的設計方面，缺乏針對氣體對流換熱系數比較低而提出高效傳熱方式的發明。本發明提出一種通過提高吸熱面太陽光吸收效率和優化空氣流動從而提高整個集熱器效率的填充半透明骨架多孔介質的空氣真空管太陽能集熱器方案。
[0009]吸熱面的太陽能吸收過程和空氣對流吸熱過程是兩個既相對獨立又存在內部關聯的過程。如何優化吸熱面太陽能吸收和空氣與吸熱面對流換熱兩個過程，并進行最佳匹配，是提高空氣真空管集熱器熱效率的關鍵。目前的空氣真空管集熱器的設計方案對這兩個的過程的針對性分析設計不足，導致空氣真空管集熱器存在明顯的不足:
[0010]I)目前真空集熱器的太陽能吸收主要由玻璃真空套管的內管外表面涂層或吸熱翅片上的太陽光涂層完成。涂層吸熱是一種表面式吸收過程，太陽能量集中在涂層上，容易引起涂層高溫老化，影響集熱器使用壽命。
[0011]2)空氣真空管集熱器主要是內插管結構，空氣由內插管進入真空管，與玻璃真空管對流換熱、吸熱升溫，最后流出玻璃真空管。由于空氣與內插管管壁或玻璃真空管壁的對流換熱性能比較弱，導致系統的熱效率比較低。
[0012]針對空氣真空管集熱器熱效率不高、太陽光吸熱涂層由于溫度高而老化快的不足，本發明提出填充半透明骨架多孔介質的空氣真空管太陽能集熱器。該集熱器熱效率高，使用壽命長，具有很好的推廣和工程應用價值。
[0013]技術方案:
[0014]為解決當前太陽能集熱器存在的問題，本發明公開了一種空氣真空管太陽能集熱器。
[0015]本發明是采用以下技術方案實現的:
[0016]—種空氣真空管太陽能集熱器，包括玻璃真空管，所述玻璃真空管內部中心處設有多孔介質柱，多孔介質柱的外部包裹有半透明骨架多孔介質；玻璃真空管的開口處由密封圈密封住，密封圈上設有空氣導入管和空氣導出管。
[0017]進一步的改進，所述玻璃真空管一端封閉，另一端的開口由密封圈密封住;空氣導入管位于密封圈的邊緣，空氣導出管位于密封圈中心處，空氣導出管插入多孔介質柱;空氣導出管位于多孔介質柱內部的部分上均勻布有氣孔;玻璃真空管內設有支撐片，支撐片固定住空氣導出管。
[0018]進一步的改進，所述空氣導出管為不銹鋼管、紫銅管或鋁管。進一步的改進，所述氣孔孔徑為I?3mm，氣孔在空氣導出管上成圈分布，每圈4?6個，沿管軸方向布置20?30圈。
[0019]進一步的改進，所述玻璃真空管的兩端都由密封圈密封住;其中一端的密封圈上設有空氣導入管，另一端的密封圈上設有空氣導出管。
[0020]進一步的改進，所述多孔介質柱為泡沫鋁多孔介質柱或碳化硅泡沫多孔介質柱；所述半透明骨架多孔介質為石英玻璃或硼玻璃。
[0021 ]與現有技術相比，本發明具有熱效率高，可靠性好兩個優點:
[0022]I)穿透玻璃真空管的太陽光依次穿過半透明骨架多孔介質和一般多孔介質，由于半透明骨架多孔介質對太陽光吸收系數小，一般多孔介質的對太陽光的吸收系數大，所有大部分太陽光被一般多孔介質吸收，一般多孔介質的溫度較外側的半透明骨架多孔介質溫度高，即沿著空氣流動方向，吸熱壁面的溫度逐漸升高，實現空氣的等溫差換熱，傳熱效果好。另一方面，多孔介質比表面面積大，對空氣的擾動作用強，固體骨架與空氣的對流換熱系數高，是圓管換熱系數的成百上千倍。裝置的整體熱轉換效率高。
[0023]2)本發明沒有太陽能涂層，多孔介質材料的力學和熱學性能好，系統的可靠性好。
【附圖說明】
[0024]圖1為內插管式真空管集熱器結構示意圖；
[0025]圖2為實施例1的不意圖；
[0026]圖3為圖2中的A-A截面圖；
[0027]圖4為實施例2的示意圖。
【具體實施方式】
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[0028]以下通過實施例詳細說明或描述本發明，而不是對本發明進行限制。
[0029]實施例1:
[0030]如圖2和圖3所示的(圖中虛線箭頭表示空氣流通方向)，一種空氣真空管太陽能集熱器，包括玻璃真空管I，所述玻璃真空管I內部中心處設有多孔介質柱3，多孔介質柱3的外部包裹有半透明骨架多孔介質4。所述玻璃真空管I一端封閉，另一端的開口由密封圈2密封住；空氣導入管5位于密封圈2的邊緣，空氣導出管6位于密封圈2中心處，空氣導出管6插入多孔介質柱5;空氣導出管6位于多孔介質柱5內部的部分上均勾布有氣孔8;玻璃真空管內設有支撐片7，支撐片7固定住空氣導出管6。空氣導出管6為不銹鋼管、紫銅管或鋁管。所述氣孔8孔徑為I?3mm，氣孔8在空氣導出管6上成圈分布，每圈4?6個，沿管軸方向布置20?30圈。所述多孔介質柱3為泡沫鋁多孔介質柱或碳化硅泡沫多孔介質柱;所述半透明骨架多孔介質4為石英玻璃或硼玻璃。
[0031]集熱器工作時，入射太陽光穿過玻璃真空管I，進入內層玻璃管腔體向管軸方向傳播，當太陽光穿過半透明骨架多孔介質4時，部分太陽光被吸收，剩余的太陽光繼續向前傳播，當太陽光穿過多孔介質柱3時，全部被吸收。由于半透明骨架多孔介質4的太陽光吸收系數比較小，而多孔介質柱3的太陽光吸收系數比較大，所以大部分太陽光被真空管中心區域的多孔介質柱3吸收，多孔介質柱3的溫度高，外緣的半透明骨架多孔介質4溫度較多孔介質柱3的低。
[0032]另一方面，低溫空氣從空氣導入管5進入真空管的腔體，首先與玻璃真空管I的內管壁對流換熱，預熱升溫。然后在壓差作用，沿著管徑方向依次穿過半透明骨架多孔介質4和多孔介質柱3，吸熱升溫，隨后穿過空氣導出管6上的氣孔8匯聚在空氣導出管6內，最后從空氣導出管6出口流出。
[0033]本實施例集熱器的太陽光傳輸吸收方向與空氣的流動吸熱方向一致，可實現等溫差換熱，傳熱效果最好，熱效率最高。
[0034]實施例2:
[0035]如圖4所示的(圖中虛線箭頭表示空氣流通方向)，一種空氣真空管太陽能集熱器，包括玻璃真空管I，所述玻璃真空管I內部中心處設有多孔介質柱3，多孔介質柱3的外部包裹有半透明骨架多孔介質4。所述玻璃真空管I的兩端都由密封圈2密封住;其中一端的密封圈2上設有空氣導入管5，另一端的密封圈2上設有空氣導出管6。所述多孔介質柱3為泡沫鋁多孔介質柱或碳化硅泡沫多孔介質柱;所述半透明骨架多孔介質4為石英玻璃或硼玻璃。
[0036]本實施例的結構可以實現太陽光的梯度吸收，但是無法實現沿空氣流動方向吸熱壁面的溫度逐漸升高，實現等溫差換熱，影響系統的熱效率。
【主權項】
1.一種空氣真空管太陽能集熱器，包括玻璃真空管，其特征在于，所述玻璃真空管內部中心處設有多孔介質柱，多孔介質柱的外部包裹有半透明骨架多孔介質；玻璃真空管的開口處由密封圈密封住，密封圈上設有空氣導入管和空氣導出管。2.如權利要求1所述的一種空氣真空管太陽能集熱器，其特征在于，所述玻璃真空管一端封閉，另一端的開口由密封圈密封住;空氣導入管位于密封圈的邊緣，空氣導出管位于密封圈中心處，空氣導出管插入多孔介質柱;空氣導出管位于多孔介質柱內部的部分上均勻布有氣孔;玻璃真空管內設有支撐片，支撐片固定住空氣導出管。3.如權利要求2所述的一種空氣真空管太陽能集熱器，其特征在于，所述空氣導出管為不銹鋼管、紫銅管或鋁管。4.如權利要求2所述的一種空氣真空管太陽能集熱器，其特征在于，所述氣孔孔徑為I?3mm，氣孔在空氣導出管上成圈分布，每圈4?6個，沿管軸方向布置20?30圈。5.如權利要求1所述的一種空氣真空管太陽能集熱器，其特征在于，所述玻璃真空管的兩端都由密封圈密封住;其中一端的密封圈上設有空氣導入管，另一端的密封圈上設有空氣導出管。6.如權利要求1-5所述的一種空氣真空管太陽能集熱器，其特征在于，所述多孔介質柱為泡沫鋁多孔介質柱或碳化硅泡沫多孔介質柱;所述半透明骨架多孔介質為石英玻璃或硼玻璃。
【文檔編號】F24J2/05GK106091415SQ201610633557
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月4日 公開號201610633557.8, CN 106091415 A, CN 106091415A, CN 201610633557, CN-A-106091415, CN106091415 A, CN106091415A, CN201610633557, CN201610633557.8
【發明人】戴貴龍, 葉靖, 張慈枝, 方永林, 杜曉瑞
【申請人】福建工程學院