專利名稱：同心套管相變太陽(yáng)能集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同心套管相變太陽(yáng)能集熱器，屬于太陽(yáng)能利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近IO年來(lái)中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活不斷提高，對(duì)能源的需求亦隨之遞增。 一次能 源消耗有煤、石油和天然氣等化石燃料。由于我國(guó)石油儲(chǔ)量有限，目前將近50%的原油依靠 進(jìn)口，加之新一輪的石油危機(jī)，煤依然是我國(guó)主要的燃料動(dòng)力來(lái)源，燃煤引起的環(huán)境問(wèn)題已 成為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的必須認(rèn)真對(duì)待的問(wèn)題。我國(guó)政府近來(lái)十分關(guān)注能源資源和環(huán)境 問(wèn)題，并積極采取對(duì)策，鼓勵(lì)開發(fā)可再生能源和節(jié)能技術(shù)，這是我國(guó)持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。 太陽(yáng)能是一種巨大的對(duì)環(huán)境無(wú)污染的能源，地球每秒獲得的太陽(yáng)能量相當(dāng)于燃燒500萬(wàn)噸優(yōu) 質(zhì)煤發(fā)出的能量。利用太陽(yáng)能可以建成溫室大棚、太陽(yáng)房等節(jié)能建筑；太陽(yáng)集熱器作為熱源 可代替?zhèn)鹘y(tǒng)鍋爐；使用太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)灶等，可節(jié)約生活燃料；太陽(yáng)能還可用來(lái)淡化水、 制冷、發(fā)電；太陽(yáng)能電池在人造地球衛(wèi)星上己被成功使用，現(xiàn)在開始轉(zhuǎn)向地面應(yīng)用。綜合利 用太陽(yáng)能的技術(shù)，是節(jié)能降耗、合理利用能源、保護(hù)環(huán)境的有效措施之一。據(jù)報(bào)道，2008年 奧運(yùn)會(huì)，以游泳池為主的大多數(shù)場(chǎng)館，80%將利用太陽(yáng)能。
我國(guó)是世界上太陽(yáng)能最豐富的國(guó)家之一，我國(guó)太陽(yáng)能輻照總量大于502萬(wàn)千焦平方米， 年日照時(shí)數(shù)2200小時(shí)的地區(qū)約占我國(guó)國(guó)土面積2/3以上，特別是西部地區(qū)，年日照時(shí)間達(dá) 3000小時(shí)以上。我國(guó)利用太陽(yáng)能取得了舉世矚目的成績(jī)，其中太陽(yáng)能熱水器行業(yè)發(fā)展尤其迅 速，正成為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。截止2001年底，全國(guó)太陽(yáng)能熱水器的廠家已經(jīng)超過(guò)1000家，用 戶達(dá)3000多萬(wàn)人，總體實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值60億元，上繳稅金2.5億元。2000年年底，我國(guó)太陽(yáng)能熱 水器擁有量己達(dá)2600萬(wàn)平方米，年替代常規(guī)能源400萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，生產(chǎn)量和使用量均居世 界第一。近幾年來(lái)，太陽(yáng)能熱水器以每年遞增20%至30%的速度快速增長(zhǎng)，每年增長(zhǎng)500 萬(wàn)平方米。到2015年，我國(guó)太陽(yáng)能電池?fù)碛辛靠蛇_(dá)320兆瓦，家庭太陽(yáng)能熱水器普及率可 達(dá)20-30%，擁有量3. 2億平方米。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，如果全國(guó)有1億個(gè)家庭使用太陽(yáng)能熱水器， 帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展后可新增產(chǎn)值數(shù)千億元。我國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)起步較晚，尚處于發(fā)展初期，與 國(guó)外同行差距較大，目前太陽(yáng)能的應(yīng)用主要集中在低品質(zhì)太陽(yáng)能利用方面，國(guó)內(nèi)使用的太陽(yáng) 能熱水器主要有悶曬式太陽(yáng)熱水器、平板太陽(yáng)熱水器、玻璃真空管太陽(yáng)熱水器和熱管玻璃 真空管太陽(yáng)能熱水器等。近年來(lái)也有采用塑料-水管的低端太陽(yáng)能集熱器的。這些低端的、 以真空玻璃板/管直接走水的太陽(yáng)能熱水器，其缺點(diǎn)是保溫性能差，接口多易漏水，抵抗低 溫能力差，易碎易爆裂，體積大，重量重，熱效率較低。即使目前國(guó)內(nèi)高檔的真空玻璃管-熱管太陽(yáng)能熱水器，其整體的熱效率也不高，制造成本較高，性能不穩(wěn)定。由于現(xiàn)有集熱器 設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)上的缺陷，極大地限制了太陽(yáng)能集熱器的使用環(huán)境和應(yīng)用領(lǐng)域。所以，提高 太陽(yáng)能利用技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本，提高使用地區(qū)的適應(yīng)性，將是國(guó)內(nèi)廣泛推廣應(yīng) 用太陽(yáng)能熱水器，進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)的的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)⑻?yáng)能吸收-轉(zhuǎn)換-傳輸-釋放-傳遞一體化，提高整體熱 回收效率；減輕重量，降低成本，提高使用壽命長(zhǎng)；拓展太陽(yáng)能集熱器的使用和適用范圍，在-40 T的室外條件下不凍結(jié)，簡(jiǎn)單可靠的同心套管相變太陽(yáng)能集熱器。 本發(fā)明的目的是由以下方式實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明是在一根橫的外套管上相間隔地焊接金屬熱管，各金屬熱管與外套管形成連通的 且與外界相隔離的結(jié)構(gòu)，在外套管中插有一根與外套管同心的金屬內(nèi)管，外套管的兩端與金 屬內(nèi)管的管壁焊接密封，且外套管與金屬內(nèi)管之間留有空間，金屬內(nèi)管的兩端封閉或在兩端 設(shè)進(jìn)水口和出水口，在金屬熱管與外套管形成的連通的結(jié)構(gòu)中裝有熱媒工作流體。
為了提高金屬熱管的吸熱效率，在每根金屬熱管上都設(shè)有金屬翅片；
在金屬翅片外表面噴涂選擇性涂料層。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，重量輕，承受壓力高，選擇性吸收率高，材料成本低， 使用壽命長(zhǎng)。由于特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該產(chǎn)品不僅低溫性能好，而且防凍性能優(yōu)良，可以抵抗 一40'C的低溫。除此而外，該產(chǎn)品集吸熱-傳輸-放熱于一體，整體熱效率極高，啟動(dòng)速度快， 可靠性好，應(yīng)用成本低。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意參考圖之一；
圖2是圖1的側(cè)視參考圖之一；
圖3是圖1的側(cè)視參考圖之二；
圖4是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意參考圖之二；
圖5是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意參考圖之三；
圖6是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意參考圖之四；
圖7是本發(fā)明加裝平板箱的結(jié)構(gòu)示意圖8是本發(fā)明加裝真空玻璃管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖1，本發(fā)明是在一根橫的外套管2上相間隔地焊接金屬熱管3，各金屬熱管3 與外套管2形成連通的且與外界相隔離的結(jié)構(gòu)，在外套管2中插有一根與外套管同心的金屬 內(nèi)管l，外套管2的兩端與金屬內(nèi)管1的管壁焊接密封，且外套管2與金屬內(nèi)管1之間留有 空間8，金屬內(nèi)管1的兩端封閉或在兩端設(shè)進(jìn)水口 5和出水口 6，當(dāng)金屬內(nèi)管1的兩端封閉 時(shí)，進(jìn)水口5和出水口6設(shè)在金屬內(nèi)管1的其它部位，在金屬熱管3與外套管2形成的連通 的結(jié)構(gòu)中裝有熱媒工作流體7。金屬熱管3可以采用如附圖2所示的直管，也可以采用如附 圖3所示的頸部帶有彎角的管子。熱媒工作流體7可采用在較低的環(huán)境溫度下具有良好的吸 熱性能的液體，如制冷劑、水等，熱媒工作流體7在真空狀態(tài)下充入。為了提高金屬熱管 3的吸熱效率，在每根金屬熱管上都應(yīng)設(shè)有金屬翅片4，在金屬翅片4外表面噴涂選擇性涂 料層。金屬翅片4可采用銅、鋁合金、鋼等金屬材料制作，金屬熱管3最好采用銅管。金屬 熱管3在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有三種最佳選擇(1)直管型金屬熱管3管頭與外套管2連通，尾
端密封，如附圖1所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)每根熱管相對(duì)獨(dú)立，其中有一根熱管用于充裝熱媒工 作流體，可用于太陽(yáng)能熱水器；(2) U-形管型如附圖4或附圖5所示，每?jī)筛饘贌峁転?br> 一組，所有熱管3的管頭與外套管2連通，每組熱管3的尾端呈U-型連通，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)l) 避免管端的封口和焊接；2)結(jié)構(gòu)更可靠，成本更低；3) U-型管底部相通，可調(diào)整平衡工作流體分布；(3)連通管型如附圖6所示，所有熱管3底部連通，形成熱管間完全相通的多 管熱管結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)l)頂部和底部完全相通，可根據(jù)熱流分布和加熱率自動(dòng)調(diào)整平衡 工作流體分布；2)安裝方式多樣化，3)整體結(jié)構(gòu)好；4 )熱傳輸量高。
本發(fā)明的工作原理是在金屬內(nèi)管中貯存或流過(guò)冷水，當(dāng)太陽(yáng)光照射到金屬熱管或選擇 性涂層上，被吸收的輻射能量轉(zhuǎn)換成熱能通過(guò)翅片傳導(dǎo)到金屬熱管內(nèi)部的熱媒工作流體，流 體吸收熱量而蒸發(fā)，向上流到外套管中冷凝放出熱量。同時(shí)金屬內(nèi)管中流過(guò)的冷水通過(guò)與管 壁的對(duì)流吸收熱媒工作流體釋放出的熱量變成熱水。冷凝后的熱媒工作流體在重力的作用 下，流回翅片金屬熱管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)-冷凝-蒸發(fā)的能量傳輸過(guò)程。
本發(fā)明的集熱器在應(yīng)用時(shí)，對(duì)外套管及金屬熱管采取保溫措施，以提高集熱器的熱效率。 保溫措施推薦使用以下兩種(1)平板箱型如附圖7所示，采用玻璃或合成透光板制成平 板箱9，將集熱器安裝在箱體內(nèi)。適合于U-形管型和連通管型集熱器；(2)真空玻璃管型 如附圖8所示，在每根金屬熱管3外套一根真空玻璃管11，并對(duì)外套管2釆取單獨(dú)的保溫措 施10。適合于直管型集熱器。
本發(fā)明不僅可以用于外掛民用太陽(yáng)能熱水器，還可以用于熱水工程，太陽(yáng)能輔助空調(diào)， 太陽(yáng)能釆暖集熱器等，是太陽(yáng)能回收裝置的突破。
實(shí)施例
1. 鋁合金-(丙酮+乙醇)/R22/R134/R114平板型太陽(yáng)熱水器
結(jié)構(gòu)同心套管交換器+ U-形翅片熱管集熱器焊接而成；
材料AL5051;
工作流體丙酮/乙醇/R22/R134/R114 使用溫度-40 °C 180 °C。
2. 銅-水/丙酮/甲醇/乙醇ZR22/R134/R114真空玻璃管太陽(yáng)熱水器 結(jié)構(gòu)同心套管交換器+直管型翅片熱管集熱器
材料交換器C1100，翅片AL6061;
工作流體水/甲醇
使用溫度-40 °C 200 。C。
3. 鋼-水平板型太陽(yáng)熱水器
結(jié)構(gòu)同心套管交換器+直管型+翅片熱管集熱器 材料交換器鋼，翅片AL6061; 工作流體水/除氣劑 使用溫度-40 °C 200 。C。
權(quán)利要求
1、一種同心套管相變太陽(yáng)能集熱器，其特征是在一根橫的外套管上相間隔地焊接金屬熱管，各金屬熱管與外套管形成連通的且與外界相隔離的結(jié)構(gòu)，在外套管中插有一根與外套管同心的金屬內(nèi)管，外套管的兩端與金屬內(nèi)管的管壁焊接密封，且外套管與金屬內(nèi)管之間留有空間，金屬內(nèi)管的兩端封閉或在兩端設(shè)進(jìn)水口和出水口，在金屬熱管與外套管形成的連通的結(jié)構(gòu)中裝有熱媒工作流體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同心套管相變太陽(yáng)能集熱器，其特征是金屬熱管管頭與 外套管連通，尾端密封。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同心套管相變太陽(yáng)能集熱器，其特征是每?jī)筛饘贌峁転橐唤M，所有熱管的管頭與外套管連通，每組熱管的尾端呈u-型連通。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同心套管相變太陽(yáng)能集熱器，其特征是所有熱管底部連 通，形成熱管間完全相通的多管熱管結(jié)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的同心套管相變太陽(yáng)能集熱器，其特征是在每 根金屬熱管上都設(shè)有金屬翅片。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的同心套管相變太陽(yáng)能集熱器，其特征是在金屬翅片外表 面噴涂選擇性涂料層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同心套管相變太陽(yáng)能集熱器，其特征是在一根橫的外套管上相間隔地焊接金屬熱管，各金屬熱管與外套管形成連通的且與外界相隔離的結(jié)構(gòu)，在外套管中插有一根與外套管同心的金屬內(nèi)管，外套管的兩端與金屬內(nèi)管的管壁焊接密封，且外套管與金屬內(nèi)管之間留有空間，金屬內(nèi)管的兩端封閉或在兩端設(shè)進(jìn)水口和出水口，在金屬熱管與外套管形成的連通的結(jié)構(gòu)中裝有熱媒工作流體。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，重量輕，承受壓力高，選擇性吸收率高，材料成本低，使用壽命長(zhǎng)。由于特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該產(chǎn)品不僅低溫性能好，而且防凍性能優(yōu)良，可以抵抗-40℃的低溫。除此而外，該產(chǎn)品集吸熱-傳輸-放熱于一體，整體熱效率極高，啟動(dòng)速度快，可靠性好，應(yīng)用成本低，可以用于外掛民用太陽(yáng)能熱水器，還可以用于熱水工程，太陽(yáng)能輔助空調(diào)，太陽(yáng)能采暖集熱器等，是太陽(yáng)能回收裝置的突破。
文檔編號(hào)F24J2/32GK101290170SQ200710102718
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者王亞雄 申請(qǐng)人:包頭博瑞德高效熱能設(shè)備有限責(zé)任公司