專利名稱：異心套管相變太陽能集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種異心套管相變太陽能集熱器，屬于太陽能利用領(lǐng)域。
技術(shù)背景-
近IO年來中國經(jīng)濟快速發(fā)展，人民生活不斷提高，對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。由于我國石油儲量有限，目前將近50%的原油依靠 進(jìn)口，加之新一輪的石油危機，煤依然是我國主要的燃料動力來源，燃煤引起的環(huán)境問題已 成為我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的必須認(rèn)真對待的問題。我國政府近來十分關(guān)注能源資源和環(huán)境 問題，并積極采取對策，鼓勵開發(fā)可再生能源和節(jié)能技術(shù)，這是我國持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。 太陽能是一種巨大的對環(huán)境無污染的能源，地球每秒獲得的太陽能量相當(dāng)于燃燒500萬噸優(yōu) 質(zhì)煤發(fā)出的能量。利用太陽能可以建成溫室大棚、太陽房等節(jié)能建筑；太陽集熱器作為熱源 可代替?zhèn)鹘y(tǒng)鍋爐；使用太陽能熱水器和太陽灶等，可節(jié)約生活燃料；太陽能還可用來淡化水、 制冷、發(fā)電；太陽能電池在人造地球衛(wèi)星上已被成功使用，現(xiàn)在開始轉(zhuǎn)向地面應(yīng)用。綜合利 用太陽能的技術(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)報道，2008年 奧運會，以游泳池為主的大多數(shù)場館，80%將利用太陽能。
我國是世界上太陽能最豐富的國家之一，我國太陽能輻照總量大于502萬千焦平方米， 年日照時數(shù)2200小時的地區(qū)約占我國國土面積2/3以上，特別是西部地區(qū)，年日照時間達(dá) 3000小時以上。我國利用太陽能取得了舉世矚目的成績，其中太陽能熱水器行業(yè)發(fā)展尤其迅 速，正成為一個新興產(chǎn)業(yè)。截止2001年底，全國太陽能熱水器的廠家已經(jīng)超過1000家，用 戶達(dá)3000多萬人，總體實現(xiàn)產(chǎn)值60億元，上繳稅金2.5億元。2000年年底，我國太陽能熱 水器擁有量已達(dá)2600萬平方米，年替代常規(guī)能源400萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，生產(chǎn)量和使用量均居世 界第一。近幾年來，太陽能熱水器以每年遞增20%至30%的速度快速增長，每年增長500 萬平方米。到2015年，我國太陽能電池?fù)碛辛靠蛇_(dá)320兆瓦，家庭太陽能熱水器普及率可 達(dá)20-30%，擁有量3. 2億平方米。據(jù)不完全統(tǒng)計，如果全國有1億個家庭使用太陽能熱水器， 帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展后可新增產(chǎn)值數(shù)千億元。我國太陽能產(chǎn)業(yè)起步較晚，尚處于發(fā)展初期，與 國外同行差距較大，目前太陽能的應(yīng)用主要集中在低品質(zhì)太陽能利用方面，國內(nèi)使用的太陽 能熱水器主要有悶曬式太陽熱水器、平板太陽熱水器、玻璃真空管太陽熱水器和熱管玻璃 真空管太陽能熱水器等。近年來也有釆用塑料-水管的低端太陽能集熱器的。這些低端的、 以真空玻璃板/管直接走水的太陽能熱水器，其缺點是保溫性能差，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。即使目前國內(nèi)高檔的真空玻璃管-熱管太陽能熱水器，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)計原理和結(jié)構(gòu)上的缺陷，極大地限制了太陽能集熱器的使用環(huán)境和應(yīng)用領(lǐng)域。所以，提高 太陽能利用技術(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，將是國內(nèi)廣泛推廣應(yīng) 用太陽能熱水器，進(jìn)軍國際市場的的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種能夠?qū)⑻柲芪?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；拓展太陽能集熱器的使用和適用范
圍，在-40 。C的室外條件下不凍結(jié)，簡單可靠的異心套管相變太陽能集熱器。 本實用新型的目的是由以下方式實現(xiàn)的
本實用新型包括一套由兩根直徑不同的圓管相內(nèi)切固定的套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)套管的兩端焊接 密封，在套管的軸向穿過外套管的管壁在內(nèi)套管上相間隔地焊接金屬熱管，各金屬熱管與內(nèi) 套管形成連通的且與外界相隔離的結(jié)構(gòu)，在外套管上設(shè)進(jìn)水口和出水口，在金屬熱管與內(nèi)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。
本實用新型的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單可靠，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。由于特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，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 速度快，可靠性好，應(yīng)用成本低。


圖1是本實用新型的結(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是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意參考圖之二；
圖5是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意參考圖之三；
圖6是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意參考圖之四；
圖7是本實用新型加裝平板箱的結(jié)構(gòu)示意圖8是本實用新型加裝真空玻璃管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參照附圖l，本實用新型包括一套由兩根直徑不同的圓管相內(nèi)切固定的套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)套 管的兩端焊接密封，在套管的軸向穿過外套管的管壁在內(nèi)套管上相間隔地焊接金屬熱管，各 金屬熱管與內(nèi)套管形成連通的且與外界相隔離的結(jié)構(gòu)，在外套管上設(shè)進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水 口和出水口最好設(shè)在外套管的兩端，即在外套管的兩端端口上設(shè)螺紋，利用螺紋與進(jìn)水管路 和出水管路連接，在金屬熱管與內(nèi)套管形成的連通的結(jié)構(gòu)中裝有熱媒工作流體。套管結(jié)構(gòu)可 以采用如附圖2所示的結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)的特點是l)被加熱的水流經(jīng)外套管，2)熱媒工作流 體在內(nèi)套管的內(nèi)表面冷凝，冷凝液回流容易，3)內(nèi)套管端口密封，可靠性好，4)外套管 采用螺紋連接，便于安裝；也可以釆用如附圖3所示的在內(nèi)套管和外套管之間設(shè)肋片的套管 結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)的特點是-.l)增加肋片，強化冷水側(cè)的傳熱，2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)強度好，承壓能力 高；3)外套管端口可采用焊接密封。熱媒工作流體7可釆用在較低的環(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可釆用銅、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)計方面有三種最佳選擇(l)直管型金屬熱管3管頭與內(nèi)套管2連通， 尾端密封，如附圖1所示。其結(jié)構(gòu)特點每根熱管相對獨立，其中有一根熱管用于充裝熱媒 工作流體，可用于太陽能熱水器；(2) U-形管型如附圖4或附圖5所示，每兩根金屬熱管 為一組，所有熱管3的管頭與內(nèi)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1) 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l)頂部和底部完全相通，可根據(jù)熱流分布和加熱率自動調(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。
本實用新型的工作原理是在外套管中貯存或流過冷水，當(dāng)太陽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)，向上流到內(nèi)套管中冷凝放出熱量。同時外套管中流過的冷水通過與管 壁的對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)，實現(xiàn)蒸發(fā)-冷凝-蒸發(fā)的能量傳輸過程。
本實用新型的集熱器在應(yīng)用時，對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(l)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，并對外套管2采取單獨的 保溫措施10。適合于直管型集熱器。
本實用新型不僅可以用于外掛民用太陽能熱水器，還可以用于熱水工程，太陽能輔助空 調(diào)，太陽能采暖集熱器等，是太陽能回收裝置的突破。
實施例
1. 鋁合金-(丙酮+乙醇)/R22/R134/R114平板型太陽熱水器
結(jié)構(gòu)異心套管交換器+ 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/R22/R134/R114真空玻璃管太陽熱水器 結(jié)構(gòu)異心套管交換器+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-水平板型太陽熱水器
結(jié)構(gòu)異心套管交換器+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、一種異心套管相變太陽能集熱器，其特征是它包括一套由兩根直徑不同的圓管相內(nèi)切固定的套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)套管的兩端焊接密封，在套管的軸向穿過外套管的管壁在內(nèi)套管上相間隔地焊接金屬熱管，各金屬熱管與內(nèi)套管形成連通的且與外界相隔離的結(jié)構(gòu)，在外套管上設(shè)進(jìn)水口和出水口，在金屬熱管與內(nèi)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所述的異心套管相變太陽能集熱器，其特征是金屬熱管管頭與 內(nèi)套管連通，尾端密封。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異心套管相變太陽能集熱器，其特征是每兩根金屬熱管 為一組，所有熱管的管頭與內(nèi)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所述的異心套管相變太陽能集熱器，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1所述的異心套管相變太陽能集熱器，其特征是在內(nèi)套管和外套 管之間設(shè)肋片。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3、 4或5所述的異心套管相變太陽能集熱器，其特征是 在每根金屬熱管上都設(shè)有金屬翅片。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的異心套管相變太陽能集熱器，其特征是在金屬翅片外表 面噴涂選擇性涂料層。
專利摘要本實用新型涉及一種異心套管相變太陽能集熱器，其特征是它包括一套由兩根直徑不同的圓管相內(nèi)切固定的套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)套管的兩端焊接密封，在套管的軸向穿過外套管的管壁在內(nèi)套管上相間隔地焊接金屬熱管，各金屬熱管與內(nèi)套管形成連通的且與外界相隔離的結(jié)構(gòu)，在外套管上設(shè)進(jìn)水口和出水口，在金屬熱管與內(nèi)套管形成的連通的結(jié)構(gòu)中裝有熱媒工作流體。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單可靠，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。由于特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，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，啟動速度快，可靠性好，應(yīng)用成本低，可以用于外掛民用太陽能熱水器，還可以用于熱水工程，太陽能輔助空調(diào)，太陽能采暖集熱器等，是太陽能回收裝置的突破。
文檔編號F24J2/32GK201059808SQ20072014716
公開日2008年5月14日 申請日期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 申請人:包頭博瑞德高效熱能設(shè)備有限責(zé)任公司