專利名稱：減壓空曬保護翅板熱管真空太陽能集熱裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及減壓空曬保護翅板熱管真空太陽能集熱裝置。
背景技術：
真空集熱管在其罩玻璃管與內玻璃管之間設置真空隔熱層，可制造冬季也能提供生活熱水的真空太陽能熱水器。用熱管真空集熱管制造的太陽能熱水器更具有管內無水能效比高、符合衛(wèi)生飲用水標準、單管損壞照樣工作等優(yōu)點。因此。管內無水的太陽能真空熱管熱水器將有可能占領越來越多的市場份額。米用一體式玻璃熱管具有可以與罩玻璃管融封、玻璃熱管表面可以直接制作吸收膜傳熱環(huán)節(jié)少、可采用熱物理性能極佳的水作工質等優(yōu)點。但空曬時，集熱元件熱管內部溫度可達230°C，這個溫度對應的飽和水蒸汽壓為28.53個大氣壓，對應的工質充裝量與熱管容積之比即工質容積比為1.1%，即每I升容積有11暈升水。通過減少工質充裝量可以降低空曬時熱管內部的壓力，以水工質為例:當工質充裝量/熱管容積率從5暈升/1000暈升時的0.5%降低至2暈升/1000暈升時的0.2%,相應地其最高飽和蒸汽壓從180°C的約10個大氣壓降低至140°C的約3.7個大氣壓，并且熱管內部從140°C約3.7個大氣壓的最高蒸汽壓繼續(xù)升溫至180°C時內部壓力僅有4個大氣壓左右。但有時工質充裝量不能僅僅以空曬時的內部壓力來決定。對于一支工質充裝量/熱管容積率為0.2%、內部容積1000毫升、長度2000毫米的熱管，如果為了使空曬230°C時內部壓力不超過4個大氣壓，則工質充裝量約1.8毫升。問題是所述熱管即使為光管結構，在傾斜約45度工作時，冷端的冷凝水、熱端的流動水加上85°C水蒸汽的水量0.353毫升之和會遠超過1.8毫升。為了滿足熱管正常工作而使工質充裝量/熱管容積率大于0.2%甚至0.3%，并確保玻璃熱管不因為空曬而炸管，必須采取空曬保護措施。中國發(fā)明專利2009101951003抗空曬全玻璃真空熱管集熱元件，披露了一種空曬保護全玻璃真空熱管集熱元件，由在真空集熱元件吸收體和罩玻管之間設置可控傳熱通道構成，可控傳熱通道由活動傳熱件和驅動件組成，其特征在于含有與真空集熱元件吸收體低熱阻連接的熱力換能驅動件。由于這項專利不是專門針對重力熱管集熱元件的，因而針對性不強；其采用的雙金屬片熱力換能驅動件本來產品的一致性就不好，在多次受熱變形后恢復原狀的能力又會降低，其所承擔的控制系統相關的工作點設定、控制變量輸入、t匕較、換能和能量供給以及執(zhí)行功能因為精度受到影響而遠不能正常有效工作到集熱元件可能的20年設計壽命。圖2給出一支傾斜安置的光管結構重力熱管結構示意圖。圖2中，熱 管I由管殼和內部工質制成。其工作原理為:熱能從下方的熱端即并排向里的箭頭標示處輸入，使熱管I內部底端處的工質受熱汽化，蒸汽在壓差的作用下，向上行進到熱管冷端即箭頭并排向外標示處放出熱能供應給負荷并冷凝成液體在重力作用下回流至下面的冷端，在熱端工質再次受熱汽化……，由此不斷循環(huán)實現兩相流換熱循環(huán)。熱管具有優(yōu)異的傳熱能力、熱流密度變換能力和等溫特性。如果熱管I熱端輸入100瓦，則其冷端輸出最高可以達到97瓦甚至更高。如果試圖對圖2的熱管I僅僅從下面輸入熱能，而不取走熱能，則熱管I內部蒸汽壓會急劇上升。如果熱管I采用水作為工質并且足夠多，則在熱管I溫度達到230°C時，內部最高壓力可達28.53個大氣壓。如果試圖對圖2的熱管I從上到下全面加熱并從下面略高于熱管I底端的地方譬如從底端開始的占整個熱管I長度3%的一段取出熱能，即僅僅令底端往前占熱管I總長度3%的部位同時作為重疊冷端，則熱管I內部的蒸汽壓會降到與下面冷端的溫度相對應的飽和蒸汽壓。譬如用水作為工質時，保持熱管I下面重疊冷端的溫度100°C，則即使上面其他部分加熱到230°C，因為熱管I內部的液態(tài)工質都集聚于所述重疊冷端，除所述重疊冷端之外上面的熱管I熱端由于沒有工質補充整個干涸，兩相流傳熱機制不復存在。熱管I內部的蒸汽壓力也只有約I個大氣壓。重疊冷端的一個例子是熱管管壁帶有吸收膜，吸收太陽光作為熱能輸入，同時用傳熱器件低熱阻連接所述熱管管壁并將熱能轉移。這種令熱管I傾斜布置、熱能從熱管I上面輸入而只用下面一小段作為重疊冷端的設計在其他場合或許沒有什么意義，但用于太陽能集熱元件的空曬保護，因為只需要極小一部分散熱功率——這部分散熱功率用于確?？諘癜l(fā)生時，空曬保護裝置開始起作用的初期熱管內部蒸汽壓的最高值不超過設定值；這部分散熱功率還要大于所述重疊冷端作為熱端的熱能輸入功率——因而具有散熱器件體積緊湊、性能可靠、散熱功率小、對真空隔熱層的放氣少、對吸收體的遮擋影響小以及可利用集熱元件尾端作為散熱界面的優(yōu)點?？梢钥吹?，重疊冷端的面積越小、所述空曬保護器件所需要的散熱功率也越小、越有利。實際的集熱元件需要尾盒之類的器件進行安置。尾盒會遮蓋集熱元件的尾端。被尾盒遮蓋的部分都不屬于重 疊冷端。之所以還會用到重疊冷端，是因為有些集熱元件空曬保護裝置比較適合安裝于真空隔熱層的筒形段或者，集熱元件罩玻璃管帶有縮頸段并且是采用在縮頸段形成后裝配內玻璃管，然后再對罩玻璃管圓封拉尾管簡稱后拉尾管的工藝。后拉尾管工藝形成的圓封端如果不適合用于散熱，就需要利用從所述圓封端往上的罩玻璃管筒形段進行散熱。與所述筒形段相對應的熱管或者內玻璃管尾端部分屬于重疊冷端。中國912050845實用新型電飯煲用自動磁性溫控開關，介紹了一種利用熱磁力換能元件工作原理。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是要提供減壓空曬保護翅板熱管真空太陽能集熱裝置。本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案:用減壓空曬保護翅板熱管真空集熱元件、絕熱水箱、尾盒、支架和輔件，組成一臺減壓空曬保護翅板熱管真空太陽能集熱裝置。減壓空曬保護翅板熱管真空集熱元件用翅板熱管真空集熱元件和置于所述集熱元件尾端真空隔熱層內的空曬保護器制成。翅板熱管真空集熱元件由罩玻璃管和套裝有翅板的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；翅板表面制作有吸收膜。所述集熱元件垂直或者傾斜安裝，所述熱管依靠重力工作。所述空曬保護器由一個與所述熱管熱端傳熱連接的熱力驅動器件、與熱力驅動器件傳動連接或者與熱力驅動器件一體制造的傳熱直筒組成，所述空曬保護器具有兩種穩(wěn)定狀態(tài):傳熱直筒伸出傳熱連接罩玻璃管尾端時的開啟導熱狀態(tài)；傳熱直筒縮回不傳熱連接罩玻璃管尾端時的關閉絕熱狀態(tài)。所述熱力驅動器件包括熱敏永磁鋼驅動器件、雙金屬片驅動器件、記憶合金驅動器件、膜盒驅動器件之一。傳熱直筒與熱管熱端底端處采用一維移動副結構低熱阻連接；或者傳熱直筒與一個熱匯采用一維移動副結構低熱阻連接，所述熱匯與熱管熱端底端處低熱阻連接。傳熱直筒可沿集熱元件軸心線方向作前后移動。傳熱直筒的外端部形狀與罩玻璃管尾端內表面相吻合。尾盒遮蓋所述集熱元件尾部。還可以令所述罩玻璃管尾端內表面低熱阻連接一個散熱貼片；散熱貼片與傳熱直筒的傳熱狀態(tài)根據熱力驅動器件的狀態(tài)改變而改變。尾盒遮蓋所述集熱元件尾部。還可以令傳熱直筒含有一段擴徑段，擴徑段的外端部的形狀與罩玻璃管尾端內表面的相吻合。還可以令所述熱力驅動器件為由一塊熱敏永磁鋼和一塊軟鐵構成的熱敏永磁鋼驅動器件。熱敏永磁鋼通過一塊熱導與熱管熱端低熱阻連接。軟鐵受約束可沿集熱元件軸心線方向作前后移動并通過傳動鋼絲與傳熱直筒傳動連接。還可以令所述集熱元件尾端為自集熱元件尾端底部外表面起往前不超過集熱元件總長度6%的部分。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明減壓空曬保護翅板熱管真空集熱元件采用在熱管底端處散熱來收集液態(tài)工質于熱管熱端底端處、阻斷熱管內部兩相流換熱的空曬保護設計，散熱功率可以大大減小。舉例:一支輸出70瓦的集熱元件，工質充裝量3毫升。采用在熱管熱端表面均布可控傳熱通道散熱來防止熱管空曬蠕變失效的技術方案，可控傳熱通道的散熱功率為40瓦，熱管內部溫度還有150°C以上，相應的水蒸汽壓力仍可達5個大氣壓，超出外徑30毫米壁厚1.6毫米玻璃管的耐壓能力。本發(fā)明對于同樣輸出70瓦的集熱元件，減壓空曬保護傳熱通道只需10瓦散熱功率，就可以在空曬發(fā)生時以0.25毫升/分鐘的速率來吸收熱管內部的水。空曬 開始約6分鐘后，其時雖然熱管表面的溫度從空曬保護開始時的95°C升高至約115°C，但熱管熱端內部除底端處都已經干涸、蒸汽壓已經小于1.5個大氣壓，即熱管已經受到保護處于安全狀態(tài)。節(jié)省30瓦的散熱功率令成本有較大削減，減少傳熱通道對真空隔熱層的放氣75%、并且可罪性大幅度提聞。關鍵是能有效解決玻璃熱管的空曬保護問題。本發(fā)明采用一個小功率空曬保護器就可保證熱管內部水蒸汽壓力始終不超過2個大氣壓，并且完全不影響集熱元件的正常工作。傳熱直筒傳熱面積大、剛性強、利用集熱元件底端構建傳熱通道對集熱元件的吸收資源占用少。采用帶有擴徑段的傳熱直筒，為直徑較細的翅板熱管與直徑較粗的罩玻璃管之間的充分傳熱提供了一個合適的解決方案。熱敏永磁鋼驅動器件一致性好、重復性好、控制精度高、使用壽命長、性能令人滿
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下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是一臺減壓空曬保護翅板熱管真空太陽能集熱裝置復合結構示意圖。
圖2是一支傾斜安置的光管結構重力熱管結構示意圖。圖中1.熱管；2.罩玻璃管；3.翅板；4.內玻璃管；5.傳熱直筒；6.熱敏永磁鋼；7.軟鐵；8.熱導；9.傳動鋼絲；10.彈黃；11.擴徑段；12.外端部；13.絕熱水箱；14.尾盒。
具體實施例方式圖1給出本發(fā)明一個實施例。圖1中，用減壓空曬保護翅板熱管真空集熱元件、絕熱水箱13和尾盒14，組成一臺減壓空曬保護翅板熱管真空太陽能集熱裝置。減壓空曬保護翅板熱管真空集熱元件在一支翅板熱管真空集熱元件罩玻璃管2尾端與熱管I尾端之間的真空隔熱層內，設置一個嵌入式直筒熱管真空集熱元件減壓空曬保護器組成。翅板熱管真空集熱元件由罩玻璃管2和套裝有翅板3的內玻璃管4同心嵌套布置封接制成；內玻璃管4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；翅板3表面制作有吸收膜?？諘癖Ｗo器由熱敏永磁鋼驅動器件和傳熱直筒5組成。熱敏永磁鋼驅動器件包括一塊熱敏永磁鋼6和一塊軟鐵7 ;熱敏永磁鋼6通過熱導8與熱管I熱端低熱阻連接。需要時，在熱敏永磁鋼6上面設置遮光板防止太陽光直射在處于真空隔熱層中的熱敏永磁鋼6使其誤動作。熱導解決了熱敏永磁鋼6與熱管I之間接觸傳熱熱阻大的問題。軟鐵7受約束可沿集熱元件軸心線方向作前后移動并通過傳動鋼絲9與傳熱直筒5傳動連接，軟鐵7受彈簧10推力作用被推離永磁鋼6或者具有被推離永磁鋼6的趨勢。傳熱直筒5可用厚度0.22毫米的板材制作，傳熱直筒5帶有一段擴徑段11，擴徑段11的外端部12的形狀與罩玻璃管2尾端內表面的相吻合。傳熱直筒5與熱管I熱端底端處采用一維移動副結構低熱阻連接，傳熱直筒5可以沿熱管I軸心線方向作伸出縮回前后移動。尾盒14遮蓋所述集熱元件尾部。圖1實施例的工作原理: 當嵌入安裝有所述減壓空曬保護器的集熱元件正常傾斜布置且不處于空曬狀態(tài)時，與熱管I低熱阻連接的熱敏永磁鋼6溫度達不到失磁溫度，熱敏永磁鋼6吸住軟鐵7將傳熱直筒5往左拉，使傳熱直筒5不接觸罩玻璃管2尾端，空曬保護器處于關閉絕熱狀態(tài)。集熱元件可正常集熱。當集熱元件處于空曬狀態(tài)時，熱敏永磁鋼6溫度升高磁力消失，彈簧10將軟鐵7和傳熱直筒5推向右面,使傳熱直筒5伸出傳熱連接罩玻璃管2尾端,空曬保護器處于開啟導熱狀態(tài)。熱管I熱端的熱能通過空曬保護器源源不斷散失到環(huán)境。熱管I內部的蒸汽在壓差作用下流向底端處凝結并集聚于底端處，鉗制熱管I內部壓力始終處于低位，保證熱管內部壓力低位實現集熱元件的空曬保護。以后集熱元件脫離空曬狀態(tài)，熱敏永磁鋼6溫度降低磁力恢復并吸引軟鐵7使傳熱直筒5縮回不傳熱連接罩玻璃管2尾端，空曬保護器關閉，集熱元件又可正常工作。圖1實施例對于罩玻璃管2直徑70的翅板熱管真空集熱兀件,不米用在罩玻璃管尾端內壁設置散熱貼片和不在熱管I熱端與傳熱直筒5之間設置熱匯，所述空曬保護器的散熱功率也可以達到10瓦以上。將圖1的熱敏永磁鋼驅動器件改為雙金屬片熱力驅動器件、或者改為記憶合金驅動器件、或者改為膜盒驅動器件也可以實現空曬時使傳熱直筒5伸出傳熱連接，將工質鎖定在熱管I熱端底端處實現熱管I內部減壓的空曬保護機制。
權利要求
1.減壓空曬保護翅板熱管真空太陽能集熱裝置，由減壓空曬保護翅板熱管真空集熱元件、絕熱水箱、尾盒、支架和輔件組成；減壓空曬保護翅板熱管真空集熱元件用翅板熱管真空集熱元件和置于所述集熱元件尾端真空隔熱層內的空曬保護器制成；翅板熱管真空集熱元件由罩玻璃管和套裝有翅板的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；翅板表面制作有吸收膜；所述集熱元件垂直或者傾斜安裝，所述熱管依靠重力工作，所述空曬保護器由一個與所述熱管熱端傳熱連接的熱力驅動器件、與熱力驅動器件傳動連接或者與熱力驅動器件一體制造的傳熱直筒組成，所述空曬保護器具有兩種穩(wěn)定狀態(tài):傳熱直筒伸出傳熱連接罩玻璃管尾端時的開啟導熱狀態(tài)；傳熱直筒縮回不傳熱連接罩玻璃管尾端時的關閉絕熱狀態(tài)；所述熱力驅動器件包括熱敏永磁鋼驅動器件、雙金屬片驅動器件、記憶合金驅動器件、膜盒驅動器件之一，其特征是傳熱直筒與熱管熱端底端處采用一維移動副結構低熱阻連接；或者傳熱直筒與一個熱匯采用一維移動副結構低熱阻連接，所述熱匯與熱管熱端底端處低熱阻連接；傳熱直筒可沿集熱元件軸心線方向作前后移動；傳熱直筒的外端部形狀與罩玻璃管尾端內表面相吻合；尾盒遮蓋所述集熱元件尾部。
2.按照權利要求1所述的集熱裝置，其特征是所述罩玻璃管尾端內表面低熱阻連接一個散熱貼片；散熱貼片與傳熱直筒的傳熱狀態(tài)根據熱力驅動器件的狀態(tài)改變而改變。
3.按照權利要求1所述的集熱裝置，其特征是傳熱直筒含有一段擴徑段，擴徑段的外端部的形狀與罩玻璃管尾端內表面的相吻合。
4.按照權利要求1所述的集熱裝置，其特征是所述熱力驅動器件為由一塊熱敏永磁鋼和一塊軟鐵構成的熱敏永磁鋼驅動器件；熱敏永磁鋼通過一塊熱導與熱管熱端低熱阻連接；軟鐵受約束可沿集熱元件軸心線方向作前后移動并通過傳動鋼絲與傳熱直筒傳動連接。
5.按照權利要求1所述的集熱裝置，其特征是所述集熱元件尾端為自集熱元件尾端底部外表面起往前不超過 集熱元件總長度6%的部分。
全文摘要
減壓空曬保護翅板熱管真空太陽能集熱裝置，由減壓空曬保護翅板熱管真空集熱元件和絕熱水箱組成；減壓空曬保護翅板熱管真空集熱元件由翅板熱管真空集熱元件和置于其尾端真空隔熱層內的空曬保護器組成，空曬保護器由一個與熱管熱端傳熱連接的熱力驅動器件和傳熱直筒組成，其特征是傳熱直筒與熱管熱端底端處采用一維移動副結構低熱阻連接；或者傳熱直筒與一個熱匯采用一維移動副結構低熱阻連接，所述熱匯與熱管熱端底端處低熱阻連接；傳熱直筒可沿集熱元件軸心線方向作前后移動；傳熱直筒的外端部形狀與罩玻璃管尾端內表面相吻合。本發(fā)明采用一個小功率空曬保護器就可保證熱管內部水蒸汽壓力始終不超過2個大氣壓。
文檔編號F24J2/05GK103225885SQ20131013925
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權日2013年4月22日
發(fā)明者施國樑 申請人:徐秀萍