[發(fā)明專利]助推減壓空曬保護偏心熱管真空集熱元件

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310140808.5
• 申請日: 2013-04-22
• 公開（公告）號: CN103245112A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施國樑
• 申請（專利權(quán)）人: 海寧伊滿閣太陽能科技有限公司
• 主分類號: F24J2/46
• 分類號: F24J2/46;F24J2/32;F24J2/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及助推減壓空曬保護偏心熱管真空集熱元件。

背景技術(shù)

真空集熱管在其罩玻璃管與內(nèi)玻璃管之間設(shè)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(nèi)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(nèi)無水的太陽能真空熱管熱水器將有可能占領(lǐng)越來越多的市場份額。

采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(zhì)等優(yōu)點。

但空曬時，集熱元件熱管內(nèi)部溫度可達230℃，這個溫度對應(yīng)的飽和水蒸汽壓為28.53個大氣壓，對應(yīng)的工質(zhì)充裝量與熱管容積之比即工質(zhì)容積比為1.1%，即每1升容積有11毫升水。

通過減少工質(zhì)充裝量可以降低空曬時熱管內(nèi)部的壓力，以水工質(zhì)為例：當工質(zhì)充裝量/熱管容積率從5毫升/1000毫升時的0.5%降低至2毫升/1000毫升時的0.2%，相應(yīng)地其最高飽和蒸汽壓從180℃的約10個大氣壓降低至140℃的約3.7個大氣壓，并且熱管內(nèi)部從140℃約3.7個大氣壓的最高蒸汽壓繼續(xù)升溫至180℃時內(nèi)部壓力僅有4個大氣壓左右。但有時工質(zhì)充裝量不能僅僅以空曬時的內(nèi)部壓力來決定。對于一支工質(zhì)充裝量/熱管容積率為0.2%、內(nèi)部容積1000毫升、長度2000毫米的熱管，如果為了使空曬230℃時內(nèi)部壓力不超過4個大氣壓，則工質(zhì)充裝量約1.8毫升。問題是所述熱管即使為光管結(jié)構(gòu)，在傾斜約45度工作時，冷端的冷凝水、熱端的流動水加上85℃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(zhì)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(shè)置可控傳熱通道構(gòu)成，可控傳熱通道由活動傳熱件和驅(qū)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(qū)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(qū)動件本來產(chǎn)品的一致性就不好，在多次受熱變形后恢復(fù)原狀的能力又會降低，其所承擔的控制系統(tǒng)相關(guān)的工作點設(shè)定、控制變量輸入、比較、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(shè)計壽命。

圖2給出一支傾斜安置的光管結(jié)構(gòu)重力熱管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2中，熱管1由管殼和內(nèi)部工質(zhì)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1內(nèi)部底端處的工質(zhì)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(yīng)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(zhì)再次受熱汽化……，由此不斷循環(huán)實現(xiàn)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1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1僅僅從下面輸入熱能，而不取走熱能，則熱管1內(nèi)部蒸汽壓會急劇上升。如果熱管1采用水作為工質(zhì)并且足夠多，則在熱管1溫度達到230℃時，內(nèi)部最高壓力可達28.53個大氣壓。

如果試圖對圖2的熱管1從上到下全面加熱并從下面略高于熱管1底端的地方譬如從底端開始的占整個熱管1長度3%的一段取出熱能，即僅僅令底端往前占熱管1總長度3%的部位同時作為重疊冷端，則熱管1內(nèi)部的蒸汽壓會降到與下面冷端的溫度相對應(yīng)的飽和蒸汽壓。譬如用水作為工質(zhì)時，保持熱管1下面重疊冷端的溫度100℃，則即使上面其他部分加熱到230℃，因為熱管1內(nèi)部的液態(tài)工質(zhì)都集聚于所述重疊冷端，除所述重疊冷端之外上面的熱管1熱端由于沒有工質(zhì)補充整個干涸，兩相流傳熱機制不復(fù)存在。熱管1內(nèi)部的蒸汽壓力也只有約1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(zhuǎn)移。