[發明專利]玻璃熱管工質高位集聚的太陽能集熱裝置

有效

• 申請號: 201310141767.1
• 申請日: 2013-04-22
• 公開（公告）號: CN103225895A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 施國樑
• 申請（專利權）人: 海寧伊滿閣太陽能科技有限公司
• 主分類號: F24J2/05
• 分類號: F24J2/05;F24J2/32;F24J2/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

?本發明涉及玻璃熱管工質高位集聚的太陽能集熱裝置。

背景技術

真空集熱元件在其罩玻璃管與內玻璃管之間設置一個真空隔熱層，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、符合衛生飲用水標準、單管損壞照樣工作等優點。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。

現有一種工作量充裝很少的全玻璃熱管真空集熱管太陽能熱水器，熱管內壁采用光管結構、熱管真空集熱管傾斜約45度安裝。在非換熱狀態下，可以觀察到熱管底部有液態工質集聚。

對其進行與管內存水的全玻璃真空集熱管太陽能熱水器對照試驗，發現熱管太陽能熱水器的升溫情況先慢后快。判斷是熱管啟動過程過長，在熱管啟動階段，熱管集熱元件不能滿功率運行因而升溫慢，熱管啟動之后熱管集熱元件滿功率運行因而升溫快。

考察全玻璃熱管真空集熱管的熱管啟動：由于集聚于熱管底部的工質通常因為被吸氣劑形成的鏡面遮光其溫度上升緩慢，使得這些液態工質不能迅速參與兩相流換熱循環。同時，由于熱管熱端內部其他部位的溫度雖高但在很長一段時間內處于干涸狀態而不能對集熱做貢獻。以后依靠靠近底部的玻璃熱管管壁傳熱逐漸使液態工質汽化并循環參與兩相流換熱，熱管完成啟動過程進入正常工作狀態。問題是在冬季，熱管的啟動過程可能持續兩小時以上，這使得某些玻璃熱管集熱管的表現不能明顯比管內存水的全玻璃真空集熱管好，熱管的優勢沒能充分發揮。

玻璃表面不適合加工細槽以形成更大的毛細升力。

采用在玻璃熱管內表面布置具有足夠大面積的芯網，雖然可利用毛細作用解決熱管啟動過程過長的問題，但會使成本較大增加，更嚴重的是還會因內部充裝工質較多、使空曬時蒸汽壓過高而造成炸管事故的風險大大增加。譬如工質充裝量/熱管容積率從2毫升/1000毫升時的0.2%提高到5毫升/1000毫升時的0.5%，最高飽和蒸汽壓從140℃的約3.7個大氣壓增加至180℃的約10個大氣壓，但熱管內部從140℃約3.7個大氣壓的最高蒸汽壓繼續升溫至180℃時內部壓力僅有4個大氣壓左右。由于玻璃耐壓能力有限，所以，既要設法抬高熱管啟動時的液態工質位置高度加快啟動，又要在熱管工作時盡可能少的截留液態工質以減少工質充裝量。

中國發明專利200410012193.9防爆太陽能全玻璃真空集熱管，披露了一種防爆太陽能全玻璃真空集熱管，其熱管中液態工質充裝量為0.1～0.5％V，其中V為熱管內的容積。使其達到某一臨界溫度時全部轉化為汽相，當溫度繼續升高時，壓力按照汽相的規律升高，從而大幅度的降低了高溫狀態下熱管內的工作壓力……。同時，在熱管中增設吸附材料，以保證熱管再次快速起動。但該發明專利在熱管中包括熱管蒸發段中部設置的吸附材料吸持工質加速熱管啟動這一方式仍會帶來增加工質充裝量和空曬時內部壓力或者啟動仍然較慢的問題。假定：原來設定內玻璃管內徑44毫米、罩玻璃管外徑58毫米、長2米的全玻璃真空熱管集熱管的內部壓力上限為4個大氣壓、空曬最高溫度230℃、水作工質，計算可得內玻璃管容積約3升。查水蒸汽的飽和蒸汽壓表可知：135℃時剛好全部工質汽化的工質充裝量，其飽和蒸汽壓為3.2個大氣壓且在最高空曬溫度230℃時，內部壓力達到4個大氣壓即等于內玻璃管內部壓力極限。并可查得135℃時蒸汽的質量容積比為1.7毫升/升。該集熱管的工質充裝量為3升*1.7毫升/升=5.1毫升。（5.1毫升工質對于現有的集熱管來說偏少，在熱端下部會出現干涸，但這個問題這里不做展開）。此時，為了加速熱管啟動而在熱管內部中部設置吸液材料。假定所增加的吸液材料在熱管正常工作時提吸持有了總共1.5毫升工質，并且因此加劇熱管內部熱端干涸現象，干涸的熱端不參與換熱使集熱管的效率大打折扣。為了避免因熱端干涸帶來的集熱量損失。必須增加工質充裝量來彌補熱管工作時被吸液材料提吸持有的那部分工質。假設增加的工質充裝量也是1.5毫升，則工質剛好全部汽化時的蒸汽的質量容積比從1.7毫升/升上升至2.2毫升/升，這時的最高飽和蒸汽壓對應的臨界溫度從135℃上升至145℃；相應地，在最高空曬溫度230℃時，熱管內部壓力從4個大氣壓增加到5個大氣壓。結論是：為了加速啟動在熱管熱端中部增加吸液材料并增加工質充裝量，在最高空曬溫度下，集熱管內部的壓力會超過原先設定的壓力從4個大氣壓增加至5個大氣壓超出25%；而不用吸液材料熱管啟動過程要延長兩小時相當于冬季減少日集熱量35%。還有，吸附材料僅僅吸持1.5毫升工質仍然很不夠。

發明內容