[實用新型]短筒吸液芯工質(zhì)高位集聚翅板熱管真空集熱裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320240432.0
• 申請日: 2013-05-04
• 公開（公告）號: CN203216069U
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳靈佳
• 申請（專利權(quán)）人: 吳靈佳
• 主分類號: F24J2/32
• 分類號: F24J2/32;F24J2/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

?本實用新型涉及短筒吸液芯工質(zhì)高位集聚翅板熱管真空集熱裝置。

背景技術(shù)

真空集熱元件在其罩玻璃管與內(nèi)玻璃管之間設(shè)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(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。

現(xiàn)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(nèi)壁采用光管結(jié)構(gòu)、熱管真空集熱管傾斜約45度安裝。在非換熱狀態(tài)下，可以觀察到熱管底部有液態(tài)工質(zhì)集聚。

對其進行與管內(nèi)存水的全玻璃真空集熱管太陽能熱水器對照試驗，發(fā)現(xiàn)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(zhì)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(tài)工質(zhì)不能迅速參與兩相流換熱循環(huán)。同時，由于熱管熱端內(nèi)部其他部位的溫度雖高但在很長一段時間內(nèi)處于干涸狀態(tài)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(tài)工質(zhì)汽化并循環(huán)參與兩相流換熱，熱管完成啟動過程進入正常工作狀態(tài)。問題是在冬季，熱管的啟動過程可能持續(xù)兩小時以上，這使得某些玻璃熱管集熱管的表現(xiàn)不能明顯比管內(nèi)存水的全玻璃真空集熱管好，熱管的優(yōu)勢沒能充分發(fā)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(nèi)表面布置具有足夠大面積的芯網(wǎng)，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(nèi)部充裝工質(zhì)較多、使空曬時蒸汽壓過高而造成炸管事故的風(fēng)險大大增加。譬如工質(zhì)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(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。由于玻璃耐壓能力有限，所以，既要設(shè)法抬高熱管啟動時的液態(tài)工質(zhì)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(tài)工質(zhì)以減少工質(zhì)充裝量。

中國實用新型專利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(tài)工質(zhì)充裝量為0.1～0.5％V，其中V為熱管內(nèi)的容積。使其達到某一臨界溫度時全部轉(zhuǎn)化為汽相，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，壓力按照汽相的規(guī)律升高，從而大幅度的降低了高溫狀態(tài)下熱管內(nèi)的工作壓力……。同時，在熱管中增設(shè)吸附材料，以保證熱管再次快速起動。但該實用新型專利在熱管中包括熱管蒸發(fā)段中部設(shè)置的吸附材料吸持工質(zhì)加速熱管啟動這一方式仍會帶來增加工質(zhì)充裝量和空曬時內(nèi)部壓力或者啟動仍然較慢的問題。假定：原來設(shè)定內(nèi)玻璃管內(nèi)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(nèi)部壓力上限為4個大氣壓、空曬最高溫度230℃、水作工質(zhì)，計算可得內(nèi)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(zhì)汽化的工質(zhì)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(nèi)部壓力達到4個大氣壓即等于內(nèi)玻璃管內(nèi)部壓力極限。并可查得135℃時蒸汽的質(zhì)量容積比為1.7毫升/升。該集熱管的工質(zhì)充裝量為3升*1.7毫升/升=5.1毫升。（5.1毫升工質(zhì)對于現(xiàn)有的集熱管來說偏少，在熱端下部會出現(xiàn)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(nèi)部中部設(shè)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(zhì)，并且因此加劇熱管內(nèi)部熱端干涸現(xiàn)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(zhì)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(zhì)。假設(shè)增加的工質(zhì)充裝量也是1.5毫升，則工質(zhì)剛好全部汽化時的蒸汽的質(zhì)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(yīng)的臨界溫度從135℃上升至145℃；相應(yīng)地，在最高空曬溫度230℃時，熱管內(nèi)部壓力從4個大氣壓增加到5個大氣壓。結(jié)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(zhì)充裝量，在最高空曬溫度下，集熱管內(nèi)部的壓力會超過原先設(shè)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(dāng)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(zhì)仍然很不夠。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是要提供短筒吸液芯工質(zhì)高位集聚翅板熱管真空集熱裝置。