專利名稱：真空管套管組合式兩用型太陽能加熱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種太陽能應用技術領域的裝置，具體是一種真空管套管組合式
兩用型太陽能加熱器。
背景技術：
常規(guī)能源資源的有限性和環(huán)境壓力的增加，使世界上許多國家重新加強了對新能 源和可再生能源技術發(fā)展的支持，太陽能是一種清潔、環(huán)保、高效和永不衰竭的新能源，所 以各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內容。目前，在太陽能熱 利用中，太陽能熱水器已經形成產業(yè)，并已廣泛普及。目前，我國的家庭、企事業(yè)單位為得到 日常生活熱水所使用的太陽能熱水器幾乎全部是玻璃真空管式太陽能熱水器。另外還一 種金屬管板式平板集熱器有著較好的耐壓性，但由于平板集熱器上面是用平板玻璃采光保 溫，保溫性能較差，且熱效率不高，致使陽光不好的季節(jié)熱水水溫達不到使用要求。目前的 各種熱水器都只能提供數(shù)十度左右溫度的熱水用于日常生活，還不能提供工業(yè)所需要的水 溫達到一百余度的高溫空氣或水蒸氣。 經過對現(xiàn)有相關技術文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN2540598記載了一種"太 陽能空氣熱水兩用型加熱器"，該技術直接在現(xiàn)有的玻璃真空管太陽能熱水器的基礎上另 外增加了一套空氣循環(huán)管路，通過閥門控制工質的切換，這套系統(tǒng)出口的水或空氣的溫度 都不高，屬于常溫加熱；中國專利文獻號CN1434255記載了一種"新型玻璃真空熱管太陽能 熱水器"，該技術使用熱管，管外部附加肋片以強化傳熱熱管和玻璃傳熱管件的傳熱，由于 肋片數(shù)量有限和玻璃管與肋片間存在的縫隙問題，其傳熱熱管和玻璃傳熱管的傳熱效率不 高；中國專利文獻號CN1443996記載了一種"真空管金屬管組合式太陽能集熱器元件"，該 技術在玻璃真空管內腔插入熱管，在真空管和熱管之間填充導熱用固體粉末，雖然這種型
式解決了耐壓及炸管問題，但填充的固體粉末之間存在空隙且無肋片導熱，導致實際傳熱 效果并不好。上述技術的核心都是要解決真空管和傳熱熱管間的導熱介質傳熱效率低的問 題，但效果都并不理想。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種真空管套管組合式兩用型太陽能
加熱器，可提供用于太陽能熱發(fā)電、太陽能空凋和工業(yè)蒸汽等各種工業(yè)用途的高溫空氣或 水蒸氣。本發(fā)明結構簡單，核心思想是提高玻璃真空管和傳熱套管間的導熱介質傳熱效率，
極大的降低傳熱熱阻，提高太陽能熱利用率，系統(tǒng)穩(wěn)定且能耐壓，被加熱工質出口溫度最高 可超過200度。 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括殼體、入口管、出口管、保溫機構 和若干熱量收集組件，其中若干個熱量收集組件的外部與殼體相連接且內部依次串聯(lián)，入 口管與首端的熱量收集組件的入口相連，出口管與末端的熱量收集組件的出口相連，保溫 機構固定設置于殼體內部并與入口管、出口管和若干熱量收集組件相接觸。
所述的熱量收集組件包括真空管、傳熱介質組件和套管組件，其中套管組件位 于真空管內部，傳熱介質組件位于套管組件與真空管之間。 所述的傳熱介質組件包括內膽管、傳導介質和外波紋肋片，其中內膽管位于真 空管內，外波紋肋板位于內膽管和套管組件之間，傳導介質填充在內膽管和套管組件以及 外波紋肋板之間的空隙。 所述的內膽管為薄不銹鋼板制成的心型圓筒管，其外徑大于等于真空管的內徑且 與真空管內壁無縫隙接觸。 所述的傳導介質為具有高導熱系數(shù)的導熱油石墨粉糊狀介質。 所述的套管組件包括套管外管、套管內管、進氣腔、井字鋼架和內波紋肋片，其
中套管外管位于內膽管內，套管外管的頂部與進氣腔固定連接，套管外管的內部與井字
鋼架相焊接，套管內管位于套管外管內部并穿過井字鋼架中央正方形孔且與井字鋼架固定
連接，進氣腔具體套接于套管外管外面，下端與套管外管焊接固定，上端與套管內管密封連
接，內波紋肋片位于套管外管和套管內管之間。 所述的進氣腔為金屬圓管。 所述的套管外管與內膽管的上端密封連接。
所述的內波紋肋片和外波紋肋片為薄不銹鋼板壓制成波紋形狀再巻繞而成；
所述的集熱管組件外部設有簡化的復合拋物面聚光板，該聚光板由不銹鋼鏡面 板制成，聚光板底部為平面，該聚光板的聚光比為2. 15，厚度0. 8mm，寬度為330mm，長度為 1800mm。 所述的聚光板的剖面為軸對稱復合拋物面結構，包括曲面部分和與之相連接的 底面部分，其中曲面部分為拋物線形狀，底面部分為直線形狀。 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明結構簡單、加工成本低、環(huán)保、可靠性和耐久性好。波紋肋 板形成肋片結構即支撐結構又強化換熱，由于此種肋片結構不用焊接固定，因此加工、安裝 和維修都很簡便。內膽管和套管外管之間填充的導熱性質良好的固液混合物傳導介質被密 封。被加熱工質流經的管路全部密封且耐壓，故即可加熱空氣又可加熱水。每個熱收集組 件外設置簡化復合拋物面聚光板，即有效提高太陽能熱利用率，又降低聚光板加工成本。


圖1為本發(fā)明結構示意圖。
圖2為熱收集組件結構示意圖； 其中圖2a為熱收集組件剖面示意圖；圖2b為熱收集組件頂部截面示意圖；圖2c
為熱收集組件中部截面示意圖。 圖3為聚光板剖面示意圖。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。 如圖1所示，本實施例包括殼體1、入口管2、出口管3、保溫機構4和IO個熱量收集組件5，其中10個熱量收集組件5的外部與殼體l相連接且內部依次串聯(lián)，入口管2 與首端的熱量收集組件5的入口相連，出口管3與末端的熱量收集組件5的出口相連，保溫 機構4固定設置于殼體1內部并與入口管2、出口管3和10熱量收集組件5相接觸。
所述的熱量收集組件包括真空管6、傳熱介質組件7和套管組件8，其中套管組 件8位于真空管6內部，傳熱介質組件7位于套管組件8與真空管6之間。
所述的傳熱介質組件7包括內膽管9、傳導介質10、和外波紋肋片11，其中內膽 管9安裝于真空管6內，內膽管9是一個薄不銹鋼板制成的心型圓筒管，外徑略大于真空管 6的內徑，用外力將內膽管9插入真空管6，使其緊貼真空管6內壁，形成無縫隙接觸。外波 紋肋板11安裝于內膽管9和套管組件8之間，通過外波紋肋板11的彈性支撐作用增強內 膽管9和真空管6內壁間的接觸能力，傳導介質10填充在內膽管9和套管組件8以及外波 紋肋板ll之間的空隙。 所述的套管組件8包括套管外管12、套管內管13、進氣腔14、井字鋼架15和內 波紋肋片16，套管外管12位于內膽管9內，套管外管12的頂部與進氣腔14固定連接，內部 焊接井字鋼架15，套管內管13位于套管外管12內部并穿過井字鋼架15中央正方形孔與其 固定連接，進氣腔14的上端與套管內管13密封連接，內波紋肋片16位于套管外管12和套 管內管13之間。 所述的進氣腔14是一個金屬圓管，進氣腔14套在套管外管12外面，下端與套管 外管12焊接固定，上端與套管內管13密封連接。 所述的內膽管9的下端密封、內膽管9的上端與套管外管12密封連接。
所述的傳導介質10為導熱油和石墨粉混合物。 所述的內波紋肋片16和外波紋肋片11為薄不銹鋼板壓制成波紋形狀再巻繞而 成； 所述的熱收集組件5外部設有簡化的復合拋物面聚光板17，該聚光板17由不銹鋼 鏡面板制成，該聚光板的聚光比為2. 15，厚度0. 8mm，寬度為330mm，長度為1800mm。
所述的聚光板的剖面為軸對稱復合拋物面結構，包括曲面部分和與之相連接 的底面部分，其中曲面部分的形狀曲線為拋物線，底面部分的形狀曲線為直線，長度為 50mm。 本實施例在當太陽輻射能經聚光板17反射聚光后，由真空管6吸收，并轉化為熱 量通過與之緊貼的內膽管9，通過傳導介質10和外波紋肋片11傳遞給套管外管12，被加熱 工質從入口管2進入進氣腔14，再進入套管外管12，同時吸熱升溫，套管外管12和套管內 管13之間設有內波紋肋板16，內波紋肋板16的尖部與套管外管12內壁緊密接觸，起到肋 片強化換熱作用，同時內波紋肋片16之間的間隔區(qū)域還作為被加熱工質流路，被加熱工質 在套管外管12底部轉入套管內管13并流出進入下一個熱收集組件，從而對工質進行進一 步的加熱，這樣可通過增加熱收集組件5的數(shù)目來提高被加熱工質的溫度。每個熱收集組 件外5都設置一個簡化的復合拋物面聚光板17，熱量由聚光板17匯聚到真空管6，能提高 集熱效率，提高被加熱工質溫度。實驗已發(fā)現(xiàn)，即使使用簡化CPC聚光板，數(shù)根熱收集組件 5連接后的工質最大加熱溫度可超過200度，每個熱收集組件的集熱功率最大可達到140W。
本實施例中的被加熱工質流經的管路全部密封且耐壓，故被加熱工質即可以是 也可以是空氣，從而得到高溫空氣或高溫水。
本實施例中的真空管套管組合式兩用型太陽能加熱器，可提供用于太陽能熱發(fā) 電、太陽能空凋和工業(yè)蒸汽等各種工業(yè)用途的高溫高壓水或水蒸氣。結構簡單，安全環(huán)保， 太陽能熱利用率高，系統(tǒng)穩(wěn)定且能耐壓，被加熱的工質是逐步加熱，熱收集組件數(shù)目可變， 且每個熱收集組件外配置聚光板，能將工質集熱溫度提高到200度以上。
權利要求
一種真空管套管組合式兩用型太陽能加熱器，包括殼體、入口管、出口管、保溫機構和若干熱量收集組件，其特征在于若干個熱量收集組件的外部與殼體相連接且內部依次串聯(lián)，入口管與首端的熱量收集組件的入口相連，出口管與末端的熱量收集組件的出口相連，保溫機構固定設置于殼體內部并與入口管、出口管和若干熱量收集組件相接觸；所述的熱量收集組件包括真空管、傳熱介質組件和套管組件，其中套管組件位于真空管內部，傳熱介質組件位于套管組件與真空管之間；所述的傳熱介質組件包括內膽管、傳導介質和外波紋肋片，其中內膽管位于真空管內，外波紋肋板位于內膽管和套管組件之間，傳導介質填充在內膽管和套管組件以及外波紋肋板之間的空隙。
2. 根據(jù)權利要求1所述的真空管套管組合式兩用型太陽能加熱器，其特征是，所述的 內膽管為薄不銹鋼板制成的心型圓筒管，其外徑大于等于真空管的內徑且與真空管內壁無 縫隙接觸。
3. 根據(jù)權利要求1所述的真空管套管組合式兩用型太陽能加熱器，其特征是，所述的 傳導介質為具有高導熱系數(shù)的導熱油石墨粉糊狀介質。
4. 根據(jù)權利要求1所述的真空管套管組合式兩用型太陽能加熱器，其特征是，所述的 套管組件包括套管外管、套管內管、進氣腔、井字鋼架和內波紋肋片，其中套管外管位于 內膽管內，套管外管的頂部與進氣腔固定連接，套管外管的內部與井字鋼架相焊接，套管內 管位于套管外管內部并穿過井字鋼架中央正方形孔且與井字鋼架固定連接，進氣腔具體套 接于套管外管外面，下端與套管外管焊接固定，上端與套管內管密封連接，內波紋肋片位于 套管外管和套管內管之間。
5. 根據(jù)權利要求1所述的真空管套管組合式兩用型太陽能加熱器，其特征是，所述的 內波紋肋片和外波紋肋片為薄不銹鋼板壓制成波紋形狀再巻繞而成。
6. 根據(jù)權利要求1所述的真空管套管組合式兩用型太陽能加熱器，其特征是，所述的 集熱管組件外部設有復合拋物面聚光板，聚光板底部為平面，該聚光板的聚光比為2. 15。
7. 根據(jù)權利要求6所述的真空管套管組合式兩用型太陽能加熱器，其特征是，所述的 聚光板由不銹鋼鏡面板制成。
8. 根據(jù)權利要求1或6所述的真空管套管組合式兩用型太陽能加熱器，其特征是，所述的復合拋物面聚光板的剖面為軸對稱復合拋物面結構，包括曲面部分和與之相連接的底 面部分，其中曲面部分為拋物線形狀，底面部分為直線形狀。
全文摘要
一種太陽能應用技術領域的真空管套管組合式兩用型太陽能加熱器，包括殼體、入口管、出口管、保溫機構和若干熱量收集組件，其中若干個熱量收集組件的外部與殼體相連接且內部依次串聯(lián)，入口管與首端的熱量收集組件的入口相連，出口管與末端的熱量收集組件的出口相連，保溫機構固定設置于殼體內部并與入口管、出口管和若干熱量收集組件相接觸。本發(fā)明中被加熱工質流經的管路全部密封且耐壓，故被加熱工質即可以是水也可以是空氣，從而得到高溫空氣或高溫水，結構簡單，運行安全可靠，系統(tǒng)熱效率高且穩(wěn)定，出口的空氣或水蒸氣溫度可以達到200攝氏度。
文檔編號F24J2/12GK101737965SQ20091031134
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權日2009年12月14日
發(fā)明者劉振華, 肖紅升, 趙峰, 陸琳 申請人:上海交通大學;江蘇桑夏太陽能產業(yè)有限公司