一种新型玻璃热管式真空集热管的制作方法
一种新型玻璃热管式真空集热管的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型玻璃热管式真空集热管，属于太阳能热利用领域。
【背景技术】
[0002]真空集热管作为太阳能热水器的核心元件，是提高热管器集热性能和产品竞争力的关键。经过近几十年的发展，真空集热管在结构上出现了许多创新，性能也不断提高，但依然存在许多缺点。
[0003]传统的真空集热管采用双层玻璃间抽真空的结构。内玻璃管外表面镀选择性吸收涂层以提高太阳辐射吸收率。内外玻璃管同轴且一端封闭，另一端通过直接烧熔联接。这种集热管由于管内走水，水工质直接通过内管壁的导热吸收热量，效率较低。长时期使用后，内管结垢也会大大降低传热性能。在使用中还会因没有及时上水或冬季夜间未排空等因素而造成爆管，给用户和经销商带来不必要的损失。
[0004]考虑到管内走水的缺点，提出了管内不走水的真空集热管，以热管式真空集热管为代表。热管是一种高效的导热元件，利用工作介质的两次相变传递热量。将热管与真空集热管结合所开发的热管式真空集热管具有导热效率高，抗冻性能好等优点。如专利号200610098390.6公开的一种金属热管式真空集热管，将金属热管插入金属法兰盘中密封焊接。金属法兰盘通过可伐合金与玻璃外管口熔封。虽然采用了膨胀率相对较低的可伐合金，但是依然存在加工较为困难的问题。由于金属与玻璃的膨胀率不同，长期使用中熔封处容易产生缝隙，无法保证真空度，降低集热管效率。同属金属材料增加了制造成本，价格不具备竞争力。另一种热管式真空集热管采用全玻璃热管式结构，如专利号201210014689.4所公开的一种热管式全玻璃真空太阳集热管。其思路是利用玻璃热管代替金属热管。制作工艺上将全真空玻璃管自环封杯口处同轴并等直径外延伸形成玻璃热管的冷凝段，然后向内管中注入工质再抽真空。不足之处在于环封处由于热应力的存在，在实际使用时容易破裂；由于内管外壁涂敷选择性吸收涂层后再焊接热管冷凝段，高温会使接口处的涂料挥发，影响集热效果。
【实用新型内容】
[0005]针对现有技术的上述缺陷，本实用新型提出一种新型玻璃热管真空集热管，削弱热管与玻璃套管熔封处的热应力，提高集热管安全性和使用寿命。
[0006]为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是:
[0007]一种新型玻璃热管式真空集热管8，主要结构包括玻璃外管I和玻璃热管2。玻璃热管2两端封闭，内部充有传热工质6，并具有一定的真空度。玻璃热管2中部设置熔封焊盘4。熔封焊盘4采用与玻璃外管I和玻璃热管相同的材料制成。熔封焊盘4为环形，内径与玻璃热管2外径相同，其外径与玻璃外管I外径相同。将玻璃热管2分为蒸发段201和冷凝段202。蒸发段201和冷凝段202的长度可根据年均辐照度和输出需求设计不同的长度比。蒸发段201外壁涂敷选择性吸收涂层3。蒸发段201通过自定心支撑5放置在真空玻璃外管I中。玻璃外管I开口端与熔封焊盘4联接，另一端抽真空后熔封，并通过吸气剂7保持一定的真空度。具体加工步骤为:
[0008](I)取一根一端开口，一端封闭且直径较小的毛坯管作为玻璃热管2，根据蒸发段201和冷凝段202长度确定熔封焊盘4位置后，将熔封焊盘4焊接在玻璃热管上；
[0009](2)将玻璃热管2连同焊接好的熔封焊盘4经拉封退火后，在蒸发段201镀上选择性吸收涂层3 ；
[0010](3)取一根两端均为开口，且外径与熔封焊盘4外径相等的毛坯管作为玻璃外管1其一端与熔封焊盘4焊接后，将自定心支撑5与吸气剂7放入管间夹层，使玻璃热管2固定;
[0011](4)将装配好的管子在高温下烘烤排气，通过玻璃外管I管尾抽真空并熔封；
[0012](5)向玻璃热管2中充入定量工质6，高温下再次烘烤排气，通过玻璃热管2顶部抽真空并熔封。
[0013]有益效果:
[0014](I)通过熔封焊盘实现外管与玻璃热管的焊接分离，消除了热管二次热应力，增强了热管的耐高温性和使用寿命。
[0015](2)相比较传统的制作工艺，由于熔封焊盘的使用，避免了内外管熔封时因高温而使接口处的镀膜涂料挥发，集热效果更好。
[0016](3)整体采用全玻璃结构，制造成本低。
[0017](4)热管采用相变换热，其传热能力大，效率高。
[0018](5)热管具有自启动特性。温度较低时，工质维持液态，管内真空度较高，可以对水箱内的水形成保温的效果，散热效果大大降低。
【附图说明】
[0019]图1是新型玻璃热管式真空集热管结构示意图；
[0020]图2是带有直接成型的熔封焊盘的玻璃热管式真空集热管结构示意图；
[0021]图中:1玻璃外管、2玻璃热管、201蒸发段、202冷凝段、3选择性吸收涂层、4熔封焊盘、5自定心支撑、6热管工质、7吸气剂。
[0022]图3是采用新型玻璃热管式真空集热管的太阳能热水器侧视图。
[0023]图中:8新型玻璃热管式真空集热管、9水箱、10支架。
【具体实施方式】
[0024]本实用新型的核心为提供一种新型玻璃热管式真空集热管8 (以下简称集热管)，下面结合附图对本实用新型做进一步说明，应理解这些实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读本实用新型之后，本领域的技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请的权利要求所限定的范围。
[0025]本实用新型的一种实施方案，如图1所示，主要结构包括真空玻璃外管I和玻璃热管2。玻璃热管2内部充有传热工质6，并具有一定的真空度。玻璃外管I长度约为1200mm，玻璃热管2长度约为1220mm。玻璃热管2中部设置熔封焊盘4，宽度约为20mm。熔封焊盘4将玻璃热管分为蒸发段201和冷凝段202，蒸发段201长度为1000mm，冷凝段202长度为200mm。熔封焊盘为环形，其内径与玻璃热管2的外径相同，约为44mm ;外径与玻璃外管I的外径相同，约为60mm。玻璃外管1、玻璃热管2和熔封焊盘4均采用硼硅玻璃3.3。蒸发段201外壁涂敷选择性吸收涂层3。蒸发段201通过自定心支撑5放置在真空玻璃外管I中。玻璃外管I开口端与熔封焊盘4联接，另一端抽真空后熔封，并通过吸气剂7保持一定的真空度。吸气剂7采用蒸散型钡吸气剂。集热管8具体加工步骤为:取一根一端开口，一端封闭且直径较小的毛坯管作为玻璃热管2，根据蒸发段201和冷凝段202长度确定熔封焊盘4位置后，将其焊接在玻璃热管2上；玻璃热管2经过拉封退火后，在蒸发段201镀上选择性吸收涂层3 ;再取一根两端均为开口，且外径与熔封焊盘4外径相等的毛坯管作为玻璃外管1 一端与熔封焊盘4焊接后，将自定心支撑5与吸气剂7放入管间夹层，使玻璃热管2固定；将装配好的管子在高温下烘烤排气，通过玻璃外管I管尾抽真空并熔封；向玻璃热管2中充入定量工质6，高温下再次烘烤排气，通过玻璃热管2顶部抽真空并熔封。
[0026]本实用新型的另一种实施方案，如图2所示，与第一种实施方案的不同之处仅在于在玻璃热管的毛坯管制作中，直接由管壁向外延伸形成熔封焊盘，不需要额外焊接。其加工方式与第一种实施方案相同。
[0027]图3采用新型玻璃热管式真空集热管的太阳能热水器侧视图。水热器由一排集热管8、水箱9和支架10组成。集热管8倾斜放置在支架上，倾斜角度等于正午时当地的太阳高度角。集热管8蒸发段201暴露在环境中，接受太阳辐射，冷凝段202插入到水箱9中。其工作过程为:太阳辐射照射到集热管8上，被选择性吸收涂层3吸收，并通过导热将热量传递给玻璃热管2内的工质6。工质6受热蒸发，在微小压差的作用下迅速流动到冷凝段202。冷凝段202插在水箱9中，壁面温度较低。气态工质与热管内壁接触，遇冷凝结，在重力作用下流回热管蒸发段201，从而完成一个循环。这样吸收的太阳能就被源源不断地送入水箱中，得到安全、可靠的热水。
【主权项】
1.一种新型玻璃热管式真空集热管，主要结构包括玻璃外管和玻璃热管；玻璃热管分为三段:蒸发段、冷凝段和焊接段；蒸发段外表面镀有选择性吸收涂层，内部充有传热工质，通过自定心支撑放置在玻璃外管内，并与外管形成真空夹层；真空夹层内部设置吸气剂；焊接段上设置熔封焊盘，联接玻璃外管和热管；玻璃外管一端开口通过熔封焊盘封闭，另一端抽真空后熔封。2.根据权利要求1所述的新型玻璃热管式真空集热管，其特征是:玻璃外管、玻璃热管和熔封焊盘均采用同一种材料。3.根据权利要求1所述的新型玻璃热管式真空集热管，其特征是:熔封焊盘可以焊接在玻璃热管上，也可以是在烧制时将玻璃热管管壁向外延伸形成焊盘。4.根据权利要求1所述的新型玻璃热管式真空集热管，其特征是:熔封焊盘内径与玻璃热管外径相同，外径与玻璃外管外径相同。5.根据权利要求1所述的新型玻璃热管式真空集热管，其特征是:蒸发段、冷凝段、焊接段的比例为50: 10:1。6.根据权利要求1所述的新型玻璃热管式真空集热管，其特征是:热管工质采用水、酒精等无污染、低沸点工质。
【专利摘要】一种新型玻璃热管式真空集热管，主要结构包括真空玻璃外管和玻璃热管。玻璃热管两端封闭，内部充有传热工质，并具有一定的真空度。玻璃热管分为蒸发段，焊接段和冷凝段。蒸发段外壁涂敷选择性吸收涂层并通过自定心支撑放置在真空玻璃外管中。焊接段上焊有熔封焊盘。玻璃外管开口端与熔封焊盘联接，另一端抽真空后熔封，并通过吸气剂保持真空度。本实用新型通过熔封焊盘实现了外管与热管的分离焊接，消除了二次热应力，使用寿命长；采用全玻璃结构可以降低成本，简化工艺。
【IPC分类】F24J2/46
【公开号】CN204705056
【申请号】CN201520294925
【发明人】杨帆, 蒋川, 邴旖旎, 刘婷婷
【申请人】南京帕偌特太阳能有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月6日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型玻璃热管式真空集热管，属于太阳能热利用领域。
【背景技术】
[0002]真空集热管作为太阳能热水器的核心元件，是提高热管器集热性能和产品竞争力的关键。经过近几十年的发展，真空集热管在结构上出现了许多创新，性能也不断提高，但依然存在许多缺点。
[0003]传统的真空集热管采用双层玻璃间抽真空的结构。内玻璃管外表面镀选择性吸收涂层以提高太阳辐射吸收率。内外玻璃管同轴且一端封闭，另一端通过直接烧熔联接。这种集热管由于管内走水，水工质直接通过内管壁的导热吸收热量，效率较低。长时期使用后，内管结垢也会大大降低传热性能。在使用中还会因没有及时上水或冬季夜间未排空等因素而造成爆管，给用户和经销商带来不必要的损失。
[0004]考虑到管内走水的缺点，提出了管内不走水的真空集热管，以热管式真空集热管为代表。热管是一种高效的导热元件，利用工作介质的两次相变传递热量。将热管与真空集热管结合所开发的热管式真空集热管具有导热效率高，抗冻性能好等优点。如专利号200610098390.6公开的一种金属热管式真空集热管，将金属热管插入金属法兰盘中密封焊接。金属法兰盘通过可伐合金与玻璃外管口熔封。虽然采用了膨胀率相对较低的可伐合金，但是依然存在加工较为困难的问题。由于金属与玻璃的膨胀率不同，长期使用中熔封处容易产生缝隙，无法保证真空度，降低集热管效率。同属金属材料增加了制造成本，价格不具备竞争力。另一种热管式真空集热管采用全玻璃热管式结构，如专利号201210014689.4所公开的一种热管式全玻璃真空太阳集热管。其思路是利用玻璃热管代替金属热管。制作工艺上将全真空玻璃管自环封杯口处同轴并等直径外延伸形成玻璃热管的冷凝段，然后向内管中注入工质再抽真空。不足之处在于环封处由于热应力的存在，在实际使用时容易破裂；由于内管外壁涂敷选择性吸收涂层后再焊接热管冷凝段，高温会使接口处的涂料挥发，影响集热效果。
【实用新型内容】
[0005]针对现有技术的上述缺陷，本实用新型提出一种新型玻璃热管真空集热管，削弱热管与玻璃套管熔封处的热应力，提高集热管安全性和使用寿命。
[0006]为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是:
[0007]一种新型玻璃热管式真空集热管8，主要结构包括玻璃外管I和玻璃热管2。玻璃热管2两端封闭，内部充有传热工质6，并具有一定的真空度。玻璃热管2中部设置熔封焊盘4。熔封焊盘4采用与玻璃外管I和玻璃热管相同的材料制成。熔封焊盘4为环形，内径与玻璃热管2外径相同，其外径与玻璃外管I外径相同。将玻璃热管2分为蒸发段201和冷凝段202。蒸发段201和冷凝段202的长度可根据年均辐照度和输出需求设计不同的长度比。蒸发段201外壁涂敷选择性吸收涂层3。蒸发段201通过自定心支撑5放置在真空玻璃外管I中。玻璃外管I开口端与熔封焊盘4联接，另一端抽真空后熔封，并通过吸气剂7保持一定的真空度。具体加工步骤为:
[0008](I)取一根一端开口，一端封闭且直径较小的毛坯管作为玻璃热管2，根据蒸发段201和冷凝段202长度确定熔封焊盘4位置后，将熔封焊盘4焊接在玻璃热管上；
[0009](2)将玻璃热管2连同焊接好的熔封焊盘4经拉封退火后，在蒸发段201镀上选择性吸收涂层3 ；
[0010](3)取一根两端均为开口，且外径与熔封焊盘4外径相等的毛坯管作为玻璃外管1其一端与熔封焊盘4焊接后，将自定心支撑5与吸气剂7放入管间夹层，使玻璃热管2固定;
[0011](4)将装配好的管子在高温下烘烤排气，通过玻璃外管I管尾抽真空并熔封；
[0012](5)向玻璃热管2中充入定量工质6，高温下再次烘烤排气，通过玻璃热管2顶部抽真空并熔封。
[0013]有益效果:
[0014](I)通过熔封焊盘实现外管与玻璃热管的焊接分离，消除了热管二次热应力，增强了热管的耐高温性和使用寿命。
[0015](2)相比较传统的制作工艺，由于熔封焊盘的使用，避免了内外管熔封时因高温而使接口处的镀膜涂料挥发，集热效果更好。
[0016](3)整体采用全玻璃结构，制造成本低。
[0017](4)热管采用相变换热，其传热能力大，效率高。
[0018](5)热管具有自启动特性。温度较低时，工质维持液态，管内真空度较高，可以对水箱内的水形成保温的效果，散热效果大大降低。
【附图说明】
[0019]图1是新型玻璃热管式真空集热管结构示意图；
[0020]图2是带有直接成型的熔封焊盘的玻璃热管式真空集热管结构示意图；
[0021]图中:1玻璃外管、2玻璃热管、201蒸发段、202冷凝段、3选择性吸收涂层、4熔封焊盘、5自定心支撑、6热管工质、7吸气剂。
[0022]图3是采用新型玻璃热管式真空集热管的太阳能热水器侧视图。
[0023]图中:8新型玻璃热管式真空集热管、9水箱、10支架。
【具体实施方式】
[0024]本实用新型的核心为提供一种新型玻璃热管式真空集热管8 (以下简称集热管)，下面结合附图对本实用新型做进一步说明，应理解这些实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读本实用新型之后，本领域的技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请的权利要求所限定的范围。
[0025]本实用新型的一种实施方案，如图1所示，主要结构包括真空玻璃外管I和玻璃热管2。玻璃热管2内部充有传热工质6，并具有一定的真空度。玻璃外管I长度约为1200mm，玻璃热管2长度约为1220mm。玻璃热管2中部设置熔封焊盘4，宽度约为20mm。熔封焊盘4将玻璃热管分为蒸发段201和冷凝段202，蒸发段201长度为1000mm，冷凝段202长度为200mm。熔封焊盘为环形，其内径与玻璃热管2的外径相同，约为44mm ;外径与玻璃外管I的外径相同，约为60mm。玻璃外管1、玻璃热管2和熔封焊盘4均采用硼硅玻璃3.3。蒸发段201外壁涂敷选择性吸收涂层3。蒸发段201通过自定心支撑5放置在真空玻璃外管I中。玻璃外管I开口端与熔封焊盘4联接，另一端抽真空后熔封，并通过吸气剂7保持一定的真空度。吸气剂7采用蒸散型钡吸气剂。集热管8具体加工步骤为:取一根一端开口，一端封闭且直径较小的毛坯管作为玻璃热管2，根据蒸发段201和冷凝段202长度确定熔封焊盘4位置后，将其焊接在玻璃热管2上；玻璃热管2经过拉封退火后，在蒸发段201镀上选择性吸收涂层3 ;再取一根两端均为开口，且外径与熔封焊盘4外径相等的毛坯管作为玻璃外管1 一端与熔封焊盘4焊接后，将自定心支撑5与吸气剂7放入管间夹层，使玻璃热管2固定；将装配好的管子在高温下烘烤排气，通过玻璃外管I管尾抽真空并熔封；向玻璃热管2中充入定量工质6，高温下再次烘烤排气，通过玻璃热管2顶部抽真空并熔封。
[0026]本实用新型的另一种实施方案，如图2所示，与第一种实施方案的不同之处仅在于在玻璃热管的毛坯管制作中，直接由管壁向外延伸形成熔封焊盘，不需要额外焊接。其加工方式与第一种实施方案相同。
[0027]图3采用新型玻璃热管式真空集热管的太阳能热水器侧视图。水热器由一排集热管8、水箱9和支架10组成。集热管8倾斜放置在支架上，倾斜角度等于正午时当地的太阳高度角。集热管8蒸发段201暴露在环境中，接受太阳辐射，冷凝段202插入到水箱9中。其工作过程为:太阳辐射照射到集热管8上，被选择性吸收涂层3吸收，并通过导热将热量传递给玻璃热管2内的工质6。工质6受热蒸发，在微小压差的作用下迅速流动到冷凝段202。冷凝段202插在水箱9中，壁面温度较低。气态工质与热管内壁接触，遇冷凝结，在重力作用下流回热管蒸发段201，从而完成一个循环。这样吸收的太阳能就被源源不断地送入水箱中，得到安全、可靠的热水。
【主权项】
1.一种新型玻璃热管式真空集热管，主要结构包括玻璃外管和玻璃热管；玻璃热管分为三段:蒸发段、冷凝段和焊接段；蒸发段外表面镀有选择性吸收涂层，内部充有传热工质，通过自定心支撑放置在玻璃外管内，并与外管形成真空夹层；真空夹层内部设置吸气剂；焊接段上设置熔封焊盘，联接玻璃外管和热管；玻璃外管一端开口通过熔封焊盘封闭，另一端抽真空后熔封。2.根据权利要求1所述的新型玻璃热管式真空集热管，其特征是:玻璃外管、玻璃热管和熔封焊盘均采用同一种材料。3.根据权利要求1所述的新型玻璃热管式真空集热管，其特征是:熔封焊盘可以焊接在玻璃热管上，也可以是在烧制时将玻璃热管管壁向外延伸形成焊盘。4.根据权利要求1所述的新型玻璃热管式真空集热管，其特征是:熔封焊盘内径与玻璃热管外径相同，外径与玻璃外管外径相同。5.根据权利要求1所述的新型玻璃热管式真空集热管，其特征是:蒸发段、冷凝段、焊接段的比例为50: 10:1。6.根据权利要求1所述的新型玻璃热管式真空集热管，其特征是:热管工质采用水、酒精等无污染、低沸点工质。
【专利摘要】一种新型玻璃热管式真空集热管，主要结构包括真空玻璃外管和玻璃热管。玻璃热管两端封闭，内部充有传热工质，并具有一定的真空度。玻璃热管分为蒸发段，焊接段和冷凝段。蒸发段外壁涂敷选择性吸收涂层并通过自定心支撑放置在真空玻璃外管中。焊接段上焊有熔封焊盘。玻璃外管开口端与熔封焊盘联接，另一端抽真空后熔封，并通过吸气剂保持真空度。本实用新型通过熔封焊盘实现了外管与热管的分离焊接，消除了二次热应力，使用寿命长；采用全玻璃结构可以降低成本，简化工艺。
【IPC分类】F24J2/46
【公开号】CN204705056
【申请号】CN201520294925
【发明人】杨帆, 蒋川, 邴旖旎, 刘婷婷
【申请人】南京帕偌特太阳能有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月6日
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