[发明专利]内聚光式金属－玻璃真空管太阳热水器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能利用技术。

技术背景

现有全玻璃真空管太阳热水器普遍存在以下问题：运行安全问题：玻璃管直接与被加热流体接触，由于玻璃易碎、易裂，极易造成系统瘫痪；密封可靠问题：玻璃管与金属器的硅胶密封圈寿命及密封可靠性不能满足建筑行业需要；水垢清理问题：由于玻璃是盲管形式，流体在玻璃管中的加热温度又恰恰在钙、镁离子易于氧化析出的范围，水垢沉积清理问题很麻烦；承压运行问题：硅胶密封及玻璃的脆性都决定了系统不能承压运行，限制了承压式热水器及大型系统的应用；集热器寿命问题：玻璃管的绝热性能依赖真空夹层，真空度的保持年限无法达到建筑行业需要；全年水温不均衡问题：现有的普通太阳能热水器冬天的水温太低，根本不能使用，夏天的水温却太高，影响了太阳能热水器的使用寿命。因为水温高于90℃非常容易产生水垢，这就使真空管内壁增厚，影响传热效果，直接导致太阳能热水器使用寿命的缩短。跟踪问题：由于跟踪装置结构非常复杂，部件很多，造价很高，容易出故障，存在运行不稳定等不利因素；高效聚热管低效聚热器问题：热水真空管热水器基本上是紧凑直插式，长1.2米的真空管内取不出来的热水，每支管子达0.9公斤，按粗略计算，每平方米(10支管子)热水器有约9公斤热水无法使用(占总容水量9％～10％)；聚热管管内和管间存在2～3.5厘米的漏光间隙，即使装上反光板也由于效果不佳，太阳光有效利用率仅60～70％；CPC安装精度问题：如果在制造或安装过程中存在误差，光线入射角稍大于CPC最大入射半角就会有一部分光线不能会聚到吸收体上导致集热效率下降。热水温度问题：由于全玻璃真空管是非聚光，热水温度只能达到80～90℃，而绝大数工业应用要求热水温度100～200℃。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠的高效中高温太阳热水器。

本发明的热水器技术方案可有效解决上述问题。本发明的热水器由内聚光式金属-玻璃真空聚热器、跟踪式支架、分离式储热水箱和其他配件组成。

本发明的内聚光式金属-玻璃真空聚热器由包括CPC玻璃聚光真空管、金属吸热管、金属-玻璃热压接头、吸气罐等内聚光式金属-玻璃真空聚热管组成。

本发明的CPC玻璃聚光真空管分圆弧形太阳光透光区和CPC太阳光反光区。圆弧形透光区和CPC太阳光反光区平滑过渡连接。CPC玻璃聚光真空管的上内表面为圆弧状太阳光透光区。根据抛物线和渐开线的特点及边缘光线原理将CPC玻璃聚光真空管的下内表面设计成CPC复合抛物面聚光器。由抛物线和渐开线构成CPC玻璃聚光真空管的下内表面，即CPC太阳光反光区。在CPC表面设有高反射镜面涂层。CPC玻璃聚光真空管设有红外线反射涂层。

本发明的金属吸热管为弓形金属吸热管，金属吸热管外表面附有太阳能中高温选择性吸收膜。由于金属和玻璃的膨胀系数不匹配，热胀冷缩将产生破坏性应力，同时也为了使金属吸热管处于CPC玻璃聚光真空管反射光线的焦点内，金属吸热管的两端各被弯成Z形。整根金属吸热管呈弓形。

金属吸热管穿过CPC玻璃聚光真空管。金属吸热管与CPC玻璃聚光真空管两端用金属-玻璃接头封接。金属吸热管与接头的金属盖焊接；CPC玻璃聚光真空管与接头的玻璃盖熔融封接。

本发明的金属-玻璃接头由环状金属盖、环状玻璃盖、铝丝、管和吸气罐组成。环状金属盖和环状玻璃盖通过铝丝热压封接。为了保证热压封接的漏气速率低于10^-11mbar.L/sec，采用双重热压铝丝密封的结构。吸气罐内装有蒸散型和非蒸散型吸气剂。在吸气罐壁上刻一“O”凹痕。“O”凹痕处焊接一段短波纹管。金属-玻璃接头的一根管插入吸气罐的短波纹管内并焊接。管端面呈45°角。为了防止吸气剂在高温排气时被大量消耗，只有在高温排气达到一定真空度后才压缩波纹管使管刺穿吸气罐“O”凹痕处的罐壁，吸气罐与内聚光金属-玻璃管的真空腔贯通。为了强化密封效果，在焊缝处，涂有真空漆和密封胶。