[发明专利]太阳能“翅片式热管”集热管

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能“热管”式的集热管，特别是一种能明显提高太阳辐射能量利用率的太阳能集热管，属于太阳能运用领域。

背景技术

现有技术的太阳能“水铜热管”集热管实际是一“热管式的光热转化系统”。其结构主要包括水铜热管，塑料盖和层间涂有金属吸热涂层的双层“真空玻璃”集热管，所述热管由直径φ8～φ10mm、长度1500～2000mm的集热段和直径φ20mm、长度50～100m的冷凝段构成(附图6)，所述塑料盖中心设有热管可穿过的孔，所述水铜热管的集热段穿过塑料盖盖装在“真空玻璃”集热管内。所述水铜热管的冷凝段插入装有橡胶密封圈的水箱内胆的安装孔中，或集中供热系统的加热联箱中，插入段用于对储水加热。热管式集热管由于不会像“真空玻璃”集热管那样存在冬、夏季易爆管和管内留存热水造成能量浪费，受到人们关注。

太阳的辐射能量在“热管式光热转化系统”中的集热过程为：“真空玻璃”集热管的金属吸热涂层收集(辐照面)、传导(涂层管玻壳)、交换(热管集热段表面)、传导(热管介质)、交换(热管冷凝段表面)完成对储水加热过程，即太阳辐射→收集→传导→交换→传导→交换→储水。在其它因素不变的条件下，“太阳辐射能量的传递速率和集热器的集热效率，随集热器被照射表面温度的升高而降低”，根据传热学原理，两物体间的热量传递需存在一定的温度梯度即温差，在其它条件一定时，该差值越大热传递速率则越高。如设：太阳辐射能量、储水温度及能量的热交换和热传递速率均为定值，则从储水开始，每一次的传导或交换都将抬高一次温度，最终导致辐照表面与储水间的温度梯度大幅度增加，造成对太阳辐射能量的吸收转化效率即总体的热效率降低。而太阳能“热管”集热管中的热管作用在于利用热管的“等温效应”，减小辐照表面与储水间的温度梯度，以提高热效。

由于，“真空玻璃”集热管内金属涂层吸收的能量需通过内层玻壳传递到管内，增加了玻壳热阻，再通过管内空间的空气以低效的自然对流方式对水铜热管的集热段加热，虽现技术有在玻璃管内与热管间增加一金属导热圈，分别与热管外圆和玻壳内圆相配合，而导热圈与玻壳和热管间的圆度、同心度、直线性及加之公差要求，造成不能相互贴合紧密，仍需靠空气传热，使传热速率大大降低，与太阳能“真空玻璃”集热管直接对水的热交换方式比，传热速率相差巨大，是导致其热效低于“真空玻璃管”的主要原因之一。使之水铜热管只是作为一个中间传热工具，而不是直接用于对太阳辐射能量的收集，大幅度降低了热管的效能。

现有“真空玻璃”集热管的辐射吸收比α最大可达92％，基本已达极限值。因其内层管外圆表面金属吸热涂层厚度受到金属喷涂工艺的限制，就如同电镀层厚存在的工艺问题一样，层厚一大就会起皮脱落，所以现金属吸热涂层目视都可看见明显透光现象却无法解决弥补，故要将α值进一步提升的可能性已不大。

由于，采用“重力运行”方式工作的太阳能水铜热管，传热介质水聚集于热管底部形成的液池中，如按标准设计，约占热管总长的1/3，冬季仍存在冻爆的问题，故实际长度要小得多(≤30mm)。由于，热管成几何级数高于铜的热传递速率是在于热管内的传热介质在真空状态下的汽化吸热和冷凝散热，所以只有热管底部的液池段才能实现以高效的“热管工作方式”传热。而表面积最大只有0.0009(m²)的热管液池段造成了其热交换面积的严重不足〔如设：该处温差为k(℃)，热交系数为h(W/m².℃)，则热管以“热管工作方式”传热的液池段所能获得的能量仅有0.0009(m²)k(℃)h(W/m².℃)＝0.0009kh(W或J/s)。〕，其余达95％以上的热管集热段表面获得的能量仅能以对管内介质蒸汽加热的方式传热，而蒸汽吸收携带能量的能力仅达2J/g.℃左右，与水(40℃)的汽化吸热2400J/g无法相比，热管并不完全以“热管工作方式”传热，使热管所具有的热传递速率优势被丧失。

因在太阳能水铜热管内的丝网式吸液芯的网孔密度须不小于50目，且因热管集热段的管内径小(φ6.5～φ8.5mm)，长度大(1500～2000mm)，导致热管冷凝段凝结的传热介质在吸液芯中的轴向流动阻力大，易造成吸液芯因失液而失效；而选用小于50目的丝网，则吸液芯的毛细唧送压力小，自吸液能力低，仍将造成吸液芯失效。且普通丝网式吸液芯失液后难以自己恢复，即所谓的热管重复性差。