专利名称：金属-玻璃套装集热管集热模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种金属-玻璃套装集热管集热模块，属于太阳热能利用技术领域。
背景技术：
太阳能集热器是太阳能光热转换的极其关键的部件，它的结构及运行模式决定了 太阳能的转换效率、安装运用的环境、系统运行的安全性、系统寿命和系统的总造价。
目前用量最大的就是全玻璃真空集热管，由于玻璃真空集热管的制造工艺简单， 能耗低，排放少，空前的产业化，亦使得玻璃真空管的制造成本极低！且玻璃真空集热管防 腐，不易结垢。故便于普及推广。但致命缺点是不承压、易爆管、不防冻，很难应用于集热工 程上。 目前真空热管集热管有一定的普及量，其优点是，能承压运行，真空管不接触工 质，所以不存在爆管和冻裂的问题。虽然热管是本身是超导传热元件，但它的吸热段(吸热 蒸发段)是靠铝翼片与之卡装配合，存在一定气隙，热传导不良，铝翼与真空管内管外表面 的选择性热吸收涂层热量传递主要是辐射和空气传递，故传热效率也很低。再者，由于集热 器的结构所限，热管冷凝散热段的面积不够大，故与工质的换热量不足。再由于玻璃真空管 长期处于空晒状态，玻璃真空管内管外表面的选择性吸热涂层(磁控溅射真空镀膜)极易 脱落；热管均为铜材质，在热状态下，容易腐蚀和结垢，故真空热管集热管的寿命只有5-10 年左右。且制造成本很高。 金属玻璃集热管由两部分组成，集热体和保温层。若直接采用金属与玻璃真空封 接(能直接与玻璃封接的金属很少，目前常用可伐金属，但不防腐)，其工艺相当复杂，且成 品率极低，成本高，再由于系统运行中的冷热不均，更容易炸裂、漏气失效。所以在民用产品 上应用甚少，多用于槽式集热发电系统。在太阳能热水制备、采暖、制冷系统工程中，太阳能 集热器的成本占了全部工程造价的70% _80%。如何研发制造全新理念的、低成本的、高效 率的、承压的、安全可靠运行的、长寿命的(20-30年)太阳能集热器直接关系到太阳能工程 的推广与普及。
发明内容
本发明的目的是提供一种真空玻璃管不接触工质、承压、防腐、热效率高、热发射 率低的金属_玻璃套装集热管集热模块。 本发明为了实现上述目的，所采用的技术方案是一种金属-玻璃套装集热管集 热模块，包括集热管、连集管、温度传感器、集热管尾座、集热器连接槽，玻璃真空集热管与 连集管相连接，所述集热管包括玻璃真空保温管和金属集热管，金属集热管置于玻璃真空 保温管内，玻璃真空保温管尾部与金属集热管间填充有硅胶止位垫圈。 本发明所述的一种金属_玻璃套装集热管集热模块一优选方案所述金属集热管 材质为304不锈钢管外表面化学镀铜。
本发明所述的一种金属_玻璃套装集热管集热模块一优选方案所述金属集热管 镀铜后电镀黑镍层。 本发明所述的一种金属_玻璃套装集热管集热模块一优选方案所述金属_玻璃 套装集热管集热模块包括注水管、注水循环流道，注水管一端与注水循环流道相连接、管体 置于金属集热管内。 本发明所述的一种金属_玻璃套装集热管集热模块一优选方案所述金属_玻璃 套装集热管集热模块至少有一根注水管。
本发明所述的一种金属_玻璃套装集热管集热模块一优选方案所述注水循环流
道置于连集管内，注水循环流道间设置流道盲板，注水循环流道一端为冷水工质注入口 、另
一端为热水工质出口 ，所述注水管安装在冷水工质主入口与流道盲板之间，所述注水循环
流道在流道盲板与热水工质出口间开有缺口为热水工质收集口，与连集管相连通。
本发明所述的一种金属-玻璃套装集热管集热模块一优选方案所述一种金
属_玻璃套装集热管集热模块还包括伴热带，伴热带贴附于连集管与集热管连接相对的连
集管内壁。 本发明所述的一种金属_玻璃套装集热管集热模块一优选方案所述连集管外包 有保温层，保温层外包有保温外壳，所述集热管置于符合集热管底部结构的集热管尾架上， 所述保温外壳两端分别集热器连接槽相连接，集热管尾座与集热器连接槽另一端相连接， 集热管尾座与集热器连接槽连接处安装有三角稳固板。 本发明所述的一种金属_玻璃套装集热管集热模块一优选方案所述注水式承压 循环全玻璃真空管集热器采用强制性水循环。 本发明所述一种集热管与连集管相连接的连接方法所述连集管以种植形式焊接 螺钉，套于玻璃真空保温管管口的法兰圈式压环压固硅胶真空密封圈、硅胶止位垫圈、套装 金属管套于螺钉，以螺母固定密封连接连集管。 本发明所述金属集热管外表面选择性吸收涂层的选择选择性吸收涂层是太阳能 热利用的一个重要环节，它对系统的热转换效率有重要影响。如果涂层的光学性能不稳定， 整个系统的热性能就得不到保证。选择性吸收涂层可分为吸收/反射组合膜层、表面织构 膜层、共振散射膜层和复合干涉吸收膜层4种类型，其中吸收/反射组合膜层和复合干涉吸 收膜层应用最为常见。吸收/反射组合膜层一般借助于半导体材料的吸收作用和金属基材 表面的红外反射设计而成。它利用半导体物质的电子结构，选择天然的或人工合成的具有 适当能隙Eg的半导体材料，吸收能量大于Eg的太阳辐射光子，从而使材料的价电子进入导 带，而对能量小于Eg的光子透过，从而底材表面的红外反射特性起作用。复合干涉吸收膜 层是由非吸收的介质膜与吸收复合膜金属底材或底层薄膜组合时对某一波长的光会产生 破坏性的干涉效应。此效应发生在太阳光谱的峰值波长时就会吸收该波长的太阳能。单一 干涉膜只能使太阳光谱中某一波长的反射率等于零，要吸收整个太阳光谱波段的太阳能， 就要设计复式多层膜。实用的选择性吸收涂层应具有以下特征①在太阳光谱的波长范围 内有最大的吸收率，对实用性涂层一般要求a X).9;②在波长A 〉2.5iim时，有尽高的 反射比P，即在使用温度范围内，其半球发射比越小越好，一般使用要求e《0.1。
利用外层膜对小于临界波长的辐射有较高的吸收性，对大于临界波长的辐射有良 好的透射性，底层金属表面膜的高反射性的吸收/反射组合膜层，选择黑镍_铜_不锈钢基材膜系结构。从低成本和工艺简便出发，选用化学镀铜为高红外反射膜，以电镀黑镍层为高 吸收外层镀层的厚度和表面微观形状对a和e有较大的影响，所以必须在工艺上控制电 镀时间，电流密度及镀液温度，以便控制膜层的厚度和表面质量。电镀黑镍涂层的光学性能 与黑镍涂层的厚度及基材表面的光洁度有关，与涂层工艺有关。双层黑镍涂层的光学性能 优于单层黑镍涂层的光学性能，双层黑镍涂层可以通过按时间按比例突然增大电流密度的 办法得到。双层黑镍涂层的最佳厚度为0. 048 0. 063mg/cm、单层黑镍涂层的最佳厚度为 0.040 0.052mg/cm2。为有效降低黑镍涂层的发射率， 一定要提高基材表面的光洁度。按 以上工艺制得的集热管a》0.94， e《0.06。 本发明所述的一种金属_玻璃套装集热管集热模块其承压能力得到极大改善。集 热管尾座设计成符合玻璃真空管集热管尾部的形状，具有抗弯曲变形、超硬加强的性能。集 热管尾座、集热器连接槽、连集管保温外壳构成集热器的基本框架，集热管尾座、同时集热 器连接槽连接处加装三角稳固版使其基本框架更加稳定。另连集管与集热管的连接采用了 新技术，不仅加装密封垫，并且通过螺栓将密封垫固定在连集管上，使其密封性、承压能力 都得到加强。随着冷水的注压力增大，通过集热管尾座、集热器基本框架分解压力，使其这 个集热器保持在一个稳定的状态下工作。 本发明所述的一种金属_玻璃套装集热管集热模块工作原理是改变原集热器的 自然微循环方法，而是以强制循环冷水经注水循环流道间歇式(时间为30-300秒)通过延 伸至靠近金属集热管底部的注水管分别注入到每一支金属集热管的底部，太阳光照后，金 属集热管外表面的镀层吸收能量，加热水工质，当温度传感器感受连集管出口部位的液体 温度达到某一设定值时，循环泵启动，冷水再次注入到玻璃真空集热管的底部，同时将热水 顶出。水工质不与玻璃保温层相接触，避免了玻璃保温管的爆管、冻裂。且一旦保温管破碎 也不会影响整个系统的运行。
本发明的有益效果在于 1、选择薄壁抛光的不锈钢管先化学镀铜形成红外反射膜，再镀以黑镍的工艺是简 易可行的，即节能环保，又大大地提高了光辐射吸收效率。传统的集热管是由内管外表面的 选择性镀膜层吸收光能量再由玻璃传递给水工质，因玻璃是传热的非良导体，故传热效率 远低于不锈钢管的传热效率。套装在金属集热管外的透明真空保温玻璃管更加容易制作， 因免去了磁控溅射镀膜环节，其成本大幅降低。 2、本发明改变了目当前公开的集热器进水口与出水口短路流的问题，采用进冷水 与出热水相分离。 3、普通的全玻璃真空管太阳能集热器，因自然对流传热而产生的二次流、短路流、 涡流、湍动等现象，导致热启动慢、热效率低下，也因本发明中的强制热循环得到了解决。
4、以往的全玻璃真空管太阳能集热器，因集热管内水工质的自然微循环，集热管 底部易沉积杂质絮垢，不易清理的问题，也因本发明注水管直通集热管底部而解决。且可因 强制循环，流经系统的过滤装置滤除。 5、由于本发明的特殊结构，接近集热管底部的注水管，通过系统的抽水循环，很方 便的即可将集热管内的水工质吸干，全玻璃真空管太阳能集热器即可进入防冻、或维修状 态。 6、适应承压(0. 65MP-1. OMP)的特殊模块化结构解决了高层建筑南里面墙的运
5用。 7、水工质不与玻璃保温层相接触，避免了玻璃保温管的爆管、冻裂。且一旦保温管 破碎也不会影响整个系统的运行。
玻璃套装集热管集热模块结构简图； 玻璃套装集热管集热模块局部放大图； 玻璃套装集热管集热模块连集管与集热管连接示意图, 玻璃套装集热管集热模块连集管与集热管连接俯视图
图l本发明所述的金属
图2本发明所述的金属
图3本发明所述的金属
图4本发明所述的金属
图5本发明所述的金属
图6本发明所述的金属_玻璃套装集热管集热模块金属集热管俯视图。
图中，1-注水循环流道，2-连集管保温外壳，3-连集管，4-热水工质收集口 ， 5-温 度传感器，6-伴热带，7-热水工质出口 ， 8-流道盲板，9-集热器连接槽，10-三角稳固板， 11-集热管尾座，12-冷水工质注入口 ， 13-真空密封圈，14-注水管，15-伴热带引出口 ， 16-保温层，17-螺钉，18-玻璃真空保温管，19-金属集热管，20-黑镍涂层，21-硅胶止位垫
具体实施例方式
如图1所示金属_玻璃套装集热管集热模块包括集热管、连集管3、温度传感器5、 集热管尾坐11、集热器连接槽9，注水管14、注水循环流道1。 集热管包括玻璃真空保温管18和金属集热管19，金属集热管19置于玻璃真空保
温管18内，玻璃真空保温管18尾部与金属集热管19间填充有硅胶止位垫圈21。 金属集热管19选用薄壁抛光的不锈钢管，选用化学镀铜为高红外反射膜，以电镀
黑镍层为高吸收外层镀层，双层黑镍涂层的最佳厚度为0. 048 0. 063mg/cm、单层黑镍涂
层的最佳厚度为0. 040 0. 052mg/cm2。为有效降低黑镍涂层的发射率， 一定要提高基材表
面的光洁度。按以上工艺制得的集热管a》0.94， e《0.06。(如图3、5所示) 注水管14一端与注水循环流道1相连接、注水管14管体置于金属集热管19中、注
水管14另一端靠近金属集热管19底部。注水管14与金属集热管19配套使用，金属_玻
璃套装集热管集热模块中至少有一套该配置。 注水循环流道1置于连集管3内，注水循环流道1间设置流道盲板8，注水循环流 道1 一端为冷水工质主入口 12、另一端为热水工质出口 7，注水管14安装在冷水工质主入 口 12与流道盲板8之间，注水循环流道1在流道盲板8与热水工质出口 7间开有缺口为热 水工质收集口 4，热水工质收集口 4与连集管3相通。(如图1、2所示)
连集管3外包有保温层16，保温层16外包有保温外壳2。连集管3采用2. Omm、 304#不锈钢管，焊接封头制成，所有开孔均采用激光切割，以求得最佳精度和最小变形量。 金属集热管外延打有螺孔，连集管以种植形式焊接螺钉，硅胶真空密封垫、金属集热管套于 连集管焊接螺钉，用螺母固定。硅胶真空密封垫固定玻璃真空保温管管口 ，玻璃真空保温管 管口与螺母之间填充硅胶止位垫圈，将上述连接压固密封。(如图3、4所示)此种连接改变 了以往玻璃真空集热管与连集管之间简单的硅胶密封圈套封是不能承压的缺点，同时硅胶真空密封圈的使用寿命为30-50年。 集热管置于符合集热管底部结构的集热管尾座11上。集热管尾座11设计成符合 集热管尾部的形状，具有抗弯曲变形、超硬加强的性能。 集热管尾座11、集热器连接槽9、连集管保温外壳8构成集热器的基本框架，集热 管尾座11 、同时集热器连接槽9连接处加装三角稳固版10使其基本框架更加稳定。(如图 l所示) 金属-玻璃套装集热管集热模块还包括伴热带6，伴热带6贴附于连集管3与玻璃 真空集热管13连接相对的连集管3内壁，通过伴热带引出口 15引出。加入伴热带6的作 用是为了取得更好的加热效果。 金属-玻璃套装集热管集热模块采用强制性水循环，利用泵间歇式强制性水循 环。 金属-玻璃套装集热管集热模块在热水工质出口 7安装有温度传感器5。 金属-玻璃套装集热管集热模块的工作方法为注水循环流道1将冷热水分离，并
将冷水注入到金属集热管19底部继而将已加热的热水顶出的注水循环流道1。冷水经注水
循环流道1间歇式分别注入到每一支金属集热管19的底部，太阳光照后，金属集热管19外
表面的镀层吸收能量，加热水工质，当温度传感器5感受连集管出口部位的液体温度达到
某一设定值时，循环泵启动，冷水再次注入到玻璃真空集热管的底部，同时将热水顶出。水
工质与玻璃真空保温管相抵触，避免了玻璃真空保温管爆管等问题的发生。 本发明的承压性能体现在设计成符合集热管尾部形状集热管尾座、集热器连接
槽、连集管保温外壳构成集热器的基本框架，集热管尾座、集热器连接槽、连集管保温外壳
均为铝合金型材制成。同时集热管尾座、集热器连接槽连接处加装三角稳固版。另连集管
与全玻璃真空集热管的连接采用了新技术，不仅加装密封垫，并且通过螺栓将密封垫固定
在连集管上，使其密封性、承压能力都得到加强。随着冷水的注压力增大，通过集热管尾座、
集热器基本框架分解压力，使其这个集热器保持在一个稳定的状态下工作。 本实施例注水式承压循环全玻璃真空管集热器工作过程是改变原集热器的自然
微循环方法，而是以强制循环冷水经注水循环流道间歇式(时间为30-300秒)通过延伸
至靠近玻璃真空集热管底部的注水管分别注入到每一支玻璃真空集热管的底部，太阳光照
后，玻璃真空集热管内层外表面的选择性镀膜吸收能量，加热水工质，当温度传感器感受连
集管出口部位的液体温度达到某一设定值时，循环泵启动，冷水再次注入到玻璃真空集热
管的底部，同时将热水顶出。 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种金属-玻璃套装集热管集热模块，包括集热管、连集管、温度传感器、集热管尾座、集热模块连接槽，集热管与连集管相连接，其特征在于所述集热管包括玻璃真空保温管和金属集热管，金属集热管置于玻璃真空保温管内，玻璃真空保温管尾部与金属集热管间填充有硅胶止位垫圈。
2. 根据权利要求1所述的金属_玻璃套装集热管集热模块，其特征在于所述金属集 热管(材质为304不锈钢管)外表面化学镀铜。
3. 根据权利要求1所述的金属-玻璃套装集热管集热模块，其特征在于所述金属集 热管镀铜后电镀黑镍层。
4. 根据权利要求1-3所述的金属-玻璃套装集热管集热模块，其特征在于所述金 属_玻璃套装集热管集热模块包括注水管、注水循环流道，注水管一端与注水循环流道相 连接、管体置于金属集热管内。
5. 根据权利要求4所述的注水管，其特征在于所述金属_玻璃套装集热管集热模块 至少有一根注水管。
6. 根据权利要求4所述的注水循环流道，其特征在于所述注水循环流道置于连集管 内，注水循环流道间设置流道盲板，注水循环流道一端为冷水工质注入口 、另一端为热水工 质出口 ，所述注水管安装在冷水工质主入口与流道盲板之间，所述注水循环流道在流道盲 板与热水工质出口间开有缺口为热水工质收集口，与连集管相连通。
7. 根据权利要求1-3所述的一种金属-玻璃套装集热管集热模块，其特征在于所述 金属_玻璃套装集热管集热模块还包括伴热带，伴热带贴附于连集管外上表面壁。
8. 根据权利要求1-3所述的一种金属-玻璃套装集热管集热模块，其特征在于所述 连集管外包有保温层，保温层外包有保温外壳，所述集热管置于符合集热管底部结构的集 热管尾架上，所述保温外壳两端分别集热器连接槽相连接，集热管尾座与集热器连接槽另 一端相连接，集热管尾座与集热器连接槽连接处安装有三角稳固板。
9. 根据权利要求1-8所述的一种金属-玻璃套装集热管集热模块，其特征在于所述 注水式承压循环全玻璃真空管集热器采用强制性水循环。
10. —种实施权利要求1集热管与连集管相连接的连接方法，其特征在于所述连集管 以种植形式焊接螺钉，套于玻璃真空保温管管口的法兰圈式压环压固硅胶真空密封圈、硅 胶止位垫圈、套装金属管套于螺钉，以螺母固定密封连接连集管。
全文摘要
本发明公开了一种金属-玻璃套装集热管集热模块，属于太阳热能利用技术领域。目前采用的全玻璃真空集热管不承压、易爆管、不防冻，很难应用于集热工程上；而真空热管集热管内管外表面选择性吸热涂层(磁控溅射真空镀膜)，在长期空晒下，极易脱落。本发明提供一种真空玻璃管不接触工质、承压、防腐、吸热效率高、热发射率低的金属-玻璃套装集热管集热模块。集热管包括玻璃真空保温管和金属集热管，金属集热管置于玻璃真空保温管内，金属集热管外表面化学镀铜，镀铜后电镀黑镍层。同时在注水循环流道内增加流道盲板，使冷热水工质分离，并且注水循环流道直接连接注水管使冷水直接到达金属集热管底部。且提供新的连集管与集热管承压连接方式。
文档编号F24J2/48GK101762081SQ20101001013
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者邓晓东 申请人:大连希奥特检测设备有限公司