一种带有回流装置的全玻璃热管式真空集热管的制作方法

本发明涉及一种带有回流装置的全玻璃热管式真空集热管，属于太阳能热利用领域。

背景技术：

随着太阳能热利用技术的不断发展，无论是工业或日常生活对于各类太阳能热利用方式与产品的需求越来越大，常见的有太阳能热发电、太阳能热水器、太阳灶、太阳房等等。其中，随着人们对日常生活用水品质要求的提高，太阳能热水器的市场逐渐扩大，而作为太阳能热水器的核心部件的太阳能集热器，虽然不是直接面向消费者的终端产品，但其性能的好坏将直接对热水器的性能优劣产生影响。

根据集热器是否有真空空间可将集热器分为平板型集热器和真空管集热器。其中，全玻璃真空集热器在早期的热水器产业中有很广泛的应用，但是，由于管内走水，在运行过程中，水工质直接传热效率较低，且若有一只管破损，系统将全部停止运行，此外，随着使用时间的延长，内管结构降低传热性能也是其缺点之一。为弥补这些缺陷，同时为了进一步提高集热器的运行温度，拓宽太阳能的应用领域，全玻璃热管式真空集热器应运而生。

因为采用了热管技术，全玻璃热管式真空集热管具有很多优点，比如：管内无水，在低温环境下耐冻防裂，耐热冲击；热管内工质热容量小，热管启动快；由于“热二极管效应”，集热管保温性能好等。此外，与金属式热管式真空集热管相比，具有易成型，制作成本；不存在玻璃与金属间气密封接技术的难题等优势。虽然全玻璃热管式真空集热管具有许多优点，性能也不断提高，但依然存在一些不足之处。

由于热管式真空集热管内工质在冷凝段放出热量后降温冷凝，形成液态工质，而液态工质的回流需依靠其靠自身重力流回至蒸发段，故安装时需将热管式真空集热器与地面呈一定倾角放置。不足之处在于当液态工质回流的同时，蒸发段产生的气态传热工质上升，会剪切回流的液态工质，进一步减缓了工质的回流，降低输送能力，削弱了集热管的液汽循环，从而减弱集热管的传热效率。

技术实现要素：

技术问题：针对现有技术的上述缺陷，本发明提出一种带有回流装置的全玻璃热管式真空集热管，将回流液与上升的气态传热工质分离开来，减小气态传热工质对回流液的阻力，从而加速了液体的回流，提高输送能力，增强液汽循环，提高集热管换热的工作效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种带有回流装置的全玻璃热管式真空集热管所采用的技术方案是：

该真空集热管包括玻璃外管、玻璃热管以及回流装置；其中，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，内部充有热管工质，通过自定心支撑放置在玻璃外管内，并与玻璃外管形成真空夹层；真空夹层内部设置吸气剂；玻璃热管内部的焊接段设有回流装置，由一块挡板和一根导管构成；焊接段封接玻璃外管和玻璃热管；玻璃外管一端开口通过封接结构进行封闭，另一端抽真空后熔封。

所述玻璃外管、玻璃热管、回流装置和封接结构均采用同一种材料。

所述玻璃热管内封接处的回流装置中的挡板在近玻璃热管背阴侧处开孔，挡板约占热管截面的1/3～1/4。

所述玻璃热管内封接处的回流装置中的导管位于挡板开孔处，并延伸至玻璃热管底部热管工质液面以下。

所属表玻璃热管内封接处的回流装置中的导管外径与挡板开孔直径相同。

所述封接结构内径与玻璃热管外径相同，外径与玻璃外管外径相同。

蒸发段、冷凝段长度比例为4:1-7:1。

热管工质采用水或酒精。

有益效果：

(1)通过增加挡板及导管实现了回流液与上升气态传热工质的分离，减小了气态传热工质对回流液的流动阻力，从而加速了液体的回流，提高输送能力，增强汽液循环，提高集热管换热的工作效率。

(2)通过增加回流装置后汽液循环增强，可防止热管内蒸发段液态工质干涸，安全性提高和使用寿命。

(3)热管工质热容量小，启动快；通过增加回流装置后汽液循环增强，可减少充液量，进一步加快启动。

(4)集热管整体采用全玻璃结构，易成型，制造成本低。

(5)热管有“热二极管效应”，具有较好的保温性能。

附图说明

图1是带有回流装置的全玻璃热管式真空集热管；

图中有：玻璃外管1、选择性吸收涂层2、自定心支撑3、吸气剂4、挡板5、封接结构6、导管7、玻璃热管8、热管工质9、蒸发段002、冷凝段001。

图2是图1中挡板5、导管7、玻璃热管8的剖面结构示意图。

图3是带有回流装置的全玻璃热管式真空集热管的太阳能热水器侧视图。

图中：带有回流装置的全玻璃热管式真空集热管10、水箱11、支架12。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种带有回流装置的全玻璃热管式真空集热管10(以下简称集热管)，下面结合附图对本发明做进一步说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域的技术人员对本发明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。

本发明的一种实施方案，如图1、2所示，主要结构包括玻璃外管1、回流装置(即挡板5及导管7)和玻璃热管8。玻璃热管8内部含传热工质9，并具一定的真空度。玻璃外管1长度约为1200mm，玻璃热管8长度约为1220mm。玻璃热管8中部为封接结构6将玻璃热管分为冷凝段001和蒸发段002，冷凝段001长度为200mm，蒸发段002长度为1000mm。封接结构6为环形，其内径与玻璃热管8的外径相同，约为45mm；外径与玻璃外管1的外径相同，约为70mm。挡板5设在玻璃热管8内部封接结构处，其面积约占热管截面的1/3～1/4。挡板5上小孔直径约8mm，导管7外径与小孔直径相同，长度约为800mm。玻璃外管1、封接结构6、挡板5、导管7和玻璃热管8均采用硼硅玻璃3.3。蒸发段002外壁涂敷选择性吸收涂层2。蒸发段002通过自定心支撑3放置在真空玻璃外管1中。玻璃外管1开口端与封接结构6联接，另一端抽真空后熔封，并通过吸气剂4保持一定的真空度。吸气剂4采用蒸散型钡吸气剂。

图3是采用带有回流装置的全玻璃热管式真空集热管的太阳能热水器侧视图。该热水器是由一排集热管10、水箱11和支架12组成。集热管10以一定倾角放置在支架上，倾斜角度与正午时当地的太阳高度角一致。集热管10蒸发段002接收太阳辐射，冷凝段001放置于水箱11中。热水器的基本工作流程为：太阳辐射照射到集热管10上，被选择性吸收涂层2吸收，通过导热将热量传递给玻璃热管8内的工质9。工质9受热迅速汽化，上升到热管8冷凝段001。由于冷凝段001插在水箱11中，水箱壁面温度较低。气态工质在较冷的热管8内壁凝结，释放汽化潜热，将热量传递给水箱11中的水。凝结后的液态传热工质依靠其自身的重力作用下流汇聚至封接处挡板5上，随后沿导管7重新回流至回热管蒸发段002处的液态工质中，然后重复上述过程。因此，经集热管10吸收的太阳辐射能就被源源不断地送入水箱中，从而获得安全可靠的热水。