一种高导热W型真空集热管太阳能集热糸统的制作方法

一种高导热w型真空集热管太阳能集热糸统
技术领域
1.本发明涉及能源技术领域，具体为一种高导热w型真空集热管太阳能集热糸统。


背景技术：

2.太阳能热利用需要有集热设备。全玻璃真空集热管是上世纪七八十年代的重大发明，经几十年的技术进步，已成为制造成本低，应用普及的绿色能源产品。然而，由于太阳能热水器多年都是靠全玻璃真空集热管表受热，水密度降低上浮，较低温度水密度较高下沉形成对流把玻璃真空管内管表面吸收的太阳能热传送的热水箱形成循环加热。对流传热需要较大的温度差，被加热水与吸热管表面温度差与光强成正比。经测试分析，比例糸数约0.075℃/w，在作95℃热水生产时，光强1000w/m2，玻璃真空管内管表面温度达170℃(过热水和微沸腾物理现像表现没有观察到沸腾)，170℃管表辐射发射糸数比100℃管表辐射糸数提高57％，单位面积辐射散热量增加了2.836倍。这就是现有对流传热的玻璃真空集热管生产≥80℃以上热水效率很低的原因。随着我国双碳事业迫切需要，太阳中高温热水有广泛的市场需求。


技术实现要素：

3.(一)解决的技术问题
4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种高导热w型真空集热管太阳能集热糸统，解决了全玻璃真空管太阳能集热效率较低的问题。
5.(二)技术方案
6.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高导热w型真空集热管太阳能集热糸统，全玻璃真空管内管内充填高导热气体，放置一个与内管直径相近的导热率高的传热管，传热管镀有高导热率低发射率传热选择性涂层，传热管两侧装有接触良好的导热率高的输热管，构成一个高导热糸统，让从全玻真空管内管表吸收的太阳能光转化的热能以较少的热阻传送到输热管内的被加热液体中。
7.优选的，输热管成w型形状，把多支全玻真空管集热串联工作，每个串联组中间没有断头，在输热管一端有被加热液体入口，受迫流动的液体在输热管内被不断加热，经另一端出口流进汇热总管。
8.优选的，全玻璃真空集热管内管腔布置的高导热糸统降低了热阻，减小了被加热液体与真空集热管吸热面的温度差，减少了热损失。
9.优选的，w型形状的输热管将较多支全玻真空集热管串联工作，让进口段吸热管表面温度比液体最终温度低很多，出口段吸热管表面温度比被加热液体最终温度高的不多，整个串联集热组吸热管表面温度比被加热液体最终温度低，进一步减少热损失。
10.优选的，真空集热管安装时口朝下，保温联箱装在下部，减少挡光，提高了集热效率。
11.优选的，输热管容积仅为玻璃真空集热管容积的3.88％，热惰性小，升温起动快，
非集热工作时存热散热少。
12.优选的，被加热液体在输热管内流动，玻璃真空管万一破损，被加热液体也不会外泄，集热糸统仍可继续工作，可在非集热时维修，或在线更换损坏的玻璃真空集热管，这样的特点适宜无人值守糸统。
13.优选的，输热管承压≥9mpa，玻璃真空集热管不承压，减少破损机会。
14.工作原理：全玻璃真空集热管腔内装上直径相近的传热管3，管上镀有高导热率低发射率传热选择性涂层6，同时在玻璃管腔内添加导热良好的气体氦气或氢气，使玻璃真空内管腔内壁热量经辐射传热，接触传热和气体传热把太阳能热传到传热管3内管腔直径低发射传热选择性涂层上，传热管3两侧装有接触良好的输热管4，输热管4成连续w状把多支玻璃管收集的太阳能热高效传输到储热池或需要用热的地方，改变全玻真空管传热工作原理，自然对流传热改为被加热液体受迫流动高导热传热，转移玻璃管受压，可在较高压力条件下工作，液体在输热管4里流动，个别玻璃管破损不影响糸统正常工作，大幅减少集热管液体存储，减少热惰性，减少存储热损失。
15.(三)有益效果
16.本发明提供了一种高导热w型真空集热管太阳能集热糸统。具备以下有益效果：
17.1、本发明在全玻璃真空集热管内管腔内放置一个与内管腔直径相近的传热管，两侧有接触良好的导热优良的输热管，被加热液体在输热管内受迫流动，吸热管吸收的热量以较少的热阻经输热管汇集到储热箱，实现吸热管表与输热管内被加热液体较少的温差，克服了自然对流吸热管表温度与生产水温温差大，辐射散热多，有效得热少缺点。
18.2、本发明液体在输热管内流动，玻璃管不承压，一个集热糸统少量破损不影响糸统连续工作，适宜无人值守糸统，结合低倍聚光集热技术，降低集热阈值，进一步提高瞬时集热效率，可低成本生产低压饱和蒸汽。
19.3、本发明在长程串联安装，实现吸热管表平均辐射散热温度比液体最终温度低许多，大大减少散热量，大大提高集热效率，经测试，生产升温60℃热水，基于吸热面积瞬时效率0.73，是现有自然对流传热真空集热管基于吸热面积瞬时效率高2倍以上。
附图说明
20.图1为本发明整体结构示意图；
21.图2为本发明全玻璃真空管俯视剖面。
22.其中，1、太阳能安装框架2、全玻璃真空管201、内管202、外管3、传热管4、输热管5、真空腔6、高吸热率低发射率光热转换选择性涂层7、高导热率低发射率传热选择性涂层8、高导热气体。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例一：
25.如图1和2所示，包括太阳能安装框架1，太阳能安装框架1的内壁固定连接有多个全玻璃真空管2，多个全玻璃真空管2均由内管201和外管202构成，全玻璃真空管2的内管201和外管202之间设置有真空腔5，全玻璃真空管2内部填充有高导热气体8，多个全玻璃真空管2的内壁放置有与内管201直径相近的导热率高的传热管3，传热管3表面镀有高导热率低发射率传热选择性涂层7，传热管3两侧装有接触良好的导热率高的输热管4，内管201的管壁表面镀有高吸热率低发射率光热转换选择性涂层6，传热液体在输热管4内受迫流动，吸热管吸收的热量以较少的热阻经输热管4汇集到储热箱，实现吸热管表与输热管4内被加热液体较少的温差，克服了自然对流吸热管表温度与生产水温温差大，辐射散热多，有效得热少缺点；
26.输热管4成w型形状，输热管4一端有被加热液体入口，输热管4另一端出口流进汇热总管，真空管2的内管201腔内布置有高导热糸统，输热管4串联有多只全玻璃真空管2，输热管4容积仅为全玻璃真空管2容积的3.88％，输热管4内流动有被加热液体，输热管4承压≥9mpa，全玻璃真空管2不承压。
27.通过实验所得如下：
28.实验时间为2021年12月31日，天气多云转阴，0℃气温，输入水温13.3℃，1000升水箱，从水箱底部泵送较低温水至集热糸统，较高温水从上部注入。集热糸统安装60支高导热w型真空集热管，11.16m2反射镜，有效集热面积13.775m2，测试时间4小时45分(8时50分至13时35分)倾角辐射值8.516mj/m2，水平辐射值6.023mj/m2。测试结果得热量85.68mj，基于吸热面积瞬时效率0.73，基于光场面积瞬时效率0.593；
29.在安装60支高导热w型真空集热管，11.16m2反射镜，配1000升水箱，从水箱底部抽低温水进集热糸统，高温水从水箱上部注入，热水出口装有测温计，水箱温度计放置在水箱中部，经近两小时(8时50分至10时35分)温度计开始升温，再经三个多小时热量向底部扩散，水温计读数基本反映水箱实际温度；
30.吸热面积＝1.8米
ⅹ
4.8米+11.16m2x0.5(直射率)
ⅹ
0.92(反射率)＝8.64m2+5.135m2＝13.775m2，受辐射值＝8.516mj/m2x13.775m2＝117.31mj。生产50℃热水，气温5℃，水平辐射平均值334.6w/m2，得热值＝1000kgx2 0.4℃(33.7℃一13.3℃)
ⅹ
4.2kj/kg.℃＝85.68mj；
31.基于吸热面积瞬时热效率＝85.68mj
÷
117.31＝0.7304。对比某合格产品基于吸热面积瞬时热效率曲线η＝0.65一2.8t
′
＝0.65一2.8x(50℃一5℃)/334.6＝0.65一2.8
ⅹ
0.1345＝0.27343，基于吸热面积瞬时热效率高导热w型真空集热管是常规真空集热管的2.67倍。
32.光场面积4.8米宽
ⅹ
5米行距＝24.0m2，光场水平总辐射值＝24.0m2
ⅹ
334.6w/m2x5小时＝144.55mj，基于集热面积瞬时热效率＝85.68mj
÷
144.55mj＝0.592736,某合格产品基于光场面积瞬时效率η＝0.18一0.89t
′
+0.003gt
′2＝0.0785
33.高导热w型真空集热管是对流传热全玻璃真空集热管同等条件下的基于光场面积瞬时效率的7.6倍。
34.并附实验表格如下：
35.[0036][0037]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。