太阳能储热型真空热管、储热相变材料及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能储热型真空热管、储热相变材料及其制备工艺，其中，所述储热相变材料的主要组分使用硝酸盐-亚硝酸盐混合熔盐或多元醇混合物，前者适合工业上的大量应用，而后者则具有更好的安全性，适合民用。本发明真空热管结构设计合理，安全系数高，容易安装，采用优选的储热相变材料储后，热量吸收率得到进一步增强,储存热能提高，在不设置储水箱的情况下，能够通过换热实时获取热水或蒸汽，节省供水系统在建筑中占用的空间。
【专利说明】太阳能储热型真空热管、储热相变材料及其制备工艺
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能热利用【技术领域】，具体涉及一种太阳能储热型真空热管、储热 相变材料及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 太阳能光热技术为未来解决能源问题创造了广阔前景，太阳能热水器就是直接利 用太阳能光热技术且被推广使用的家用电器产品之一。目前的太阳能热水器主要有高硼硅 玻璃真空管式和高效吸热蓝膜平板式两种。
[0003] 真空管已经发展20多年，镀膜工艺已经很成熟，从单靶到多靶磁控溅射镀膜技 术，采用这项技术制造的膜层吸热效率已经超过了 94%，低温减反射率已经低于6 %，处于 比较理想状态，只要按照成熟工艺严格控制生产过程都可以生产出质量较高的真空管。真 空管热水器优点较多，如单位面积吸收率高、发射率低、保温好，特别在较冷地区具有得天 独厚的优越性。然而，真空管热水器也有明显的缺点，包括无法与建筑很好地结合、受管径 的局限吸热面积小、双层玻璃吸热效率受到影响、玻璃容易破损、具有安全隐患等。因此，国 外真空管式热水器使用较少。
[0004] 平板式热水器优点较多，包括光照面积大、吸热率高、传热快、易与建筑相结合、盖 板为钢化超白玻璃、没有安全隐患等优点。但也有明显的缺点，其吸热面积大散热面积也 大，所以热平衡温度较低，没有保温能力、无法获得高温。为了防止热水结垢要靠介质导热， 所以只在南方温度较高地区适用。
[0005] 目前为止，还没有一种热水器能够结合这两种热水器的优点。这两种热水器无法 在任何区域推广，也不能使普通热水器从低温向中温发展，更不能发展成蒸汽式热水器。并 且，这两种热水器安装麻烦、零部件较多、不易维护、储热水箱占据很大空间、不安全，为了 承压出水还要安装压力泵。无论是真空管式还是平板式热水器，冬天往往成为摆设，严重依 赖电辅助加热，平板热水器蓝膜暴露在空气中衰减很快，寿命期大大减短。国内热水器价格 战愈演愈烈，太阳能热水器行业处于明显衰退状态。
【发明内容】
[0006] 本发明的技术目的是针对现有产品的缺陷和不足，提供一种太阳能储热型真空热 管，该储热型真空热管可用于太阳能热水器，无需配置笨重的热水储水箱，可通过储热相变 材料实现热量的传递，通过换热将凉水即时转化为热水输出，工程上可以大面积并联使用。
[0007] 为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案为：
[0008] -种储热相变材料，其特征在于，主要由硝酸盐-亚硝酸盐混合熔盐或多元醇混 合物组成。在工业应用中材料使用量较大时，可采用前者，而在民用产品中，考虑到安全性， 则优选采用后者多元醇混合物材料。
[0009] 上述硝酸盐-亚硝酸盐混合熔盐或多元醇混合物可按照以下两种方案设置含量 配比：
[0010] 方案（一）：
[0011] 按照质量百分比，硝酸盐-亚硝酸盐混合熔盐的所含组分包括7?52 %的硝酸钾、 7?23%的硝酸钠、0?52%的硝酸锂、0?50%的亚硝酸钠（以上百分比为具体组分质量 /混合熔盐总质量）；
[0012] 方案（二）：
[0013] 按照质量百分比，多元醇混合物的所含组分包括30?80%的新戊二醇、5?65% 的季戊四醇、5?45%的甘露醇（以上百分比为具体组分质量/混合物总质量）。
[0014] -种太阳能储热型真空热管，其特征在于，包括外层玻璃管、内层玻璃管和中间导 热管：
[0015] 所述内层玻璃管设置在所述外层玻璃管的管腔内，所述中间导热管插入所述内层 玻璃管的管腔；所述内层玻璃管和中间导热管之间填充有储热相变材料，内层玻璃管与外 层玻璃管之间的管腔内设有吸气剂以及支撑架，外层玻璃管与内层玻璃管之间的管腔端部 被密封；
[0016] 所述内层玻璃管开口端设有封闭内层玻璃管开口的堵头，所述堵头由管口向内设 有依次密封连接的玻璃内管、波纹管或波纹管膨胀节、连接件，所述中间导热管从玻璃内 管、波纹管或波纹管膨胀节、连接件中部穿过，所述玻璃内管的外端管口与内层玻璃管的管 口熔封连接，连接件与中间导热管的接触部位密封连接。
[0017] 所述内层玻璃管外表面镀膜，其膜层自管面向外依次为减反膜、吸光膜、增透膜和 保护膜。
[0018] 外层玻璃管和/或内层玻璃管优选采用高硼硅玻璃管，而所述储热相变材料则可 采用上述的任一种配比的储热相变材料。
[0019] 一种用于制备上述复合了石墨的储热相变材料的制备工艺，其特征在于，包括以 下步骤：
[0020] (一）按照预设配比准备原料；
[0021] (二）制备石墨；
[0022] 将可膨胀石墨材料采用微波或马弗炉加热至60(TC以上形成膨胀石墨，而后按照 比例将一定量的膨胀石墨加入溶剂中并采用超声波破碎仪处理，得到石墨微片和溶剂组成 的纳米流体，经过滤、烘干处理后得到石墨粉末。
[0023](三）复合储热相变材料；
[0024] 将其它原料按照比例混合，加热使其熔化并保温一段时间，在不断搅拌的情况下 逐步加入步骤（二）制备的石墨粉末，冷却凝固后即得目标储热相变材料。
[0025] 本发明的有益效果：
[0026] 太阳能储热型真空热管结构设计合理，安全系数高，容易安装。在采用优选的储热 相变材料后，又进一步提高了其热量吸收率及导热能力，使其有效储存热能，在不设置热水 储水箱的情况下，能够通过换热实时获取热水，节省热水供应系统（如热水器等终端产品） 在建筑中占用的空间。工程上大面积并联使用，可以实现稳定的热水、蒸汽供应，适用范围 广。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1为本发明太阳能储热型真空热管的结构示意图；
[0028] 图2为未设置储热相变材料的太阳能储热型真空热管结构示意图。
[0029] 上图中，1-外层玻璃管，2-内层玻璃管，3-中间导热管，4-储热相变材料，5-波纹 管或波纹管膨胀节，6-吸气剂，7-支撑架，8-玻璃内管，9连接件，10-可伐合金。
【具体实施方式】
[0030] 为了阐明本发明的技术方案、技术目的及技术效果，下面结合附图及具体实施例 对本发明做进一步的说明。
[0031] 如图1、图2所述的一种太阳能储热型真空热管，设有外层玻璃管1、内层玻璃管2 和金属材料的中间导热管3,所述外层玻璃管1优选采用高硼硅玻璃管。所述内层玻璃管3 外表面通过多靶材磁控溅射镀膜，其膜层自管面向外依次为减反膜、吸光膜、增透膜和保护 膜。
[0032] 所述内层玻璃管2设置在所述外层玻璃管1的管腔内，所述中间导热管3插入所 述内层玻璃管2的管腔内，且三者之间的中轴线应尽量保持在一条直线上。
[0033] 所述内层玻璃管2和中间导热管3之间填充有储热相变材料4,内层玻璃管2与外 层玻璃管1之间封闭的尾端管腔内设有吸气剂6以及不锈钢支撑架7,支撑架7支撑在外层 玻璃管1的内表面和内层玻璃管2的外表面。外层玻璃管1与内层玻璃管2之间管腔的前 端开口则熔封封闭。
[0034] 所述内层玻璃管2前部的开口端内设有封闭内层玻璃管2开口的堵头，所述堵头 由管口向内（由前向后）设有依次密封对接的玻璃内管8、波纹管或波纹管膨胀节5、连接 件9,所述中间导热管3从玻璃内管8、波纹管或波纹管膨胀节5、连接件9的中部穿过，且连 接件9和中间导热管3的接触部位被密封。上述各部件的连接中，可选择封接玻璃或可伐 合金10进行焊接，以实现不同材料部件对接处的密封性。
[0035] 上述的储热型真空热管的组装过程为：
[0036] 将玻璃内管8-头密封焊接在内层玻璃管2上，另一头与波纹管或波纹管膨胀节5 焊接，而波纹管或波纹管膨胀节5则和连接件9焊接。然后用去离子水清洗干净管壁，烘干 后在磁控溅射炉里进行镀膜处理，镀膜管套上不锈钢支撑架7后插进外层玻璃管1，并在端 头放入吸气剂6,然后熔封对接内、外层玻璃管的前端，并排气抽真空完成真空热管的生产。 真空热管完成后先灌装储热相变材料，再插进中间导热管3,把连接件9与中间导热管3在 端头密封，从而得到储热型真空热管标准件。
[0037] -种储热相变材料，可用于上述真空热管中，其主要组分由硝酸盐-亚硝酸盐混 合熔盐或多元醇混合物构成。配好的储热相变材料，通过成分调节可将其相变温度控制在 100?150°C范围内。
[0038] 实施例一：
[0039] 所述硝酸盐-亚硝酸盐混合熔盐中设有质量百分比为7?52%的硝酸钾、7? 23%的硝酸钠、0?52%的硝酸锂、0?50%的亚硝酸钠。下表为不同组分含量配比的混合 熔盐及其构成的储热相变材料的相变温度。
[0040]
【权利要求】
1. 一种储热相变材料，其特征在于，主要由硝酸盐-亚硝酸盐混合熔盐或多元醇混合 物组成。
2. 根据权利要求1所述的一种储热相变材料，其特征在于： 按照质量百分比，所述硝酸盐-亚硝酸盐混合熔盐的组分包括7?52%的硝酸钾、7? 23%的硝酸钠、0?52%的硝酸锂、0?50%的亚硝酸钠； 按照质量百分比，所述多元醇混合物的组分包括30?80%的新戊二醇、5?65%的季 戊四醇、5?45%的甘露醇。
3. 根据权利要求1或2所述的一种储热相变材料，其特征在于，包含膨胀石墨组分， 所述膨胀石墨的质量含量为膨胀石墨：硝酸盐-亚硝酸盐混合熔盐或多元醇混合物= 1:100 ?10:100。
4. 一种太阳能储热型真空热管，其特征在于，包括外层玻璃管（1)、内层玻璃管（2)和 中间导热管（3): 所述内层玻璃管（2)设置在所述外层玻璃管（1)的管腔内，所述中间导热管（3)插入 所述内层玻璃管（2)的管腔；所述内层玻璃管（2)和中间导热管（3)之间填充有储热相变 材料（4)，内层玻璃管（2)与外层玻璃管（1)之间的管腔内设有吸气剂（6)以及支撑架（7)， 外层玻璃管（1)与内层玻璃管（2)之间的管腔端部开口被密封； 所述内层玻璃管（2)开口端设有封闭内层玻璃管（2)开口的堵头，所述堵头由管口向 内设有依次密封连接的玻璃内管（8)、波纹管或波纹管膨胀节（5)、连接件（9)，所述中间导 热管（3)从玻璃内管（8)、波纹管或波纹管膨胀节（5)、连接件（9)中部穿过，所述玻璃内管 (8)的外端管口与内层玻璃管（2)的管口熔封连接，连接件（9)与中间导热管（3)的接触部 位密封连接。
5. 根据权利要求4所述的一种太阳能储热型真空热管，其特征在于，所述外层玻璃管 (1)或内层玻璃管（2)为高硼硅玻璃管。
6. 根据权利要求4或5所述的一种太阳能储热型真空热管，其特征在于，所述内层玻璃 管（3)外表面镀膜，其膜层自管面向外依次为减反膜、吸光膜、增透膜和保护膜。
7. 根据权利要求4所述的一种太阳能储热型真空热管，其特征在于，所述储热相变材 料（4)为如权利要求1或2中任一权项所述的储热相变材料。
8. 根据权利要求4所述的一种太阳能储热型真空热管，其特征在于，所述储热相变材 料（4)为如权利要求3所述的储热相变材料。
9. 一种用于制备权利要求3所述储热相变材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步 骤： (一） 按照预设配比准备原料； (二） 制备石墨； 将可膨胀石墨材料采用微波或马弗炉加热至600°C以上形成膨胀石墨，而后按照比例 将一定量的膨胀石墨加入溶剂中并采用超声波破碎仪处理，得到石墨微片和溶剂组成的纳 米流体，经过滤、烘干处理后得到石墨粉末。 (三） 复合储热相变材料； 将其它原料按照比例混合，加热使其熔化并保温一段时间，在不断搅拌的情况下逐步 加入步骤（二）制备的石墨粉末，冷却凝固后即得目标储热相变材料。
【文档编号】F24J2/46GK104293304SQ201410479367
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】赫崇君, 孙希干 申请人:孙希干, 赫崇君