插式热管-玻璃真空管太阳能热水器的研制

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1、维普资讯http://www.cqvip.com⑦J新能源1999，21(10)一11～15插式热管一玻璃真空管太阳能热水器的研制、王泽#付向东方志平翟国强————一————一中国科学院电工研究所一北京中科电气高技术公司太阳能部北京100080)摘要奉文介绍了插式热管一玻璃真空管太阳能热水嚣研制墨路丑主要结构特点、。li袍尊敷时集热元件热管一玻璃真空营的设计傲了一般挂阐连关键词塑璃或热管一旦受损，必须整体更换，维修费用1概述高；太阳能热水器作为光热产品，美国是使用最早和最多的国家之一。我国自80年代以来太阳能热水器的开发和使用也有了很大发展]，已有闷晒式、平板式、全玻璃真空管式及最近几

2、年问世的铝翅片吸热lOOmm热管真空管式等诸多品种类型。闷晒式、平板式太阳能热水器在国内市场仍占有相当的比例。自90年代初期尤其是中期以来，随着国内第一条全玻璃真空集热管生产线的建成，及类似的生产设备紧随其后迅速剧增，真空管式太阳能热水器(图1)田1全玻璃真空蕾热水醑开始走入市场，成为热点。经过几年实际应用玻璃管真空101o0检验，人们认识到它主要有以下不足：①抗冷热冲击性能差，上水时间受限制；②运行温度高，集热管内壁结垢，B久使效率受到影响；③集热管仅能在一17℃以上运行，高寒地区无法推广应用；④热水器的一支真空管破碎，整台热水器将不能使用。圈21∞mm热蕾真空蕾图2示出了某单位生产

3、的热管真空管热水器使用的热管真空管。它由玻璃与金属封全玻璃真空管目前产量很大，但自1997接形成优于1oPa的真空[2]，铝质的吸热翅年以来，随着供大于求，其价格逐步下滑。由片制备有吸收涂层，热量经冷凝段传给水，使于全玻璃真空营热水器自身的不足，一定程热水器工作。这种热水器克服了前述的全玻度上影响了这一产品领域长期发展。蓬勃兴璃真空管热水器之不足，但由于目前其玻璃起的太阳能热水器市场迫切需要性能优良、金属热封接技术成品率低(约40)及本身价格适中的新型集热元件。我们经过市场、技的结构特点，也有以下不足：①价格高，市场术、工艺、经济诸方面综合分析、论证，确定对不好接收；②冷凝端结垢，需定

4、期清理；③玻插式热管．全玻璃真空管热水器及其集热元·1】·维普资讯http://www.cqvip.com件(器)、保温水箱、支架等主要组成部分进行成一个金相结合的整体了研制，使之迅速形成产品。④热油式热管玻璃真空管组合与①不同的是没有既起传热作用又起涨紧作用的涨2集热元件：插式热管一全玻璃真空管紧件。而是依靠传热油来传递热量。集热元件是热水器的主要部件，其成本⑤选用不带涂层的玻璃真空管在②、③与技术在热水器中举足轻重。二种方案中与内管壁接触的热管涨紧件表面全玻璃真空管产量大、价格低、生产设备上制备涂层来吸收阳光，而不靠真空管吸收现成，克服其不足、利用其长处，在此基础上涂层集热。制造新

5、的集热元件。是一条捷径热管传热技方案②、③、①与①之间的比较列于表术在航空、航天及热物理领域早已成熟。图2l所示的1[】『】热管真空管是热管技术应用于方案⑤虽然由吸热体直接吸热，但由于太阳能热水器的一例。此类产品中，47ram阳光要多穿过一层玻璃，其光效率比①～①直径以上的玻璃一金属封按技术复杂、重复性低9。差，形成大批量生产困难。衰1热瞥一玻璃真空瞥组合方案②、③、④把热管与玻璃真空管通过某种联接方与①的比较式．使二者有机组台成热管真空管，是基本设计构思，为此设计了如下方案：①插式热管一玻璃真空管、弹性涨紧元件组合(图3)，其原理是先将弹性涨紧元件植入真空管内壁，再将热管插入真空管与

6、弹性涨紧元件之间。阳光照射真空管选择性涂层，产生热量后，通过内壁及涨紧件(青铜)将热量传给热管，热管获得热量(同时含有真空管闷晒热量)后通过冷凝段将热量传给水。由表1可见，插式热管一玻璃真空管作为产品使用方案是较为理想的，其主要设计参数为：真空管长I200真空度优于10Pa内孔直径37、外径47、吸收率a>93发射率e<6(tO0。C)；热管长I2,00、冷凝端长I50、管壳为8×0．75无氧铜管。真空管闷晒温度一般低于250C，热管选用铜一水重力热管，主要考虑到原材料成本较低。且铜与水长期相容。在太阳能热水器中，一般热管都有一定的安装角度．采用铜一水重力热管不需装吸热芯，仅靠两相闭式

7、热国5插式热警一玻璃真空警虹吸工作。工艺结构相对简单。采用沸腾排气②绑扎式(或焊接式)热管一玻璃真空管法获得10-2～10真空度，即可使热管正组合它与①不同的是把弹性涨紧元件与热常工作，不需设置真空机组，设备投资少。生管通过绑扎或焊接成为一个相对整体。产率高⑧整体式热管一玻璃真空管组合。它与①的不同是把热管与涨紧元件通过机械加工形5保温水箱及支架的设计·12·维普资讯http://www.cqvip.com如图1所示，保温水箱是热水器另一个4插