專利名稱：太陽能“翅片式u形”集熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽能“U形”集熱管，特別是一種能明顯提高太陽輻射能量利用率的太陽能集熱管，屬于太陽能運(yùn)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的太陽能“U形”集熱管實(shí)際是一“U形管式的光熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)”。其結(jié)構(gòu)主要包括“U”形導(dǎo)熱銅管、金屬導(dǎo)熱圈、塑料蓋和層間涂有金屬吸熱涂層的“真空玻璃”集熱管，所述“U”形導(dǎo)熱銅管由直徑Φ8 Φ 10mm、長度3000 4000mm的銅管彎曲成“U”形， 所述金屬導(dǎo)熱圈分別與“U”形導(dǎo)熱銅管的外圓面和玻殼內(nèi)圓相配合，所述塑料蓋將“U”形銅管的集熱段蓋裝在“真空玻璃”集熱管內(nèi)(附圖幻。所述“U”形導(dǎo)熱銅管內(nèi)灌裝傳熱介質(zhì)，所述傳熱介質(zhì)通過循環(huán)流動(dòng)用于對水箱內(nèi)膽內(nèi)的儲(chǔ)水或集中供熱系統(tǒng)的加熱聯(lián)箱中的儲(chǔ)水加熱。現(xiàn)有太陽能熱水器的熱效率并不高，太陽能“真空玻璃”集熱管熱水器的新標(biāo)準(zhǔn)為彡38. 24%，因其可達(dá)到的有效集熱面積利用率為64. 5%;外層管玻殼的透射比τ為93%; 內(nèi)層管吸熱涂層的吸收比α為91%，基本都達(dá)到極限值，則理論可達(dá)的最大集熱能效為 55. 15% (64. 459% Χ93% Χ92% )0因“U”導(dǎo)熱型銅管是安裝在“真空玻璃”集熱管內(nèi)， 故其理論集熱效率與“真空玻璃”集熱管相同，又因無“真空玻璃”集熱管所存在的管內(nèi)熱水留存，則扣除其它損耗，“U型”集熱管的實(shí)際集熱效率可達(dá)45%左右。由于，“真空玻璃”集熱管內(nèi)金屬涂層吸收的能量需通過內(nèi)層玻殼傳遞到管內(nèi)，增加了玻殼熱阻，再通過管內(nèi)空間的空氣以低效的自然對流方式對“U”形銅管的集熱段加熱， 雖在玻璃管內(nèi)與熱管間增加一金屬導(dǎo)熱圈，因?qū)崛εc玻殼和熱管間的圓度、同心度、直線性及加之公差要求(附圖幻，造成不能相互貼合緊密，特別是金屬導(dǎo)熱圈與“U”形銅管間的安裝不便，與玻殼則需保有配合間隙，故仍需靠空氣傳熱，使傳熱速率大大降低，與太陽能 “真空玻璃”集熱管直接對水的熱交換方式比，傳熱速率相差巨大，從而大幅度的抬高了輻照面既金屬吸熱涂層的表面溫度，降低了 “真空玻璃”集熱管的集熱效率，則降低了 “U”形管的效能，是導(dǎo)致其熱效低于“真空玻璃管”的主要原因之一。現(xiàn)有“真空玻璃”集熱管的輻射吸收比α最大可達(dá)92%，基本已達(dá)極限值。因其內(nèi)層管外圓表面金屬吸熱涂層厚度受到金屬噴涂工藝的限制，就如同電鍍層厚存在的工藝問題一樣，層厚一大就會(huì)起皮脫落，所以現(xiàn)金屬吸熱涂層目視都可看見明顯透光現(xiàn)象卻無法解決彌補(bǔ)，故要將α值進(jìn)一步提升的可能性已不大。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服上述太陽能“U形”集熱管的不足之處，設(shè)計(jì)一種能較大幅度增加有效集熱面積和輻射吸收比α，大幅度提高“U形”集熱管的熱效，適合各地區(qū)使用，且結(jié)構(gòu)合理，工藝簡單，成本低、安裝使用方便，易于大批量生產(chǎn)的太陽能“翅片式U 形”集熱管。[0007]本實(shí)用新型的太陽能“翅片式U形”集熱管，其結(jié)構(gòu)主要包括透明保溫管、與透明保溫管中心對稱的弧形風(fēng)帆構(gòu)成的鋁制的風(fēng)帆型翅片、橡膠密封圈、單密封蓋、抽排氣管、 “U”形銅管和反光膜片，所述單密封蓋安裝在“U”形銅管的近管口處，所述橡膠密封圈安裝在單密封蓋上，所述風(fēng)帆形翅片安裝在“U”形銅管的集熱段上，所述安裝了“U”形銅管和翅片的單密封蓋蓋裝在透明保溫管上。所述反光膜片粘貼在透明保溫管的背光面的外表面上，所述反光膜片選用鏡面鋁膜片或鏡面pet (滌綸)膜片。所述抽排氣管鑲嵌在單密封蓋上，所述單密封蓋選用酚醛膠木或增強(qiáng)尼龍或增強(qiáng)
PP注塑加工。所述橡膠密封圈選用圓形或V形或設(shè)有多圈密封凸筋的管狀結(jié)構(gòu)。所述風(fēng)帆形翅片的各處仰光面和風(fēng)帆的外側(cè)仰光面上均設(shè)有與翅片為一體的軸向鋸齒形吸熱槽道，所述風(fēng)帆形翅片的仰光面上選用噴砂或選用化學(xué)腐蝕處理加工成亞光面，所述亞光面選用電化處理成深色表面，成為所謂黑體表面結(jié)構(gòu)。所述風(fēng)帆形翅片的翅片結(jié)構(gòu)選用單面風(fēng)帆形翅片或雙面風(fēng)帆形翅片。所述單面風(fēng)帆形翅片的背光面上設(shè)有“U”形雙卡槽，所述“U”形銅管的集熱段直接壓入風(fēng)帆形翅片上的“U”形雙卡槽中安裝。所述透明保溫管外形截面選用圓形或在圓形兩邊外側(cè)設(shè)置平張角結(jié)構(gòu)，所述透明保溫管選用單層透明保溫管，或選用雙層透明真空玻璃保溫管，所述選用單層透明保溫管的集熱管，用單密封蓋上鑲嵌的抽排氣管抽真空保溫，所述選用雙層透明真空玻璃保溫管的集熱管，則通過真空玻璃管的自身保溫性能保溫，所述單層透明保溫管選用塑料Pc或 PMMO合金，或選用玻璃加工，所述選用Pc或PMMO合金的保溫管與密封蓋的安裝選用塑料熱熔焊接工藝熔焊連接密封。本實(shí)用新型的太陽能“翅片式U形”集熱管，由于采用單密封蓋和單層透明保溫管相結(jié)合的真空密封保溫措施，實(shí)現(xiàn)了直接由“U”形銅管的翅片作為太陽輻照面的集熱方案， 改變了現(xiàn)有技術(shù)的集熱、傳熱方式，使風(fēng)帆形翅片、吸熱槽道、反射聚熱、亞光黑體等多項(xiàng)能明顯提高集熱效能的技術(shù)措施獲得運(yùn)用，并取消了多余低效的中間傳熱環(huán)節(jié)，簡化了結(jié)構(gòu)， 使翅片收集的輻射能量直接傳遞到“U”形銅管內(nèi)的傳熱介質(zhì)中，明顯降低了輻照面的表面溫度，提高了熱傳遞速率，故能較大幅度的提高熱效能。由于，鋁制翅片可通過擠壓拉升加工工藝獲得整體式結(jié)構(gòu)，從而使能大幅度提高對太陽輻照能量吸收能力的軸向鋸齒形吸熱槽道、風(fēng)帆形翅片，在實(shí)際加工中得以實(shí)現(xiàn)，大大提高了集熱效能，且鋁材的比重小，加工成本低，故具有工藝簡單、成本降低，適合大批量生產(chǎn)使用之特點(diǎn)。由于，采用風(fēng)帆形的翅片結(jié)構(gòu)，在太陽照射前管產(chǎn)生的背影結(jié)束對后管遮擋時(shí)開始，翅片集熱面均獲得太陽的正投影輻射，從而保證了正投影面積最大化。由于，在迎光面上設(shè)有鋸齒形吸熱槽道，使投射到槽道一面上的輻射能量在部分被反射到另一面時(shí)在該面被吸收，即使材質(zhì)表面的輻射吸收α比僅達(dá)80%，余20%經(jīng)另一面二次吸收后的總吸收比 α值仍高達(dá)96%，且鋁制翅片表面易于經(jīng)亞光發(fā)黑處理成所謂黑體表面，理論上黑體表面的α值可達(dá)1，所以經(jīng)該處理后的鋁制翅片的吸收比α將進(jìn)一步提高。由于通過在透明保溫管配以抽真空保溫和反光膜片，使單管有效集熱面積大大增加，使集熱翅片背光面的輻射被反射回去，減小了熱輻射擴(kuò)散損失，提高了總體保溫性能和集熱性能。由于，光線隨入射角的增加反光強(qiáng)度增大，導(dǎo)致圓形玻管兩側(cè)邊即玻璃殼體厚度面積的光線被反射出去，在透明玻璃套管每邊增加2mm 2. 5mm折光張角的張角透明玻璃套管，射入的輻射能量經(jīng)反光膜片反光聚焦，則該部分輻射能量將得到充分利用，相比同管徑的“真空玻璃”集熱管，增加了輻照面的有效集熱面集(金屬吸熱涂層或集熱翅片至張角邊的寬度增加12mm)，按標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，由20根集熱管組裝的集熱器輻照面的有效面積利用率將由現(xiàn)有“真空玻璃”集熱管的65%提高到86%，以輻射吸收α為96%、比透射比τ仍為 92%計(jì)則理論可達(dá)的最大集熱能效達(dá)75% (85% X92% X96，總體集熱能效將提高 20%左右，相比提高近40%。通過單面風(fēng)帆形翅片與反光膜片聚焦相結(jié)合不僅提高了有效集熱面積，并因單密封蓋上的兩“U”形安裝卡槽設(shè)于同一面上，且安裝方向一致，故可在安裝單密封蓋后再安裝翅片，使之可在注塑加工單密封蓋時(shí)直接將“U”形銅管鑲嵌其中，具有安裝工藝簡單方便、 管面貼合好、導(dǎo)熱性好、可靠度高，同時(shí)使翅片的材料消耗大幅度減少，而相比現(xiàn)技術(shù)的金屬導(dǎo)熱圈，料耗降低了 65%，而增加的反光膜片的每平米售價(jià)卻不大于10元。同時(shí)在最主要的太陽輻照時(shí)段，陽光將直接照射在翅片的橫筋上，縮短了集熱能量至“U”形銅管的傳遞距離，提高了熱傳遞速率，提高了熱效。太陽能“翅片式U形”集熱管上所使用的各項(xiàng)技術(shù)措施都能明顯提高相應(yīng)的效能， 產(chǎn)生明顯的技術(shù)效果，只需投入較少費(fèi)用，就使太陽能“U”形集熱管的成本降低、熱效提高， 具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、工藝簡單、成本降低、安裝使用方便、易于大批量生產(chǎn)，以及熱擴(kuò)散損失小、傳熱速率快、集熱效率高適合各地區(qū)使用等優(yōu)點(diǎn)。

附圖1是本實(shí)用新型的實(shí)施例中的一種結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本實(shí)用新型的兩種翅片截面結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例中的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是本實(shí)用新型中橡膠密封圈的一種結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5是本實(shí)用新型的輻照投影面積示意圖；附圖6是現(xiàn)有技術(shù)的太陽能“U形”集熱管截面結(jié)構(gòu)示意圖。附圖1中的圖1. 1是主視圖，圖1. 2是仰視圖，其中1是透明保溫管，2是風(fēng)帆形翅片，3是橡膠密封圈，4是單密封蓋，5是“U”形管，6是抽排氣管，7是“U”形管的翅片集熱段，8是反光膜片，A是太陽能“翅片式U形”集熱管的中心線，中心線左側(cè)是半剖視圖。附圖2中的圖2. 1是雙面風(fēng)帆形翅片，圖2. 2是單面風(fēng)形型翅片，圖2. 3是仰光面局部放大，其中9是與軸向中心對稱的弧形風(fēng)帆，10是仰光面，11是仰光面局部放大的軸向鋸齒形槽道齒形，14是“U”形卡槽。附圖3中是另一種蓋裝方式，其中1是透明保溫管，4是單密封蓋，5是“U”形管， 6是抽排氣管，15是銅套管。附圖4中3是橡膠密封圈，3Α凸筋；A是中心線，中心線左側(cè)是半剖視圖。附圖5中45°和48°均是太陽高度角，1是單層透明保溫管，IA是折光張角，2是風(fēng)帆型翅片，8是反光膜片，45° β是翅片的最大風(fēng)帆長度夾角，hi是兩管的反光膜間的距離，h2是兩翅片間的距離；h3是兩管間的中心距。附圖6中Y1是金屬導(dǎo)熱圈，Y2是“真空玻璃”集熱管內(nèi)層管及其外圓表面的金屬吸熱涂層，Y3是“U”型導(dǎo)熱管，W是“真空玻璃”集熱管的外層管殼。
具體實(shí)施方式
附圖是以太陽能“翅片式U形”集熱管為例，非限制性公開了本實(shí)用新型中的具體實(shí)施例，對于其它類型的太陽能“U形”集熱管同樣適用。結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述如下。參見附圖1中的圖1. 1圖1.2，本實(shí)用新型的太陽能“翅片式U形”集熱管，其結(jié)構(gòu)主要包括透明保溫管1、與透明保溫管中心對稱的弧形風(fēng)帆9(附圖幻構(gòu)成的鋁制的風(fēng)帆形翅片2、橡膠密封圈3、單密封蓋4、“U^銅管5、抽排氣管6和反光膜片8，所述橡膠密封圈 3安裝在單密封蓋4上，所述單密封蓋4安裝在“U”形銅管5的近管口處，所述橡膠密封圈 3安裝在單密封蓋4上，所述風(fēng)帆形翅片2安裝在“U”型銅管5的集熱段7上，所述安裝了 “U”形銅管5和翅片2的單密封蓋4蓋裝在透明保溫管1上。所述反光膜片8粘貼在透明保溫管1的背光面的外表面上，所述反光膜片8選用鏡面鋁膜片或鏡面pet (滌綸)膜片。所述抽排氣管6鑲嵌在單密封蓋4上，所述單密封蓋4選用酚醛(膠木)或增強(qiáng)尼龍或增強(qiáng)PP注塑加工，所述單密封蓋4通過在立式注塑機(jī)上注塑加工直接將“U”形銅管鑲嵌在單密封蓋上。所述橡膠密封圈3選用圓形或V形或設(shè)有多圈密封凸筋3A的管狀結(jié)構(gòu)(附圖3)。參見附圖2中的圖2. 1、圖2. 2、圖2. 3，所述風(fēng)帆形翅片2的各處仰光面10和風(fēng)帆的外側(cè)仰光面10上均設(shè)有與翅片為一體的軸向鋸齒形吸熱槽道11，所述風(fēng)帆形翅片2的仰光面10上選用噴砂或選用化學(xué)腐蝕處理加工成亞光面，所述亞光面選用電化處理成深色表面，所述仰光面10上選用先噴砂再做化學(xué)腐蝕處理加工成亞光面(因噴砂處理的凹點(diǎn)表面是光滑面)，所述亞光面選用電化處理成深色表面，最終形成所謂黑體表面結(jié)構(gòu)，則效果更好。所述風(fēng)帆形翅片2的翅片結(jié)構(gòu)選用單面風(fēng)形型翅片圖2. 2或雙面風(fēng)帆形翅片圖 2. 2，所述單面風(fēng)帆形翅片2的背光面上設(shè)有“U”形卡槽14，所述“U”形銅管5的兩根集熱管段直接壓入風(fēng)帆形翅片上的兩“U”形卡槽中安裝。所述透明保溫管1的外形截面選用圓形(附圖1)或在圓形兩邊外側(cè)設(shè)置平張角 IA結(jié)構(gòu)(附圖4)，所述透明保溫管1選用單層透明保溫管(附圖1、3、4)，或選用雙層透明真空玻璃保溫管，所述選用單層透明保溫管的集熱管，用單密封蓋上鑲嵌的抽排氣管抽真空保溫，所述選用雙層透明真空玻璃保溫管的集熱管，則通過真空玻璃管的自身保溫性能保溫，所述單層透明保溫管選用塑料Pc或PMMO合金，或選用玻璃加工，所述選用Pc或PMMO 合金的保溫管與密封蓋的安裝選用塑料熱熔焊接工藝熔焊連接密封則效果更好。參見附圖5，45°是翅片的風(fēng)帆可達(dá)最短長度的太陽高度角α，48°是翅片的風(fēng)帆長度的太陽高度角α，45° β是翅片的最大風(fēng)帆長度夾角β。以太陽照射前管產(chǎn)生的背影結(jié)束對后管遮擋時(shí)開始計(jì)，只要風(fēng)帆翅片夾角β >90° -α，風(fēng)帆形翅片在遮擋結(jié)束后均獲得太陽輻射的正投影。太陽輻射經(jīng)單層透明保溫管1的折光張角IA折射、反光膜片8的反射和聚光作用，聚焦到集熱翅片2上，其翅片風(fēng)帆的弧形與保溫管成同心圓，R半徑隨管徑變化，相當(dāng)于“真空玻璃”集熱管內(nèi)的吸熱涂層管徑，當(dāng)雙面風(fēng)帆相互延伸連接即構(gòu)成整圓形翅片，且在管外徑相同的條件下基本相等。h3是兩管間的中心距，hi是兩玻璃管的反光膜片間的距離，h2是兩翅片間的距離，等同于兩真空玻璃集熱管的吸熱涂層間的空間距離，圖中顯示了風(fēng)帆翅片、透明保溫管及反光膜片對提高有效集熱面積的作用。參見附圖3，為另一種安裝結(jié)構(gòu)和單密封蓋結(jié)構(gòu)，其增加了銅套管15，所述裝有翅片2的“U”形銅管5的管口端部穿過單密封蓋4上鑲嵌的銅套管15安裝在兩銅套管中，經(jīng)焊接密封銅套管與“U”形銅管的縫隙。最后應(yīng)說明的是顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本實(shí)用新型所作的舉例， 而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種太陽能“翅片式U形”集熱管，結(jié)構(gòu)主要包括橡膠密封圈、抽排氣管、“U”形銅管、反光膜片，其特征還在于包括透明保溫管、與透明保溫管中心對稱的弧形風(fēng)帆構(gòu)成的鋁制的風(fēng)帆形翅片、單密封蓋，所述單密封蓋安裝在“U”形銅管的近管口處，所述橡膠密封圈安裝在單密封蓋上，所述風(fēng)帆形翅片安裝在“U”形銅管的集熱段上，所述安裝了“U”形銅管和翅片的單密封蓋蓋裝在透明保溫管上，所述反光膜片粘貼在透明保溫管的背光面的外表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能“翅片式U形”集熱管，其特征還在于，所述風(fēng)帆形翅片的各處仰光面和風(fēng)帆的外側(cè)仰光面上均設(shè)有與翅片為一體的軸向鋸齒形吸熱槽道。
3.如權(quán)利要求1或2所述的太陽能“翅片式U形”集熱管，其特征還在于，所述風(fēng)帆形翅片的仰光面上選用噴砂或選用化學(xué)腐蝕處理加工成亞光面，所述亞光面選用電化處理成深色表面。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽能“翅片式U形”集熱管，其特征還在于，所述風(fēng)帆形翅片的翅片結(jié)構(gòu)選用單面風(fēng)帆形翅片或雙面風(fēng)帆形翅片。
5.如權(quán)利要求4所述的太陽能“翅片式U形”集熱管，其特征還在于，所述單面風(fēng)帆形翅片的背光面上設(shè)有“U”形卡槽，所述“U”形銅管的集熱段直接壓入風(fēng)帆形翅片上的“U” 形卡槽中安裝。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽能“翅片式U形”集熱管，其特征還在于，所述抽排氣管鑲嵌在單密封蓋上。
7.如權(quán)利要求1所述的太陽能“翅片式U形”集熱管，其特征還在于，所述透明保溫管選用單層透明保溫管，或選用雙層透明真空玻璃保溫管。
8.如權(quán)利要求1或7所述的太陽能“翅片式U形”集熱管，其特征還在于，所述選用單層透明保溫管的集熱管，用單密封蓋上鑲嵌的抽排氣管抽真空保溫。
9.如權(quán)利要求1所述的太陽能“翅片式U型”集熱管，其特征還在于，所述單密封蓋選用酚醛膠木或增強(qiáng)尼龍或增強(qiáng)PP注塑加工。
10.如權(quán)利要求1所述的太陽能“翅片式U形”集熱管，其特征還在于，所述橡膠密封圈選用圓形或V型或設(shè)有多圈密封凸筋的管狀結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型的太陽能“翅片式U形”集熱管，結(jié)構(gòu)主要包括“U”形銅管、風(fēng)帆形翅片、單密封蓋、透明保溫管、反光膜片等，由于采用單密封蓋和單層透明保溫管相結(jié)合的真空密封保溫措施，實(shí)現(xiàn)了直接由“U”形銅管的翅片作為太陽輻照面的集熱方案，改變了現(xiàn)有技術(shù)的集熱、傳熱方式，且取消了多余低效的中間傳熱環(huán)節(jié)，簡化了結(jié)構(gòu)，使翅片收集的輻射能量直接傳遞到“U”形銅管內(nèi)的傳熱介質(zhì)中，明顯降低了輻照面的表面溫度，提高了熱傳遞速率，提高了熱效，并使風(fēng)帆形翅片、吸熱槽道、反射聚熱、亞光黑體等多項(xiàng)能明顯提高有效集熱面積和集熱效能的技術(shù)措施獲得運(yùn)用，達(dá)到輻射吸收比α達(dá)96％，相比熱效提高了近40％，且成本降低的技術(shù)效果，故具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、成本降低、熱效提高之特點(diǎn)，以及熱擴(kuò)散損失小、熱傳遞速率高、可靠度、工藝簡單、安裝方便、易于大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F24J2/51GK202066228SQ20112001855
公開日2011年12月7日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者李光華, 謝河 申請人:南京綠盾電氣設(shè)備有限公司