本發(fā)明涉及直通型全玻璃真空集熱管。

背景技術(shù)：

太陽能真空集熱管是對太陽能光熱利用的有效方式。其基本結(jié)構(gòu)通常由有透光作用的玻璃外管、布置有太陽能吸熱膜的內(nèi)管、內(nèi)外管間的真空夾層等組成。該集熱管具備成本低、效率高利于普及的技術(shù)特點。然而，太陽能真空集熱管在空曬等情形下形成的管內(nèi)高溫度，或者玻璃外管和內(nèi)管間形成高溫度差時，其效率會下降，且容易出現(xiàn)真空集熱管破裂等故障。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種直通型全玻璃真空集熱管，其具有集熱管過熱保護結(jié)構(gòu)。

一種直通型全玻璃真空集熱管包括內(nèi)管、外管以及位于內(nèi)管、外管之間的真空夾層，外管可透過陽光，內(nèi)管的外表面或內(nèi)部布置有吸收太陽輻射的太陽能集熱層，其特征在于，在所述真空夾層中布置有可吸附氣體的吸附材料，當(dāng)所述吸附材料在該真空集熱管的管內(nèi)處于設(shè)定溫度以下或處于所述內(nèi)管、所述外管之間的設(shè)定溫差內(nèi)時即在冷態(tài)時，吸附氣體以維持所述真空集熱管保溫所需絕熱真空度，而當(dāng)所述真空集熱管達(dá)到或超過管內(nèi)設(shè)定溫度或者所述內(nèi)管、所述外管之間的設(shè)定溫差時即熱態(tài)時，所述吸附材料被加熱升溫而放出吸附的氣體，從而使真空集熱管內(nèi)真空夾層真空度下降。

在一實施例中，該真空集熱管還包括在所述真空夾層中布置的消氣劑，所述消氣劑用于與真空夾層內(nèi)殘余的非惰性氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，以使實現(xiàn)殘余氣體物理不可逆的消除，從而保障所述太陽能真空集熱管的所述冷態(tài)時的真空度。

在一實施例中，所述吸附材料預(yù)先吸收有氣體。

在一實施例中，所述吸附材料表面在所述熱態(tài)時部分或全部不與所述內(nèi)管外壁面直接接觸。

在一實施例中，該真空集熱管還包括在所述真空夾層內(nèi)布置的雙金屬材料，所述雙金屬材料用于感應(yīng)所述內(nèi)管的管壁溫度變化而變形，或者用于感應(yīng)所述外管、所述內(nèi)管之間的管壁溫度差的變化而變形，并在該真空集熱管達(dá)到所述熱態(tài)時帶動所述吸附材料產(chǎn)生位移，以使所述吸附材料由所述內(nèi)管加熱。

在一實施例中，在所述熱態(tài)時，所述吸附材料與所述內(nèi)管的外壁面接觸或通過導(dǎo)熱材料與所述內(nèi)管的壁面接觸。

在一實施例中，所述吸附材料為多孔吸附材料。

在一實施例中，所述雙金屬材料包括外雙金屬材料和內(nèi)雙金屬材料，所述外雙金屬材料與所述外管接觸，所述內(nèi)雙金屬材料與所述內(nèi)管接觸，所述外雙金屬材料和所述內(nèi)雙金屬材料之間彼此相頂并彼此隔熱，以使所述內(nèi)管、所述外管之間的溫度差變化驅(qū)使所述外雙金屬材料和所述內(nèi)雙金屬材料位移，進(jìn)而帶動所述吸附材料位移。

在一實施例中，所述內(nèi)管外表面布置有低發(fā)射率輻射層，所述內(nèi)管外表面布置的低發(fā)射率輻射層僅僅局部覆蓋所述內(nèi)管外壁面，陽光透過所述外管并透過所述內(nèi)管，被布置于所述內(nèi)管內(nèi)的吸熱部件吸收。

在一實施例中，所述低發(fā)射率輻射層為太陽能選擇性吸收膜。

根據(jù)本發(fā)明的集熱管，在保障太陽能真空集熱管在管內(nèi)溫度未達(dá)到控制高溫值或控制高內(nèi)管和外管溫度差的情況下即稱冷態(tài)，保持真空管的優(yōu)良絕熱保溫效果和高集熱效率，而在管內(nèi)溫度達(dá)到或超過控制高溫值或控制高內(nèi)管和外管溫度差時，通過吸附材料放氣，降低真空夾層的真空度，提高真空集熱管熱損失系數(shù)，從而有效控制太陽能真空集熱管的管內(nèi)溫度，避免長期超溫度或溫差運行對效率的影響和可靠性風(fēng)險，并保障其在恢復(fù)到正常運行溫度范圍后，吸附材料恢復(fù)到冷態(tài)，并重新吸收放出的氣體，恢復(fù)真空夾層的高真空度，保障正常運行時高效率光熱轉(zhuǎn)換。

附圖說明

本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結(jié)合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的太陽能真空集熱管真空度與熱損系數(shù)關(guān)系示意圖；

圖2為本發(fā)明一實施例中太陽能真空集熱管的主視圖。

圖3為圖2所示集熱管的立體圖。

圖4為本發(fā)明另一實施例中太陽能真空集熱管的主視圖。

圖5為圖4中i處的局部放大視圖。

圖6為沿圖7中a-a線的剖視圖。

圖7為本發(fā)明另一實施例中太陽能真空集熱管的側(cè)視圖。

圖8為沿圖6中b-b線剖視圖。

圖9為沿圖6中ii處的局部放大視圖。

圖10為沿圖6中c-c線的剖視圖。

圖11為沿圖8中iii處的局部放大視圖。

圖12為沿圖10中iv處的局部放大視圖。

具體實施方式

在以下的描述中，參考各實施例對本發(fā)明進(jìn)行描述。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到可在沒有一個或多個特定細(xì)節(jié)的情況下或者與其它替換和/或附加方法、材料或組件一起實施各實施例。在其它情形中，未示出或未詳細(xì)描述公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以免使本發(fā)明的各實施例的諸方面晦澀。類似地，為了解釋的目的，闡述了特定數(shù)量、材料和配置，以便提供對本發(fā)明的實施例的全面理解。然而，本發(fā)明可在沒有特定細(xì)節(jié)的情況下實施。此外，應(yīng)理解附圖中示出的各實施例是說明性表示且不一定按比例繪制。

如圖1所示，太陽能真空集熱管的熱損系數(shù)與夾層真空度對應(yīng)關(guān)系在其中示出，夾層真空度在10^-2pa與10pa的狹窄區(qū)間，超過這個區(qū)間，真空集熱管熱損系數(shù)有突跳式的變化，足以使真空集熱管從良好絕熱保溫狀態(tài)變化到充分散熱狀態(tài)。因此，如果將集熱管內(nèi)的真空度降低或者說沿圖1中的橫軸線右移，真空集熱管的內(nèi)管的最高溫度以及內(nèi)外管的溫度差得到控制，從而保證真空集熱管的可靠性和選擇性吸熱膜的長期穩(wěn)定性。

圖2為主視圖，圖3為立體圖，圖2、圖3示出的是半剖后的真空集熱管，即直通型全玻璃真空集熱管。如圖2和圖3所示，外管2和內(nèi)管3間形成真空夾層1。在真空夾層1中布置吸附材料5。吸附材料5通過支架6布置在真空夾層1內(nèi)。內(nèi)管2的外管壁布置有太陽能吸熱層4。支架6固定在內(nèi)管3上，也可以固定在外管2上。支架6可以是絕熱材料制成。

此外在內(nèi)管3的表面布置雙金屬片7。消氣劑10布置在真空夾層1內(nèi)。消氣劑通過化學(xué)反應(yīng)不可逆的消除真空夾層中殘余氣體，保持冷態(tài)真空度。吸附材料5可以是分子篩或活性炭等多孔吸附材料，呈厚度小于1毫米的片狀結(jié)構(gòu)設(shè)置在真空夾層1中，吸附材料5與消氣劑10不同，吸附材料5的目的是將氣體吸入，并可以在溫度升高后釋放出，其不起到消除氣體的作用。消氣劑10的目的是起到消除殘余氣體的作用，即便溫度升高了，殘余氣體也不會實質(zhì)性被釋放出來。

當(dāng)真空集熱管吸收太陽能，管內(nèi)溫度以及內(nèi)管3管壁溫度升高到達(dá)保護溫度時，雙金屬片7受熱彎曲，連通內(nèi)管3與吸附材料5。吸附材料5因此形成顯著溫度升高。吸附材料5中吸附的氣體受熱后被發(fā)生到真空夾層1中，吸附材料5吸附的氣體可以是惰性氣體。真空夾層1的真空度遭到破壞，根據(jù)圖1，真空集熱管內(nèi)管3與外管2的熱損失系數(shù)顯著變大，從而使得內(nèi)管3的溫度降低。當(dāng)內(nèi)管3的溫度降低到控制溫度以下后，雙金屬片7彎曲程度降低，斷開連通內(nèi)管3與吸附材料5的導(dǎo)熱通道。吸附材料5的溫度逐步下降并恢復(fù)吸氣能力。從而將真空夾層1中的氣體重新吸收到吸附材料5中。真空夾層1中的真空度顯著提高，真空集熱管在工作溫度范圍內(nèi)逐步恢復(fù)集熱效率。

圖4和圖5示出了本發(fā)明的另一實施例中。本實施例沿用前述實施例的元件標(biāo)號與部分內(nèi)容，其中采用相同的標(biāo)號來表示相同或近似的元件，并且選擇性地省略了相同技術(shù)內(nèi)容的說明。關(guān)于省略部分的說明可參照前述實施例，本實施例不再重復(fù)贅述。

外管2和內(nèi)管3間形成真空夾層1。在真空夾層1中布置吸附材料5。吸附材料5通過支架6布置在內(nèi)管3上。內(nèi)管3的外管壁布置有太陽能吸熱層4。此外在內(nèi)管3的表面布置雙金屬片7。當(dāng)真空集熱管吸收太陽能，管內(nèi)溫度以及內(nèi)管3管壁溫度升高到達(dá)保護溫度時，雙金屬片7受熱彎曲，帶動導(dǎo)熱良好的導(dǎo)熱片9將與吸附材料5良好熱接觸的金屬片8連通，從而連通內(nèi)管3與吸附材料5。吸附材料5因此形成顯著溫度升高。吸附材料5中吸附的氣體受熱后被發(fā)生到真空夾層1中。真空夾層1的真空度遭到破壞，真空集熱管內(nèi)管3與外管2的熱損失系數(shù)顯著變大，從而使得內(nèi)管3的溫度降低。當(dāng)內(nèi)管3的溫度降低到控制溫度以下后，雙金屬片7彎曲程度降低，斷開連通內(nèi)管3與吸附材料5的導(dǎo)熱通道。吸附材料5的溫度逐步下降并恢復(fù)吸氣能力。從而將真空夾層1中的氣體重新吸收到吸附材料5中。吸附材料5可布置在真空夾層兩端，有利于在重力影響下保障吸收速度。真空夾層1中的真空度顯著提高，真空集熱管在工作溫度范圍內(nèi)逐步恢復(fù)集熱效率。

圖6至圖12示出了本發(fā)明的另一實施例中。本實施例沿用前述實施例的元件標(biāo)號與部分內(nèi)容，其中采用相同的標(biāo)號來表示相同或近似的元件，并且選擇性地省略了相同技術(shù)內(nèi)容的說明。關(guān)于省略部分的說明可參照前述實施例，本實施例不再重復(fù)贅述。

外管2和內(nèi)管3間形成真空夾層1。在真空夾層1中布置吸附材料5。吸附材料5通過內(nèi)雙金屬片71和外雙金屬片72布置在真空夾層1中。內(nèi)雙金屬片71與外雙金屬片72的設(shè)置方式相反，內(nèi)雙金屬片71受熱后向內(nèi)彎曲，而外雙金屬片72受熱后向外彎曲，結(jié)果是吸附材料5在真空夾層1的位移量由內(nèi)管3和外管2之間的溫差來決定。如圖8、圖11所示，外雙金屬片71的支腳分別與外管2的內(nèi)壁接觸，而內(nèi)雙金屬片72的支腳分別與內(nèi)管3的外壁接觸，內(nèi)雙金屬片72與外雙金屬片72形成相互抵頂?shù)臓顟B(tài)，借助于相互抵頂?shù)牧?，而定位在外?和內(nèi)管3之間，內(nèi)雙金屬片72和外雙金屬片72之間絕熱，例如由絕熱材料隔開或者保持有間隙。內(nèi)雙金屬片72、外雙金屬片71、吸附材料5之間的固定可以由陶瓷絕熱螺栓16來實現(xiàn)。如圖8所示，內(nèi)管3的外管壁背向太陽光的部分布置有低發(fā)射率輻射層14。在內(nèi)管3內(nèi)還穿設(shè)有吸熱管12，吸熱管12用于傳輸被加熱的介質(zhì)，例如水。在內(nèi)管3和吸熱管12之間的環(huán)形空間的兩端分別設(shè)置密封環(huán)13。太陽光透過外管2和內(nèi)管3到達(dá)吸熱管12的外表面。吸熱管12的外壁面布置有太陽能集熱層10，太陽能集熱層10可以是太陽能選擇性吸收膜。太陽能集熱層10吸收太陽能后溫度升高。通過對流和導(dǎo)熱使得內(nèi)管3壁面溫度升高。當(dāng)真空集熱管吸收太陽能，管內(nèi)溫度以及內(nèi)管3管壁溫度與外管2管壁溫度的溫差升高到達(dá)保護值時，外雙金屬片71和內(nèi)雙金屬片72彎曲，帶動吸附材料5熱接觸內(nèi)管3，也可以如前述實施例那樣，通過導(dǎo)熱良好的導(dǎo)熱片9和或金屬片8連通內(nèi)管3與吸附材料5。吸附材料5因此形成顯著溫度升高。吸附材料5中吸附的氣體受熱后被發(fā)生到真空夾層1中。真空夾層1的真空度遭到破壞，真空集熱管內(nèi)管3與外管2的熱損失系數(shù)顯著變大，從而使得內(nèi)管3的溫度降低。當(dāng)內(nèi)管3和外管2的溫差降低到控制溫度以下后，外雙金屬片71和內(nèi)雙金屬片72彎曲程度降低，使得內(nèi)管3和吸附材料6分離或者斷開連通內(nèi)管3與吸附材料5的導(dǎo)熱通道。吸附材料5的溫度逐步下降并恢復(fù)吸氣能力。從而將真空夾層1中的氣體重新吸收到吸附材料5中。真空夾層1中的真空度顯著提高，真空集熱管在工作溫度范圍內(nèi)逐步恢復(fù)集熱效率。

在前述的實施例中，吸附材料5可以預(yù)先吸收氣體。當(dāng)真空管集熱管內(nèi)管溫度下降到控制范圍內(nèi)后，連通真空集熱管內(nèi)管與真空夾層中吸附材料5的結(jié)構(gòu)斷開。吸附材料的溫度降低，并恢復(fù)吸收氣體的能力。從而使真空集熱管真空夾層的真空度逐步提升，確保冷態(tài)運行時的集熱效率。

在前述實施例中，雙金屬片可以省略。吸附材料5部分與內(nèi)管的外壁接觸。

本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護范圍之內(nèi)。