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热管式真空集热管的基本结构及技术要求

晨怡热管 2008/10/17 0:50:31
   热管式真空集热管是金属吸热体真空集热管的一种,它由热管、金属吸热 板、玻璃管、金属封盖、弹簧支架、蒸散型消气剂和非蒸散型消气剂等部分构 成,其中热管又包括蒸发段和冷凝段两部分,如图1所示。

图1

1一热管冷凝段; 2一金属封盖; 3一玻璃管; 4一金属吸热板; www.21tyn.com
5一热管蒸发段; 6弹簧支架; 7一蒸散型消气剂; 8一非蒸散型消气剂

    在热管式真空集热管工作时,太阳辐射穿过玻璃管后投射在金属吸热板 上。吸热板吸收太阳辐射能并将其转换为热能,再传导给紧密结合在吸热板中 间的热管,使热管蒸发段内的工质迅速汽化。工质蒸气上升到热管冷凝段后, 在较冷的内表面上凝结,释放出蒸发潜热,将热量传递给集热器的传热工质。 凝结后的液态工质依靠其自身的重力流回到蒸发段,然后重复上述过程。中华太阳能
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(1)热管

    热管是利用汽化潜热高效传递热能的强化传热元件。在热管式真空集热管 中使用的热管一般都是重力热管,也称为热虹吸管。重力热管的特点是管内没 有吸液芯,冷凝后的液态工质依靠其自身的重力流回到蒸发段,因而结构简 单,制造方便,工作可靠,传热性能优良。

    目前国内大都使用铜-水热管,国外也有使用有机物质作为热管工质的, 但必须满足工质与热管材料的相容性。

    由于采用了热管技术,热管式真空集热管具有许多优点,例如:真空集热 管内没有水,因而耐冰冻,即使在一40°C的环境温度下也不冻坏;热管工质的 热容量小,因而真空集热管启动快;热管有"热二极管效应",热量只能从下 部传递到上部而不能从上部传递到下部,因而真空集热管保温好等。当然,由 于热管的液态工质是依靠其自身的重力流回到蒸发段,所以在安装时要求热管 式真空集热管与地面保持一定的倾角。

(2)玻璃-金属封接

    采用金属吸热板是热管式真空管集热器的另一个特点。由于金属和玻璃的 热膨胀系数差别很大,所以存在玻璃与金属之间如何实现气密封接的技术 难题。

    玻璃-金属封接技术大体可分为两种:一种是熔封,也称为火封,它是借 助一种热膨胀系数介于金属和玻璃之间的过渡材料,利用火焰将玻璃熔化后封 接在一起;另一种是热压封,也称为固态封接,它是利用一种塑性较好的金属 作为焊料,在加热加压的条件下将金属封盖和玻璃管封接在一起。

    目前国内玻璃-金属封接大都采用热压封技术,热压封使用的焊料有铅、 铝等。与传统的火封技术相比,热压封技术具有以下几个优点:

①封接温度低,封接是在玻璃的应变温度以下进行,封接后不需要经过 退火;

②封接速度快,封接过程是在几分钟内完成,明显提高了生产效率; 21tyn
③封接材料匹配要求低,对金属封盖和玻璃管之间热膨胀系数的差别要 求降低,比较容易找到替代材料。21tyn·com
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(3)真空度与消气剂

    由于热管式真空集热管采用金属吸热板,因而在制造过程中的真空排气工 艺不同于全玻璃真空集热管,有其自身独特的真空排气规律。 21tyn.com
    为了使真空集热管长期保持良好的真空性能,热管式真空集热管内一般应 同时放置蒸散型消气剂和非蒸散型消气剂两种。蒸散型消气剂在高频激活后被 蒸散在玻璃管的内表面上,像镜面一样,其主要作用是提高真空集热管的初始 真空度;非蒸散型消气剂是一种常温激活的长效消气剂,其主要作用是吸收管 内各部件工作时释放的残余气体,保持真空集热管的长期真空度。

技术要求 21tyn
    国家标准《热管式真空太阳集热管》正在制订之中,现将对热管式真空集 热管的主要技术要求归纳如下。 www.21tyn.com
(1)玻璃管材料应采用棚硅玻璃3.3,玻璃管太阳透射比τ~O. 89,玻璃 管内应力一一双折射光程差8~二120nm/em; www.21tyn.cn
(2)热管的启动温度~30°C。在热源温度为30°C的状况下,热管的冷凝 段温度Tq二三23°C。 中华太阳能
(3)选择性吸收涂层的太阳吸收比α~O. 88 (AMI. 5),发射率ε~O.10 21tyn.cn
(80°C士5°C) ; www.21tyn.com
(4)金属与玻璃管封接的漏气率~二1. OX lO-loPa • m3 Is; (5)真空空间内的气体压强ρ~5 X 10-2pa; 中华太阳能
(6)空晒性能参数Y二三O.175m2 • °C/W (当太阳辐照度G二三800W 1m2, 环境温度ta为O'"'-'30°C,风速v~4m/s) ; 21tyn·com
(7)抗冰雹性能,应在径向尺寸不大于25mm的冰雹袭击下无损坏。 21tyn.cn
关于热管式真空集热管的外形尺寸,正在制订的国家标准并不做规定。目 前国内产品以玻璃管直径100mm居多,近来也有玻璃管直径70mm、120mm 等若干种规格问世。

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