太阳能“翅片式U形”集热管制造技术

本实用新型专利技术的太阳能“翅片式U形”集热管，结构主要包括“U”形铜管、风帆形翅片、单密封盖、透明保温管、反光膜片等，由于采用单密封盖和单层透明保温管相结合的真空密封保温措施，实现了直接由“U”形铜管的翅片作为太阳辐照面的集热方案，改变了现有技术的集热、传热方式，且取消了多余低效的中间传热环节，简化了结构，使翅片收集的辐射能量直接传递到“U”形铜管内的传热介质中，明显降低了辐照面的表面温度，提高了热传递速率，提高了热效，并使风帆形翅片、吸热槽道、反射聚热、亚光黑体等多项能明显提高有效集热面积和集热效能的技术措施获得运用，达到辐射吸收比α达96％，相比热效提高了近40％，且成本降低的技术效果，故具有结构设计合理、成本降低、热效提高之特点，以及热扩散损失小、热传递速率高、可靠度、工艺简单、安装方便、易于大批量生产等优点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种太阳能“U形”集热管，特别是一种能明显提高太阳辐射能量利用率的太阳能集热管，属于太阳能运用领域。
技术介绍
现有技术的太阳能“U形”集热管实际是一“U形管式的光热转化系统”。其结构主要包括“U”形导热铜管、金属导热圈、塑料盖和层间涂有金属吸热涂层的“真空玻璃”集热管，所述“U”形导热铜管由直径Φ8 Φ 10mm、长度3000 4000mm的铜管弯曲成“U”形， 所述金属导热圈分别与“U”形导热铜管的外圆面和玻壳内圆相配合，所述塑料盖将“U”形铜管的集热段盖装在“真空玻璃”集热管内(附图幻。所述“U”形导热铜管内灌装传热介质，所述传热介质通过循环流动用于对水箱内胆内的储水或集中供热系统的加热联箱中的储水加热。现有太阳能热水器的热效率并不高，太阳能“真空玻璃”集热管热水器的新标准为彡38. 24%，因其可达到的有效集热面积利用率为64. 5%;外层管玻壳的透射比τ为93%; 内层管吸热涂层的吸收比α为91%，基本都达到极限值，则理论可达的最大集热能效为 55. 15% (64. 459% Χ93% Χ92% )0因“U”导热型铜管是安装在“真空玻璃”集热管内， 故其理论集热效率与“真空玻璃”集热管相同，又因无“真空玻璃”集热管所存在的管内热水留存，则扣除其它损耗，“U型”集热管的实际集热效率可达45%左右。由于，“真空玻璃”集热管内金属涂层吸收的能量需通过内层玻壳传递到管内，增加了玻壳热阻，再通过管内空间的空气以低效的自然对流方式对“U”形铜管的集热段加热， 虽在玻璃管内与热管间增加一金属导热圈，因导热圈与玻壳和热管间的圆度、同心度、直线性及加之公差要求(附图幻，造成不能相互贴合紧密，特别是金属导热圈与“U”形铜管间的安装不便，与玻壳则需保有配合间隙，故仍需靠空气传热，使传热速率大大降低，与太阳能 “真空玻璃”集热管直接对水的热交换方式比，传热速率相差巨大，从而大幅度的抬高了辐照面既金属吸热涂层的表面温度，降低了 “真空玻璃”集热管的集热效率，则降低了 “U”形管的效能，是导致其热效低于“真空玻璃管”的主要原因之一。现有“真空玻璃”集热管的辐射吸收比α最大可达92%，基本已达极限值。因其内层管外圆表面金属吸热涂层厚度受到金属喷涂工艺的限制，就如同电镀层厚存在的工艺问题一样，层厚一大就会起皮脱落，所以现金属吸热涂层目视都可看见明显透光现象却无法解决弥补，故要将α值进一步提升的可能性已不大。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服上述太阳能“U形”集热管的不足之处，设计一种能较大幅度增加有效集热面积和辐射吸收比α，大幅度提高“U形”集热管的热效，适合各地区使用，且结构合理，工艺简单，成本低、安装使用方便，易于大批量生产的太阳能“翅片式U 形”集热管。本技术的太阳能“翅片式U形”集热管，其结构主要包括透明保温管、与透明保温管中心对称的弧形风帆构成的铝制的风帆型翅片、橡胶密封圈、单密封盖、抽排气管、 “U”形铜管和反光膜片，所述单密封盖安装在“U”形铜管的近管口处，所述橡胶密封圈安装在单密封盖上，所述风帆形翅片安装在“U”形铜管的集热段上，所述安装了“U”形铜管和翅片的单密封盖盖装在透明保温管上。所述反光膜片粘贴在透明保温管的背光面的外表面上，所述反光膜片选用镜面铝膜片或镜面pet (涤纶)膜片。所述抽排气管镶嵌在单密封盖上，所述单密封盖选用酚醛胶木或增强尼龙或增强PP注塑加工。所述橡胶密封圈选用圆形或V形或设有多圈密封凸筋的管状结构。所述风帆形翅片的各处仰光面和风帆的外侧仰光面上均设有与翅片为一体的轴向锯齿形吸热槽道，所述风帆形翅片的仰光面上选用喷砂或选用化学腐蚀处理加工成亚光面，所述亚光面选用电化处理成深色表面，成为所谓黑体表面结构。所述风帆形翅片的翅片结构选用单面风帆形翅片或双面风帆形翅片。所述单面风帆形翅片的背光面上设有“U”形双卡槽，所述“U”形铜管的集热段直接压入风帆形翅片上的“U”形双卡槽中安装。所述透明保温管外形截面选用圆形或在圆形两边外侧设置平张角结构，所述透明保温管选用单层透明保温管，或选用双层透明真空玻璃保温管，所述选用单层透明保温管的集热管，用单密封盖上镶嵌的抽排气管抽真空保温，所述选用双层透明真空玻璃保温管的集热管，则通过真空玻璃管的自身保温性能保温，所述单层透明保温管选用塑料Pc或 PMMO合金，或选用玻璃加工，所述选用Pc或PMMO合金的保温管与密封盖的安装选用塑料热熔焊接工艺熔焊连接密封。本技术的太阳能“翅片式U形”集热管，由于采用单密封盖和单层透明保温管相结合的真空密封保温措施，实现了直接由“U”形铜管的翅片作为太阳辐照面的集热方案， 改变了现有技术的集热、传热方式，使风帆形翅片、吸热槽道、反射聚热、亚光黑体等多项能明显提高集热效能的技术措施获得运用，并取消了多余低效的中间传热环节，简化了结构， 使翅片收集的辐射能量直接传递到“U”形铜管内的传热介质中，明显降低了辐照面的表面温度，提高了热传递速率，故能较大幅度的提高热效能。由于，铝制翅片可通过挤压拉升加工工艺获得整体式结构，从而使能大幅度提高对太阳辐照能量吸收能力的轴向锯齿形吸热槽道、风帆形翅片，在实际加工中得以实现，大大提高了集热效能，且铝材的比重小，加工成本低，故具有工艺简单、成本降低，适合大批量生产使用之特点。由于，采用风帆形的翅片结构，在太阳照射前管产生的背影结束对后管遮挡时开始，翅片集热面均获得太阳的正投影辐射，从而保证了正投影面积最大化。由于，在迎光面上设有锯齿形吸热槽道，使投射到槽道一面上的辐射能量在部分被反射到另一面时在该面被吸收，即使材质表面的辐射吸收α比仅达80%，余20%经另一面二次吸收后的总吸收比 α值仍高达96%，且铝制翅片表面易于经亚光发黑处理成所谓黑体表面，理论上黑体表面的α值可达1，所以经该处理后的铝制翅片的吸收比α将进一步提高。由于通过在透明保温管配以抽真空保温和反光膜片，使单管有效集热面积大大增加，使集热翅片背光面的辐射被反射回去，减小了热辐射扩散损失，提高了总体保温性能和集热性能。由于，光线随入射角的增加反光强度增大，导致圆形玻管两侧边即玻璃壳体厚度面积的光线被反射出去，在透明玻璃套管每边增加2mm 2. 5mm折光张角的张角透明玻璃套管，射入的辐射能量经反光膜片反光聚焦，则该部分辐射能量将得到充分利用，相比同管径的“真空玻璃”集热管，增加了辐照面的有效集热面集(金属吸热涂层或集热翅片至张角边的宽度增加12mm)，按标准计算，由20根集热管组装的集热器辐照面的有效面积利用率将由现有“真空玻璃”集热管的65%提高到86%，以辐射吸收α为96%、比透射比τ仍为 92%计则理论可达的最大集热能效达75% (85% X92% X96，总体集热能效将提高 20%左右，相比提高近40%。通过单面风帆形翅片与反光膜片聚焦相结合不仅提高了有效集热面积，并因单密封盖上的两“U”形安装卡槽设于同一面上，且安装方向一致，故可在安装单密封盖后再安装翅片，使之可在注塑加工单密封盖时直接将“U”形铜管镶嵌其中，具有安装工艺简单方便、 管面贴合好、导热性好、可靠度高，同时使翅片的材料消耗大幅度减少，而相比现技术的金属导热圈，料耗降低了 65%，而增加的反光膜片的每平米售价却不大于1本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种太阳能“翅片式Ｕ形”集热管，结构主要包括橡胶密封圈、抽排气管、“Ｕ”形铜管、反光膜片，其特征还在于包括透明保温管、与透明保温管中心对称的弧形风帆构成的铝制的风帆形翅片、单密封盖，所述单密封盖安装在“Ｕ”形铜管的近管口处，所述橡胶密封圈安装在单密封盖上，所述风帆形翅片安装在“Ｕ”形铜管的集热段上，所述安装了“Ｕ”形铜管和翅片的单密封盖盖装在透明保温管上，所述反光膜片粘贴在透明保温管的背光面的外表面上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李光华，谢河，
申请(专利权)人：南京绿盾电气设备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：84