CN202188677U - 储热式真空管及具有该真空管的集热器 - Google Patents

Abstract

一种储热式真空管及具有该真空管的集热器，真空管包括玻璃外管、金属储热管和环形真空封接结构，所述玻璃外管套设于所述金属储热管的外周，所述环形真空封接结构封接于所述玻璃外管和金属储热管间，外管和储热管间形成真空状态，环形真空封接结构包括具有中心开口的金属封接盖及波纹管，该金属储热管的开口管段穿设该金属封接盖的中心开口后突出伸至该外管外部；所述金属封接盖外缘通过真空封接固接于所述外管的开口处，其通过该中心开口套设于所述储热管的开口管段外侧，所述金属封接盖的中心开口周缘通过该波纹管封接于所述储热管的开口管段外壁。本实用新型通过可伸缩的真空封接结构来卸载真空管在运行时由于热胀冷缩对金属封接盖产生的压力和剪切力。

Description

储热式真空管及具有该真空管的集热器

技术领域

本实用新型有关于一种太阳能储热装置，尤其是指一种储热式真空管及集热器。

背景技术

众所周知，太阳能热水器是我国太阳能利用中应用最广泛、产业化发展最为迅速的太阳能产品。中国的太阳能热水器发展经历了闷晒式、平板式和全玻璃真空太阳集热管式三个发展阶段：闷晒式太阳能热水集热器是广泛应用于20世纪70-80年代，这种热水器结构简单，容易普及，但其效率低、散热快、储水量小，且冬季无法使用，因此不具有大力发展的前景；平板式太阳能热水器广泛应用于20世纪80-90年代，其在冬季也无法运行，且夜间散热量较大，已逐渐退出市场，目前仅在珠江三角洲和云南等地有使用；全玻璃真空太阳集热管热水器是从上世纪90年代开始逐步使用、发展起来的，其核心组件为具有选择性吸收涂层的全玻璃真空太阳能集热管，其主要特点是：1)真空隔热和地热辐射的涂层使真空集热管几乎不受环境温度的影响，北方地区一年四季均可使用；2)圆柱形吸热面积起到太阳跟踪作用，提高了全天的热量；3)玻璃真空封接使结合强度高、结构牢靠、使用寿命长。

真空管是太阳能热水器的核心，其结构如同一个拉长的暖瓶胆，内外层之间为真空。在内玻璃管的表面上利用特种工艺涂有光谱选择性吸收涂层，用来最大限度的吸收太阳辐射能。经阳光照射，光子撞击涂层，太阳能转化成热能，水从涂层外吸热，水温升高。

专利号为ZL98208002.6的专利公开了一种具有搪瓷内胆的储热式真空管，其具有一玻璃外胆，玻璃外胆前端与金属大盖热压封连接而成，在玻璃外胆内间隔设有涂有选择性涂层的吸热内胆，内胆与外胆间为真空空间，在内胆中***有冷水管，在外胆尾部设有支撑组件，该专利是用内外涂有搪瓷秞层的金属内胆作为吸热体，这种真空管不仅吸热效率高，而且其承压性能和抗冷热冲击性能原优于玻璃吸热体。这种储热式真空管在工作时，其内胆表面的温度相当高，通常能达到200℃以上，而玻璃外管通常与环境温度相近似，约在20～40，因此金属内胆和玻璃外管由热膨胀引起的变形差异非常大，特别是这种储热式真空管通常为细长的管状结构，这种形状的变化通常体现在其长度方向的伸缩。因此，当两者刚性连接在一起时，极易因这种形变差异而导致金属盖对封接处产生压力和剪切力，使真空封接失效或导致真空管的爆裂。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种储热式真空管及集热器，其通过可伸缩的环形真空封接结构来卸载真空管在运行时由于热胀冷缩对金属封接盖产生的压力和剪切力。

本实用新型的技术解决方案是：一种储热式真空管，所述真空管包括一玻璃外管、一金属储热管和环形真空封接结构，所述玻璃外管和所述储热管为单端开口结构，其包括尾端的胆部及前端的设有开口的开口管段；所述玻璃外管套设于所述金属储热管的外周，所述环形真空封接结构封接于所述玻璃外管和金属储热管间，所述外管和所述储热管间形成真空状态，其中，所述环形真空封接结构包括具有中心开口的金属封接盖及波纹管，该金属储热管的开口管段穿设该金属封接盖的中心开口后突出伸至该外管外部；所述金属封接盖外缘通过真空封接固接于所述外管的开口处，其通过该中心开口套设于所述储热管的开口管段外侧，所述金属封接盖的中心开口周缘通过该波纹管封接于所述储热管的开口管段外壁；所述外管和所述储热管间形成真空夹层内设置有吸气剂，如蒸散吸气剂及/或长效吸气剂。

如上所述的储热式真空管，其中，所述波纹管与所述开口管段外壁间具有间隙。

如上所述的储热式真空管，其中，所述储热管的胆部直管段的外壁与所述外管对应处的内壁间设有至少两组支撑部，其中第一组支撑部的设置位置临近所述储热管的开口管段，第二组支撑部的设置位置临近所述储热管的尾部；所述储热管开口管段与金属封接盖的中心开口部分保持有间隙。

如上所述的储热式真空管，其中，所述波纹管的一端焊接接在金属封接盖的中心开口上，另一端直接焊接在开口管段的外壁上或通过过渡环焊接在所述储热管的开口管段外壁上。

如上所述的储热式真空管，其中，所述波纹管位于所述玻璃外管内部或位于所述玻璃外管外部。

如上所述的储热式真空管，其中，所述储热管由碳钢材料制成，其内壁设有搪瓷层，储热管的外表面镀有太阳能光谱选择性吸热涂层。

如上所述的储热式真空管，其中，所述波纹管位于所述玻璃外管内部或位于所述玻璃外管外部，所述波纹管的一端焊接接在金属封接盖的中心开口上，另一端通过过渡环焊接在所述储热管的开口管段外壁上；所述储热管由碳钢材料制成，其内壁设有搪瓷层，储热管的外表面镀有太阳能光谱选择性吸热涂层；所述储热管内设置有镁阳极棒；储热式真空管的排气咀为设置在金属封接盖上的金属排气管，或直接设置在玻璃管的尾部。

本实用新型同时提出一种储热式真空管集热器，其中，该集热器包括进出水管路、保温盒以及如上所述的多个储热式真空管，保温盒设于各储热式真空管开口端，进出水管路设于该保温盒内，每一储热式真空管开口端设有一储热管接头，该储热管接头设有分别与进出水管路相接的进水口和出水口，且每一进水口处设有一进水导管伸入金属储热管内靠近底部位置。

如上所述的储热式真空管集热器，其中，各储热式真空管是通过金属软管前后相接，前一级储热式真空管的出水口通过金属软管接至后一级储热式真空管的进水口。

如上所述的储热式真空管集热器，其中，各储热式真空管的进水口、出水口是通过联集管并联相接，各储热式真空管的进水口连接到一冷水进水管，各储热式真空管的出水口连接到一热水出水管。

本实用新型的特点和优点是：本实用新型在玻璃外管和金属储热管间设置可伸缩位移的环形真空封接结构，环形真空封接结构包括具有中心开口的金属封接盖及波纹管，该金属储热管的开口管段穿设该金属封接盖的中心开口后突出伸至该外管外部；所述金属封接盖外缘固接于所述外管的开口处，其通过该中心开口套设于所述储热管的开口管段外侧，所述金属封接盖的中心开口周缘通过该波纹管封接于所述储热管的开口管段外壁。利用前述环形真空封接结构，本实用新型的真空管可以通过开口端所设的波纹管卸载储热管在运输安装及运行过程中的振动或热胀冷缩对金属封接盖产生的压力和剪切力，避免金属玻-璃封接的强度和气密性受到破坏。

此外，本实用新型在储热管的胆部直管段的外壁与玻璃外管对应处的内壁间设有多组支撑部，其中第一组支撑部的设置位置临近储热管的开口管段第二组支撑部的设置位置临近储热管的尾部，从而使得储热管2和管内工质的重量通过真空管内两套或多套支架落在玻璃外管的管壁上，避免储热管开口管段与金属封接盖直接接触，即波纹管与金属储热管的开口管段外壁间得以因此始终保持预定的间隙，金属封接盖不会直接受力，从而保证封接的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的储热式真空管的第一实施例的结构示意图。

图2为本实用新型的储热式真空管的第二实施例的结构示意图。

图3为本实用新型的储热式真空管的第三实施例的结构示意图。

图4为本实用新型的储热式真空管的应用于一集热器的结构示意图之一。

图5为本实用新型的储热式真空管的应用于另一集热器的结构示意图之二。

附图主要标号说明：

1、玻璃外管    2、储热管    21、开口管段

22、胆部             23、搪瓷层           24、吸热涂层

25、镁阳极棒         3、环形真空封接结构  31、金属封接盖

32、波纹管           33、过渡环           34、第一波纹管

35、第二波纹管       4、支撑部            5、金属排气咀

5’、玻璃排气咀      6、消气剂

100、储热式真空管    101、储热管接头      102、进水导管

103、金属软管        103’、联集管        104、保温盒

具体实施方式

如图所示，本实用新型首先提出一种储热式真空管，所述真空管包括一玻璃外管、一金属储热管和环形真空封接结构，所述玻璃外管一端具有开口；所述储热管为单端开口结构，其包括尾端的胆部及前端的设有开口的开口管段；所述玻璃外管套设于所述金属储热管的外周，所述环形真空封接结构封接于所述玻璃外管和金属储热管间，所述外管和所述储热管间形成真空状态，所述环形真空封接结构包括具有中心开口的金属封接盖及波纹管，该金属储热管的开口管段穿设该金属封接盖的中心开口后突出伸至该外管外部；所述金属封接盖外缘固接于所述外管的开口处，其通过该中心开口套设于所述储热管的开口管段外侧，所述金属封接盖的中心开口周缘通过该波纹管封接于所述储热管的开口管段外壁。利用前述环形真空封接结构，本实用新型的真空管可以通过开口端所设的波纹管卸载储热管在运输安装及运行过程中的振动或热胀冷缩对金属封接盖产生的压力和剪切力，避免金属玻-璃封接的强度和气密性受到破坏。

下面配合附图及具体实施例对本实用新型的储热式真空管的具体实施方式作进一步的详细说明。

第一实施例

如图1所示，其为本实用新型的储热式真空管的第一实施例的结构示意图。本实施例中，该储热式真空管包括玻璃外管1、金属储热管2和二者开口端的环形真空封接结构3，玻璃外管1和金属储热管2为单端开口结构，金属储热管2包括开口端的开口管段21和尾端的胆部22，其中，开口管段21是由胆部22前端缩径形成，并穿设突伸至玻璃外管1的开口外，以作为外部接口。其中，储热管2的开口管段的接口部分可加工成内螺纹、外螺纹以及法兰形式，便于和集热联箱装置连接。

本实施例中，环形真空封接结构3采用波纹管内置的结构，其包括金属封接盖31、波纹管32及过渡环33，其中，金属封接盖31具有中心开口，用于供金属储热管2的开口管段21穿设，金属封接盖31的外缘封接于玻璃外管1的开口端，其中心开口处内周缘则与波纹管32的前端焊接，而波纹管32的后端则通过一过渡环33焊接于金属储热管2的开口管段的外壁上，从而使得该波纹管32位于玻璃外管1内；金属封接盖31可采用镍钢制成，其与玻璃外管1间的封接工艺可为热压封接、火焰封接或低温玻璃封接等，此处不再详述。

本实施例中，如图1所示，该金属储热管2较佳是由碳钢材料制成，其内壁设有搪瓷层23，储热管2的外表面镀有太阳能光谱选择性吸热涂层24。但不限于此，例如该储热管2的材质也可采用不锈钢等。波纹管32和过渡环33可采用不锈钢材料加工制成。

现有技术中，由于储热管和管内工质的重量较大，长期使用后该金属封接盖容易因此产生变形，影响真空管的密封状态。为了克服该缺陷，储热管2的胆部22直管段的外壁与玻璃外管1对应处的内壁间较佳设有至少多组支撑部4，其中第一组支撑部的设置位置临近储热管2的开口管段21，第二组支撑部的设置位置临近储热管2的尾部，二者之间可以根据需要再设置其他的支撑部4，本实施例中，该支撑部4为至少具有三支撑点的支撑架，从而使得储热管2和管内工质的重量通过真空管内两套或多套支架落在玻璃外管1的管壁上，避免储热管开口管段与金属封接盖直接接触，即波纹管32与金属储热管2的开口管段21外壁间得以因此始终保持预定的间隙，金属封接盖31不会直接受力，从而保证封接的可靠性。

本实施例的储热式真空管的玻璃外管的管口法兰为外翻法兰，真空夹层内设置有吸气剂6，如蒸散吸气剂及/或长效吸气剂，排气咀为设置在金属封接盖31上的金属排气管5，且该储热管2内较佳位置设置有镁阳极棒25对储热管加以保护，阻止水垢的粘附，自动对搪瓷层缺陷进行修补，防止储热管产生腐蚀。由于其他结构可采用现有技术来实现，故此不再一一赘述。

第二实施例

如图2所示，其为本实用新型的储热式真空管的第二实施例的结构示意图。本实施例中，其主体结构与第一实施例相同：该储热式真空管包括玻璃外管1、金属储热管2和二者开口端的环形真空封接结构3，玻璃外管1和金属储热管2为单端开口结构，金属储热管2包括开口端的开口管段21和尾端的胆部22，其中，开口管段21是由胆部22前端缩径形成，并穿设突伸至玻璃外管1的开口外，以作为外部接口。

与前一实施例的主要不同之处在于，本实施例中，环形真空封接结构3采用波纹管外置的结构，具体地，金属封接盖31、波纹管32及过渡环33可采用与第一实施例相同的结构，但三者与玻璃外管1、金属储热管2的位置关系略有差异，其中，波纹管32的前端通过过渡环33焊接于金属储热管2的开口管段21的外壁上，波纹管32的后端则与金属封接盖31的中心开口处内周缘焊接，从而使得该波纹管32位于玻璃外管1外，这样可以延长储热管2储热段的长度，增加储热量。

本实施例的储热式真空管的玻璃外管的管口法兰为内翻法兰，且排气咀为设置于玻璃外管1尾部的玻璃排气管5’。

第三实施例

如图3所示，其为本实用新型的储热式真空管的第三实施例的结构示意图。本实施例中，其主体结构与第一实施例相同：该储热式真空管包括玻璃外管1、金属储热管2和二者开口端的环形真空封接结构3，玻璃外管1和金属储热管2为单端开口结构，金属储热管2包括开口端的开口管段21和尾端的胆部22，其中，开口管段21是由胆部22前端缩径形成的直管段，其穿设突伸至玻璃外管1的开口外，以作为外部接口。

与前一实施例的主要不同之处在于，本实施例中，环形真空封接结构3采用混合式结构，具体地，该环形真空封接结构3包括金属封接盖31、直径较小的第一波纹管34及直径较大的第二波纹管35，其中，第一波纹管34套设于金属储热管2开口管段21外周，其前端焊接于开口管段1的外壁焊接外；第二波纹管35设置于第一波纹管34的外周，其前端与金属封接盖31的中心开口处内周缘焊接，其后端与第一波纹管34的后端焊接在一起，除了焊接处，该第二波纹管35、第一波纹管34及金属储热管2的开口管段外壁三者间隔设置。采用此种设置方式，可缩短波纹管总长。

如图4、图5所示，其为本实用新型的储热式真空管应用形成的两种储热式真空管集热器的结构示意图。在类似应用中，该集热器包括进出水管路、保温盒104以及多个储热式真空管100，其中、每一储热式真空管100通过储热管接头101与进出水管路相接，且每一储热式真空管的进水口是通过一进水导管102伸入金属储热管内靠近底部位置，以利进行充分的换热解热。储热管的开口管段上可加工成内螺纹、外螺纹以及法兰形式，便于和集热联箱装置连接。

如图4所示，该应用中，进出水管路是采用串联式结构，即各储热式真空管是通过金属软管103前后相接，前一级储热式真空管的出水口通过金属软管103接至后一级储热式真空管的进水口，从而形成串联式集热器，能够实现高温供水。本应用例可适用于所需供水量比较小的场所，单个集热器使用，可使出水温度持续保持稳定。

如图5所示，该应用中，进出水管路是采用并联式结构，即各储热式真空管的进水口、出水口是通过联集管103’并联相接，各储热式真空管100的进水口连接到一冷水管，各储热式真空管100的出水口连接到一热水管，从而形成联集管式集热器，能够实现更大的出水量。本应用例中，可再多个集热器串联或并联使用，适合用水量比较大的场所，利于保持较大的出水量。

虽然本实用新型已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本实用新型，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。

Claims (10)

1.一种储热式真空管，所述真空管包括一玻璃外管、一金属储热管和环形真空封接结构，所述玻璃外管和所述储热管为单端开口结构，其包括尾端的胆部及前端的设有开口的开口管段；所述玻璃外管套设于所述金属储热管的外周，所述环形真空封接结构封接于所述玻璃外管和金属储热管间，所述外管和所述储热管间形成真空状态，其特征在于，所述环形真空封接结构包括具有中心开口的金属封接盖及波纹管，该金属储热管的开口管段穿设该金属封接盖的中心开口后突出伸至该外管外部；所述金属封接盖外缘通过真空封接固接于所述外管的开口处，其通过该中心开口套设于所述储热管的开口管段外侧，所述金属封接盖的中心开口周缘通过该波纹管封接于所述储热管的开口管段外壁；所述外管和所述储热管间形成的真空夹层内设置有吸气剂。

2.如权利要求1所述的储热式真空管，其特征在于，所述波纹管与所述开口管段外壁间具有间隙。

3.如权利要求1所述的储热式真空管，其特征在于，所述储热管的胆部直管段的外壁与所述外管对应处的内壁间设有至少两组支撑部，其中第一组支撑部的设置位置临近所述储热管的开口管段，第二组支撑部的设置位置临近所述储热管的尾部；所述储热管开口管段与金属封接盖的中心开口部分保持有间隙。

4.如权利要求1所述的储热式真空管，其特征在于，所述波纹管的一端焊接接在金属封接盖的中心开口上，另一端直接焊接在开口管段的外壁上或通过过渡环焊接在所述储热管的开口管段外壁上。

5.如权利要求1所述的储热式真空管，其特征在于，所述波纹管位于所述玻璃外管内部或位于所述玻璃外管外部。

6.如权利要求1所述的储热式真空管，其特征在于，所述储热管由碳钢材料制成，其内壁设有搪瓷层，储热管的外表面镀有太阳能光谱选择性吸热涂层。

7.如权利要求3所述的储热式真空管，其特征在于，所述波纹管位于所述玻璃外管内部或位于所述玻璃外管外部，所述波纹管的一端焊接接在金属封接盖的中心开口上，另一端通过过渡环焊接在所述储热管的开口管段外壁上；所述储热管由碳钢材料制成，其内壁设有搪瓷层，储热管的外表面镀有太阳能光谱选择性吸热涂层；所述储热管内设置有镁阳极棒；所述波纹管和所述过渡环采用不锈钢材料制成；储热式真空管的排气咀为设置在金属封接盖上的金属排气管，或直接设置在玻璃管的尾部。

8.一种储热式真空管集热器，其特征在于，该集热器包括进出水管路、保温盒以及如权利要求1～7任一项所述的多个储热式真空管，保温盒设于各储热式真空管开口端，进出水管路设于该保温盒内，每一储热式真空管开口端设有一储热管接头，该储热管接头设有分别与进出水管路相接的进水口和出水口，且每一进水口处设有一进水导管伸入金属储热管内靠近底部位置。

9.如权利要求8所述的储热式真空管集热器，其特征在于，各储热式真空管是通过金属软管前后相接，前一级储热式真空管的出水口通过金属软管接至后一级储热式真空管的进水口。

10.如权利要求8所述的储热式真空管集热器，其特征在于，各储热式真空管的进水口、出水口是通过联集管并联相接，各储热式真空管的进水口连接到一冷水进水管，各储热式真空管的出水口连接到一热水出水管。

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