真空管集热器技术

热管式真空管集热技术

1.         热管真空管

  太阳能热水器所用的热管一般为重力热管,蒸发段在热管的下部，冷凝段在上部，内部没有吸液芯。平衡时，热管中的液态工质处于饱和状态，工质气体为饱和气体。太阳辐射透过真空管照射在吸热翼片或传热介质上，蒸发段被加热，液态工质接收管壁传输的热量而温度升高。当工质的温度高于饱和温度时，工质被气化，压力也随之增大，气化产生的蒸气向压力较低的冷凝段流动。冷凝段受管外介质冷却，温度不变。当蒸气压力大于饱和压力时，蒸气凝结为液体，放出气化潜热，凝结液依靠自身重力从冷凝段流回蒸发段。利用热管工质循环往复的气液相变，连续不断地把热能传递给水。

  目前，热管真空管有三种结构形式。第一种采用热压封接技术将带有平板翼片的、具有抗冻性能的铜—水热管封装在单层真空管内；第二种将带有圆筒形翼片的热管封装在全玻璃真空管内，通过管内热空气向紧贴内管表面的翼片传热；第三种将热管封装在全玻璃真空管内，真空管内腔和热管外壁之间注入高沸点液态传热介质。

2.         热管真空管集热器

  与闷晒型、平板型和全玻璃真空管集热器相比，热管真空管集热器具有下列特性。

①热管通过与冷凝段刚性连接的导热块（套管）将热量传递给联集管内的水，热管内液态工质与联集管内的水不相通，故抗冻性强，适合高寒地区使用；②启动快，在多云间晴的低辐射天气仍能产生热水；③热管具有单向传热的二极管性能，集热管不工作时与储热水箱绝热，可以防止在夜间和阴天时热量倒流；④可靠性强，即使单根热管损坏，也不会导致整个集热系统失效；⑤承压性能好，抗腐蚀，不易结垢。由于集热元件的限制，热管集热器也存在一定的不足：①单层真空管的连接形式对玻璃—金属的封接技术要求较高；②全玻璃真空管内插入热管，会因能量的多次转换而影响热效率；③热管和真空管为双真空复杂结构，且造价较高。下面以国外某公司生产的热管真空管集热器为例，说明热管真空管集热器各部件的性能要求。

  热管真空管集热器性能参数：热管真空管的外径为47 mm，长度为1 500 mm；集热器总面积为2.25 m2，吸热体面积为2.20 m2；集热器外型尺寸1 760 mm×1 500 mm×130 mm；保温箱截面尺寸130 mm×140 mm；集热器重量55 kg；容水量1.5L；最高温度190℃；空晒温度247℃。

1)         真空管

  真空管采用符合ISO 3585标准的硼硅玻璃管材料和真空密封技术制成，蒸散型钡吸气剂保持真空夹层内的气体压强低于10-3 Pa，高于国家标准（GB/T 17049）规定的全玻璃真空太阳集热管真空夹层内气体压强p≤5×10-2 Pa的要求。2.2热管热管采用无毒有机物（非丙酮）作为传热介质。铜管内3层抗氧化腐蚀涂层能保证热管的长效性，其使用寿命超过11万h,功率容量为27.2MW/m2。热管启动温度低于35℃。高真空度（4×10-6 Pa）使工质的气化温度降低到25~30℃。曲型翼片比平板翼片的热性能提高了5％。

2)         联集管

  采用铜磷焊接材料将联集管（φ28 mm）、配管（φ22 mm）和导热套管焊接而成，各铜管壁厚均为1 mm。联集管外侧采用φ50 mm岩棉保温。联集管内最大试验压力1 000 kPa，允许工作压力600kPa。联集管容水量低于1.5 L，即使在低辐射天气也可被迅速加热。

  装配时，先将保护皮帽穿入导热套管根部，冷凝段涂硅脂材料后紧插入套管，外侧用保护皮帽填充绝缘，并用螺钉夹具箍紧，保证与联集套管之间良好的传热效果。

3)         集热器绝热材料

  采用耐高温、环境友好型岩棉作为保温材料。保温材料预先压块成型，每块长73 cm，20根管的集热器配置成型块4个，30根管的集热器配置成型块6个。

4)         控制器

  集热器安装了RESOL B1型温度控制器。当集热器水温高于储热罐水温时，或者在寒冷天气对集热器作防冻保护时，控制器可以自动启动循环泵向热水储罐输送热量或逆向循环进行防冻保护。