專利名稱：梳狀截面螺旋流道太陽能集熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域的一種大能量供熱裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的玻璃真空集熱管供熱溫度偏低，能量偏小，存在下列問題1、通過熱輻射，在真空管內(nèi)的金屬管上的光譜吸收層熱量，傳導(dǎo)給工質(zhì)是較好的設(shè)計(jì)。但要提供大能量熱能，由于金屬管受熱面積增幅小于其容積的增幅；容積增大，工質(zhì)的熱容也大，效率急劇下降，這是矛盾；2、真空管內(nèi)裝有帶翅片的金屬管道通工質(zhì)的設(shè)計(jì)，由翅片增大受熱面積，但要提供大能量熱源，靠翅片提高熱效率，會(huì)顯示出下列矛盾。翅片做得越大，熱傳導(dǎo)給工質(zhì)的路徑越長(zhǎng)，效率下降越多。原因是翅片內(nèi)不含工質(zhì)，翅片也要蓄熱和輻射熱。3、用管徑較大的玻璃真空管直接通水，既省掉水箱又增加受光面積，是精簡(jiǎn)裝置的好主意，但矛盾是管徑大，容水量大，熱容更大，升溫慢，管內(nèi)沉積及凍爆。內(nèi)外層溫差大，又容易冷熱爆管。由于內(nèi)層有選擇性吸收層，溫度較高，但玻璃不是良好的導(dǎo)熱體，熱阻大，導(dǎo)致集熱層高發(fā)射率，所以輻射損失也大。

發(fā)明內(nèi)容
利用玻璃大真空管低熱損的優(yōu)點(diǎn)，在它內(nèi)部裝有金屬制的梳狀截面螺旋流道，(圖1的件3和4及圖6)，流道內(nèi)流通工質(zhì)。就一般的螺旋裝置而論本來已具有很大的表面總面積，現(xiàn)在把這種圓管截面制成梳狀截面的特性，所以它具有容積較大，而且更具有受熱面積和傳導(dǎo)面積特大的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)發(fā)揮金屬流道傳熱效率高以及它的外表涂有高吸收比、低發(fā)射率的選擇性膜層優(yōu)勢(shì)，使熱阻、熱容很小，熱效率極高。
所謂工質(zhì)干燥工業(yè)用的工質(zhì)是空氣；海水淡化用的是海水；陽光建筑用的是自來水。這種梳狀截面的工質(zhì)流道，能承受自來水壓和容忍冷凍反膨脹的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明目的為工業(yè)、農(nóng)業(yè)和陽光建筑提供大能量的太陽能利用裝置，所以工質(zhì)是由風(fēng)機(jī)、液泵強(qiáng)制流通于梳狀截面螺旋流道內(nèi)，以利進(jìn)行高效率的熱交換。
梳狀截面螺旋流道的制造用薄金屬皮(例如銅、鋁或不銹鋼)在成型軋輥機(jī)輥軋而成。軋輥的圓周方向上有相應(yīng)的梳狀截面形的凹凸環(huán)狀棱(使軋輥裝置互相嚙合，并且凹凸棱都用圓弧過渡，使得有利于在軋制過程中金屬延展，拉伸成型。又根據(jù)三軋輥卷鈑機(jī)的原理，軋出來就成為螺旋曲線狀的梳狀截面螺旋流道的外殼(圖6的W)形狀，再配上狹長(zhǎng)條金屬薄鈑作為底層(圖6的t)，在h和h1處用滾壓焊焊合就完成，當(dāng)然也可用(圖7和圖8)形式用轉(zhuǎn)扣結(jié)構(gòu)壓合。
一般地說真空管直徑越大，它的梳狀截面的齒數(shù)應(yīng)越多，反之則越少。本設(shè)計(jì)的一條單頭螺紋的螺旋線中，就有并列的五條線組成，這如一條五線譜就有五條線一樣，它的截面如圖6，機(jī)械上的螺旋線有單頭螺紋和多頭螺紋之分，該真空管中的流道也可制成大導(dǎo)程的多頭螺紋。
梳狀截面螺旋流道的纏繞①先在真空套筒(圖1的13和圖5)的外圓柱面上纏撓(并局部粘合)兩層耐熱鋁塑復(fù)合膜5，它起二個(gè)作用(1)反光層都向外，減少工質(zhì)熱輻射；②使梳狀截面螺旋流道容易纏繞在真空套筒的外圓柱面上。真空套筒13是個(gè)玻璃的真空筒體(如圖5)，纏繞時(shí)必須按右旋順螺旋法則，在真空套筒的外圓柱面上依次一圈緊挨一圈地纏繞，中間不可有間隙，一直纏繞到整根的真空套筒外圓柱面上為止。真空套筒13必要時(shí)也可接長(zhǎng)，在接頭的隔層中墊一只絕熱彈性墊圈。
中心軸安裝中心軸是一根鍍鋁鋅的無縫鋼管(圖1的10)，先在它的套裝真空套筒的一段長(zhǎng)度上的兩端多纏繞幾層(和局部粘住)鋁塑復(fù)合膜，反射層都向外。而在這兩端之間的中間一段，少纏繞幾層，目的使真空套筒套上去容易些，并要求套上去，正好不松勁又不太緊。這是利用多層復(fù)合膜有點(diǎn)彈性和反射熱輻射的目的。中心軸僅僅起到吊運(yùn)和安裝的骨架作用。
真空套筒13的兩端外側(cè)各套一只真空盤(圖1的12)和圖4于中心軸10上，再在外面各裝一只絕熱彈性帽(圖1的7)，最外面的兩端各套上一只端蓋8和箍圈11(圖1)，并緊固螺栓，使與中心軸緊固在一起(參考圖2、圖3)。
梳狀截面螺旋流道的引出管管徑是圓的，(開頭有一短截從矩形過渡到圓管)。對(duì)合螺母15和絕熱彈性環(huán)14是用作兩根對(duì)接真空管的接頭的定位作用(圖1)。因?yàn)閷?duì)合螺母15的形狀和作用與機(jī)械工業(yè)車床絲桿的開合螺母相同。用對(duì)接真空管的措施，是考慮到過長(zhǎng)的大真空管制造有一定的技術(shù)難處，所以圖1表示對(duì)接的真空管和不用對(duì)接的梳狀截面螺旋流道的結(jié)構(gòu)。
膨脹撓度弧6的設(shè)計(jì)，因?yàn)檎婵展芄軓胶烷L(zhǎng)度的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國標(biāo)，又因玻璃的撓度很小，只有當(dāng)跨度相當(dāng)大時(shí)才顯示出撓度。圖9是膨脹撓度弧的制作a用模具吹成縮腰的雙層圓環(huán)形玻璃體；b用自動(dòng)割口機(jī)或激光割去邊沿的點(diǎn)劃線處余料；c用真空管的內(nèi)玻璃管與R-R處熔接；d用真空管的外玻璃管在j-j處熔接。在內(nèi)外玻璃管與撓度弧熔接時(shí)，最好不用一股常用的金屬彈性支架，而用同心(同軸線)的夾具。例如圖C用撓度弧的內(nèi)孔圓周的三點(diǎn)定位，再與內(nèi)玻璃管的內(nèi)孔圓周的三點(diǎn)定位，使夾具的兩處的三點(diǎn)決定一圓的圓心保持同心，在圖d時(shí)，同一夾具與外玻璃管的外徑圓周上三點(diǎn)定位。膨脹撓度弧與周圍的硬性零件之間用玻璃棉填充。
通常吸氣片、吸氣劑焊在彈性支架上，現(xiàn)在只能焊在直徑＜Φ0.8mm的銅絲或杜美絲上，再放入吸氣管內(nèi)讓蒸散型鋇-鈦消氣劑掛在真空層內(nèi)，把金屬絲與吸氣管一起熔封。
真空盤12，真空套筒13內(nèi)，最好用真空鍍鎂反射層，(這種工藝比化學(xué)鍍銀經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)潔，雖然性能稍遜色一點(diǎn))。
本發(fā)明必須配合復(fù)合拋物面聚光器CPC安裝使用，使玻璃大真空管集熱管的整個(gè)圓柱面都受到陽光照射，發(fā)揮最大受熱面的效果。


圖1兩個(gè)大真空玻璃管的管尾與管尾的對(duì)接和梳狀截面螺旋流道不用對(duì)接的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1的件號(hào)11箍圈(和螺栓都是鍍鋁鋅鋼材)。
圖3是圖1的件號(hào)8端蓋(增強(qiáng)工程塑料)。
圖4是圖1的件號(hào)12真空盤(真空玻璃盤)。
圖5是圖1的件號(hào)13真空套筒(真空玻璃筒)。
圖6是圖1的件號(hào)4，是梳狀截面螺旋流道的截面圖。
圖7、圖8及圖6表示梳狀截面螺旋流道的梳狀截面齒數(shù)，可根據(jù)真空管徑大小而有多少；真空管徑越大，流道的截面齒數(shù)越多。
圖9是圖1的件號(hào)6是膨脹撓度弧的制造示意圖。
圖10是玻璃真空管徑＜Φ150mm時(shí)，可用梯形截面螺旋流道。
圖11是玻璃真空管徑＜Φ80mm時(shí)，可采用近似三角形截面或螺旋管內(nèi)徑＜Φ5mm時(shí)用圓形截面流道，(如圖11的a、b)。
這些螺旋流道也可用多頭螺旋形式，即每個(gè)流道截面之間可以沒有空隙，一個(gè)緊挨一個(gè)，此時(shí)的圖10中的光譜選擇性涂層4就省去，只在金屬螺旋流道的外表面才涂有光譜選擇性涂層。
權(quán)利要求
1.一種大能量太陽能玻璃真空集熱管，由它的管徑不一樣的內(nèi)、外全透明玻璃管的一端熔接成環(huán)形口，使其中間形成夾層，便于抽成真空；這兩異徑玻璃管的另一端的內(nèi)、外層熔接前先制成一環(huán)狀膨脹撓度弧，使玻璃的撓度來抵消內(nèi)、外層的膨脹差異性。真空管內(nèi)的金屬梳狀截面螺旋流道的外表，涂有光譜選擇性涂膜，流道中的工質(zhì)，可以是水、空氣或是抗凍液體。
2.按照權(quán)利要求1所說的大能量太陽能玻璃真空集熱管，它的工質(zhì)流道是金屬制的梳狀截面螺旋流道，具有超常規(guī)的特大受熱面積。
3.按照權(quán)利要求1所說的大能量太陽能玻璃真空集熱管，它的玻璃大真空管可以對(duì)接接長(zhǎng)，而內(nèi)中的金屬制的工質(zhì)流道可以不用對(duì)接，使工藝簡(jiǎn)潔。
4.按照權(quán)利要求1所說的大能量太陽能玻璃真空集熱管管徑相對(duì)較小時(shí)，金屬制的工質(zhì)螺旋流道的截面，可以是梯形、近似三角形，甚至流道金屬管的內(nèi)徑＜Φ5mm時(shí)，可以用園形截面，如圖11的a和b；盡管這樣簡(jiǎn)化小型太陽能玻璃真空集熱管的工質(zhì)螺旋流道，但比現(xiàn)有技術(shù)的工質(zhì)流道表面總面積，相對(duì)大得多。機(jī)械工業(yè)中有單頭、多頭螺紋之分，本設(shè)計(jì)也屬一種螺旋原理，故流道可以有單頭螺旋和多頭螺旋，單頭螺旋的螺旋流道之間可以有間隔空隙，這樣以保持一定的螺旋升角和工質(zhì)流速，但也減少了一部分受熱面積；多頭螺旋時(shí)流道之間可以沒有空隙，即一圈緊挨一圈的，能保持較大螺旋升角，增加工質(zhì)流速和受熱面積；梳狀截面螺旋流道設(shè)計(jì)的目的，消除間隔空隙，最大限度增加受熱面積，因?yàn)樗氖釥铨X本身就形成了多條平行的螺旋棱線，當(dāng)它用多頭螺旋來制造時(shí)，就是有更大的導(dǎo)程、螺旋升角，增加工質(zhì)流速。
全文摘要
梳狀截面螺旋流道太陽能集熱管，是由真空玻璃管外層1、內(nèi)層2、和膨脹撓度弧6構(gòu)成的巨型透明真空管，內(nèi)裝梳齒狀多齒截面4的金屬螺旋流道3，流道3的外表涂有光譜選擇性涂層，流道內(nèi)工質(zhì)氣體或液體或抗凍液，由風(fēng)機(jī)或液泵強(qiáng)制流通。鋁塑復(fù)合膜5是反射層，它的內(nèi)襯是玻璃真空套筒13、真空盤14，它們都為阻斷熱傳導(dǎo)給中心軸10，中心軸是安裝和吊運(yùn)用的；通過絕熱彈性帽7，端蓋8和箍圈11，把整臺(tái)真空管緊固在中心軸10上。為簡(jiǎn)便工藝，兩根大真空管用絕熱彈性環(huán)14，對(duì)合螺母15對(duì)接接長(zhǎng)，構(gòu)成巨型，超長(zhǎng)集熱管，再配備單軸跟蹤聚光槽，可提供高效集熱供熱資源。
文檔編號(hào)F24J2/46GK101046331SQ200610050108
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者黃金倫 申請(qǐng)人:黃金倫