真空管太陽能熱水器課件

真空管太陽能

熱水器

一、真空管太陽集熱管二、真空管太陽集熱器三、真空管太陽熱水器一、真空管太陽集熱管主講人：段朝剛崔智華韓昭（2）簡介a.原理簡單，集熱管象拉長的保溫瓶一樣。b.質量要求嚴格，必須有好的吸熱層，吸熱層的吸收率要高，熱反射率要低，有好的保溫防止熱量向外對流，傳遞向外幅射。c.一般要求吸收率90%以上，反射率9%以下。d.材料為高硼硅玻璃，膨脹系數(shù)小于3.3×10-7。真空管太陽集熱管又可分為幾種：全玻璃真空管式改進型全玻璃真空管玻璃-金屬真空集熱管常用的為全玻璃真空管式，其優(yōu)點：安全、節(jié)能、環(huán)保、經濟。（一）全玻璃真空管太陽能集熱管

原理1.內玻璃管用來作為水的流動管道；

2.氧化銅、黑鎳、黑鉻、黑鋅、黑銅等太陽選擇性吸收涂料，是通過采用真空沉積、濺射技術、電化學處理等工藝均勻地涂在內玻璃管的外表面，用來吸收太陽輻射能；3.將涂有選擇性涂層的內玻璃管封入罩玻璃內，然后將內外玻璃管之間抽成真空，形成真空度為0.05Pa的真空夾層，以減少由于空氣對流和傳導而引起的熱損失，這與熱水瓶的原理相似；

4.全玻璃真空集熱管采用單端開口設計，通過一端內、外管環(huán)形熔封起來，其內管另一端是密閉半球形圓頭，彈簧卡子就是用來將該圓頭支承在罩玻璃管的內部端，使得內玻璃管吸收太陽輻射而溫度升高時，玻璃圓頭形成熱膨脹的自由端，從而緩沖了熱水器工作時引起真空集熱管開口端部的熱應力；5.真空管在受熱后，原來被吸附在管壁上的微量氣體（主要是水蒸氣）會釋放出來，影響真空度，吸氣劑和吸氣膜就是用來吸收這些被釋放出來的氣體，以保持集熱管內的高真空。真空管材質要求：真空管采用硼硅玻璃3.3（氧化鐵含量5%以下；熱穩(wěn)定性好；熱膨脹系數(shù)低為3.3×10-6/℃；耐熱沖擊性好，耐熱溫差大于200℃；有較高的機械強度；較好的抗化學腐蝕性能；具有良好的光學性能，透光率≥0.89）罩玻璃管切齊一端燒圓頭接排氣嘴退火清洗烘干內玻璃管切齊一端燒圓頭退火清洗烘干內玻璃管外表面沉積太陽選擇性吸收涂層彈簧卡子清洗烘干點焊成形吸氣劑小碟點焊裝配點焊罩玻璃管、吸熱管和帶吸氣劑的卡子組裝裝箱檢驗蒸散吸氣劑封離排氣嘴真空烘烤排氣環(huán)形封口端退火罩玻璃管與吸熱管開口端環(huán)形熔封全玻璃真空管集熱管制造工藝流程

真空的獲得a.低真空的獲得：一般采用旋片式機械泵，工作的原理是基于變容作用，用油來保持運動部件之間的密封，靠機械的辦法，使某一密封空間的容積周期性地增大（抽氣）、縮?。ㄅ艢猓瑥亩_到連續(xù)抽氣和排氣的目的。工作的范圍為760~5×10-4托。b.高真空的獲得：一般采用油蒸氣擴散泵，工作的原理是泵油經電爐加熱后，產生的油蒸氣沿著泵芯導流管傳輸?shù)缴喜扛骷墖娮欤魵饬髟趪娮烀碧幐淖兎较?，由于噴嘴處的咽喉縫截面積很小，于是油蒸氣高速蒸氣從噴嘴噴出，形成了定向運動的射流。若氣體分子擴散到油蒸氣射流區(qū)域，與油蒸氣分子發(fā)生碰撞，便得到了與油蒸氣相同的運動方向和速度。由于油蒸氣流密度遠大于被抽氣體密度，只要使油蒸氣流和泵壁之間保持相當角度，則氣體分子大部分將被帶到噴嘴下方。這樣，氣體分子被油氣流逐級向下推送、壓縮，最后由前級泵抽出系統(tǒng)。而油蒸氣碰到冷泵壁后，被冷凝成液體，順泵壁流回油鍋繼續(xù)循環(huán)使用。工作的范圍為10-7~10-10托的極限真空。吸氣劑2.成分1.類型3.蒸散蒸散型吸氣劑非蒸散型吸氣劑鋇鋁鎳鋇鈦起蒸6S總蒸12S4.作用：a.在短時間內提高管內的真空度，有利于縮短排氣時間。b.吸除封離后管內剩余氣體及器件在工作時處于高溫狀態(tài)下各部件所放出的氣體。c.吸除器件啟動和反常工作時的突發(fā)性放氣，以保證器件內良好的真空狀態(tài)，延長使用壽命，提高器件可靠性。（二）改進型全玻璃真空管全玻璃真空管集熱器在運行過程中，由于管內裝水，若有一只管損壞，整個系統(tǒng)就要停止工作。為解決這個問題，可以在全玻璃真空管的基礎上，采用兩種方法進行改進：一種是將帶有金屬片的熱管插入真空集熱管中，使金屬緊緊靠近在內玻璃管的表面；另一種是將帶有金屬片的U型插入真空集熱管中，也使金屬片緊緊靠在玻璃管的內表面。帶金屬片的全玻璃真空管集熱管這兩種改進型的全玻璃真空管集熱管在運行時由于管內沒有水，不會因管破裂而影響系統(tǒng)的運行，提高了系統(tǒng)的可靠性，可以用于家用太陽能熱水器或太陽能熱水系統(tǒng)。目前我國太陽能集熱產品中，占絕對主導地位的全玻璃真空管集熱器，在與建筑物的結合方面卻存在一系列問題：

運行安全問題——玻璃管直接與被加熱流體接觸，由于玻璃易碎易裂，極易造成系統(tǒng)癱瘓；密封可靠問題——玻璃管與金屬容器的密封只能靠硅膠圈，其壽命及密封可靠性不能滿足建筑行業(yè)需要；結垢清理問題——由于玻璃管是盲管形式，流體在玻璃管中的加熱溫度又恰恰在鈣、鎂離子易于氧化析出的范圍，水垢沉積清理問題很難解決；承壓運行問題——硅膠密封及玻璃的脆性都決定了系統(tǒng)不能承壓運行，限制了承壓式熱水器及大型系統(tǒng)的應用；集熱器壽命問題——玻璃管的絕熱性能依賴真空夾層，真空度的保持年限無法達到建筑行業(yè)要求。以上這些問題，決定了全玻璃真空管很難建材化。也就是說，為了實現(xiàn)“太陽能與建筑一體化”，我們必須開發(fā)研制不同于玻璃流道集熱器的新型太陽能集熱器，來全部或部分解決上述問題，這就是金屬流道集熱器概念的提出。（三）玻璃-金屬真空集熱管金屬流道集熱器（玻璃-金屬真空集熱管），就是被加熱流體只接觸金屬管道或容器，不接觸玻璃，從而具備了不易泄露、密封可靠、可承壓、運行安全、壽命可滿足建筑行業(yè)要求等特點的太陽能集熱設備。金屬流道集熱器（玻璃-金屬真空集熱管）的種類主要有金屬板芯平板集熱器、熱管-真空管集熱器、U型管-真空管集熱器、金屬內膽的悶曬式集熱器四大類。其中悶曬式集熱器由于結構笨重，熱水保溫問題不易解決，目前應用較少。（1）玻璃-金屬熱管式真空集熱管基本構造熱管式真空管集熱管是吸熱體真空集熱管的一種，它由熱管、金屬吸熱板、玻璃管、金屬封蓋、彈簧支架、蒸散型消氣劑和非蒸散型消氣劑等部分組成，其中熱管又包括蒸發(fā)段和冷凝段兩部分。工作原理及優(yōu)點熱管是一種高效導熱元件，安裝在全玻璃真空管中。熱管和玻璃真空管之間有與二者緊密接觸的金屬翅片，將玻璃管轉換的太陽能熱量傳導給熱管蒸發(fā)段，熱管再利用內部真空狀態(tài)下工質的蒸發(fā)吸熱和放熱冷凝，將這一熱量傳導到被加熱流體中。這樣既實現(xiàn)了玻璃管不直接接觸被加熱流體，解決了全玻璃真空管集熱器的一系列缺點，又保留了全玻璃真空管在低溫環(huán)境中散熱少，加熱工質溫度高的優(yōu)點。

（2）U型管-真空管集熱管U型管-真空管集熱器是在全玻璃真空管中插入彎成U型的金屬管，在U型金屬管和全玻璃真空管之間，同樣有與二者均緊密接觸的金屬翅片，擔負二者之間的熱傳導工作，被加熱流體在金屬管中流過，吸收全玻璃真空管收集的太陽能熱量而被加熱，從而構成U型管-真空管太陽能集熱器。

U型管-真空管集熱管的特點U型管-真空管集熱管和熱管-真空管集熱管一樣，既實現(xiàn)了玻璃管不直接接觸被加熱流體，又保留了全玻璃真空管在低溫環(huán)境中散熱少，加熱工質溫度高的特點，同時還避免了熱管-真空管集熱器雙真空結構帶來的一系列問題。同時由于被加熱流體是在玻璃管中被加熱，熱量轉換得更直接，整體效率也高于熱管-真空管集熱器。它采用防凍工質用蒸餾水調配，能在零下50度不上凍，很好地解決了上凍炸管的問題．適合我國大部分地區(qū)使用，推廣性很強，是目前比較成熟的產品。二、真空管太陽集熱器主講人：楊婧田園在實際使用中，往往要把多支真空集熱管通過一定的連接方式與聯(lián)集管組成集熱器模塊，采取自然循環(huán)或強制循環(huán)的方式取出熱量。真空管型太陽能熱管集熱器主要包括集熱部分、傳熱部分、換熱部分和邊框尾架部分。集熱部分主要包括真空管、翅片（加強集熱能力，又叫鋁翼）及防止真空管口散熱的隔熱塞。翅片翅片置于真空管內管腔中的，主要作用是加強管腔內的熱量向熱管的傳導，一般是鋁合金材質。值得注意的是翅片與熱管配合的圓槽精度要高，而且要做成收口的，否則熱管容易從圓槽脫出。

隔熱塞隔熱塞就象暖瓶塞，防止真空管內的熱量散失。其上留有很小的排氣孔，以防止管內空氣高溫膨脹壓強增加脹破真空管。其制作材質有軟木、木屑壓制、硅膠、硅膠與不銹鋼組合等。傳熱部分傳熱部分一般是指重力熱管，其基本特性是：1.很高的導熱性；2.優(yōu)良的等溫性；3.熱流密度可變性；4.熱流方向的可逆性；5.恒溫特性（可控熱管）；6.環(huán)境的適應性。聯(lián)集管結構

換熱部分主要是指集熱器的聯(lián)集管，它包括流道、保溫層（也叫隔熱體）、外殼、端蓋。流道由干管和套管組成，熱管的大頭插入套管進行換熱，而且插裝前應在熱管的大頭涂裝導熱硅脂，以增加熱傳導效果。熱量通過導熱硅脂膜傳到套管內壁再傳到外壁，從而加熱干管腔內的流動介質。流道的阻力特性及介質的運動特性是太陽能集熱器設計的重要依據(jù)。套管與熱管的配合精度要非常高，試驗表明，相同型號的太陽能集熱器涂裝導熱硅脂的瞬時效率要比沒涂裝的提高約1%。聯(lián)集管型材選擇

聯(lián)集管的外殼多采用鋁型材。它可根據(jù)設計者的思想設計成各種造型，但除了考慮保溫層的均勻性外，還要注意型材的最大對角線不宜超過170mm，否則鋁型材廠家擠制型材將比較困難。鋁型材的表面處理主要有氧化、電泳、噴塑、烤漆等幾種方法。端蓋制作型材也多種多樣，有尼龍塑料、鑄鋁、金屬板沖壓等。保溫層保溫層在國內有用聚氨脂的也有用玻璃棉模塊的，在國外多數(shù)用后者。聚氨脂泡沫塑料是用聚醚與多異氰酸脂為主要原料，再加入阻燃劑、穩(wěn)泡劑和發(fā)泡劑等，經混合攪拌、化學反應而成的一種微孔發(fā)泡體，其導熱系數(shù)一般在0.016W/(m·℃)～0.055W/(m·℃)。使用溫度在-100℃～100°C。試驗表明聚氨脂發(fā)泡密度在40kg/m3時，閉孔率高達97%，保溫性能最好。尾架邊框尾架部分包括太陽能集熱器的邊框、拉桿、托架和護托。主要起連接、加固和調節(jié)的作用。需要說明的是太陽能集熱器的護托不同于普通緊湊式太陽能熱水器的護托，一定要設計成可調式的。因為太陽能集熱器對真空管的竄動量要求較嚴，必須用可調式護托調節(jié)。一般竄動量應在3mm～5mm之間。目前市面上全玻璃真空管太陽集熱器主要有三大系列產品，分別是：普通型全玻璃真空管太陽集熱器、熱管式全玻璃真空管太陽集熱器和U型管式全玻璃真空管太陽集熱器三大系列產品。目前仍然以普通型全玻璃真空管太陽集熱器為主。（一） 普通型全玻璃真空管太陽集熱器1、 組成：真空管、聯(lián)箱、尾座、支架組成。分橫管和豎管兩種全玻璃真空管集熱器特點：真空管內直接對水進行加熱，吸熱效率最高；壽命長；成本最低；適用范圍廣，可以在零下三十度的環(huán)境下正常運行。目前市面上的太陽能集中供水工程80%使用該系列產品。該系列產品對系統(tǒng)的設計、安裝施工要求很高，如設計不當或安裝不良會出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。（二）熱管式真空管型太陽能集熱器熱管式真空管型太陽能集熱器是在普通真空管集熱器的基礎上發(fā)展起來的新型產品。在一些特殊領域得到了廣泛的應用。特點：破管無泄漏，系統(tǒng)穩(wěn)定；熱效率較高；壽命較短，成本高。銅材要求嚴格，生產工藝要求嚴格。集熱器與地平面的夾角越大其效率越高。銅管內真空度高，一旦泄漏空氣，效率急劇下降直至失效。（三）U型管式真空管型太陽能集熱器

1——真空管2——鍍膜膜層3——U型銅管4——鋁型材翅片如上圖所示，在普通真空管內插入U型銅管，U型銅管外包鋁型翅片，鋁型翅片與真空管內壁接觸，起到傳遞熱量的作用。U型銅管與管路系統(tǒng)、水箱內的換熱盤管組成封閉的環(huán)路，通過介質的強制循環(huán)進行換熱。該系列集熱器主要用于高檔產品，系統(tǒng)可以實現(xiàn)間接換熱、承壓運行，水質更衛(wèi)生，但集熱器的成本最高。下圖為U型式真空管型太陽能集熱器與相關部件組成的太陽能熱水系統(tǒng)

U型管式真空管型太陽能集熱器的特點特點：可以實現(xiàn)間接換熱、承壓運行，炸管無泄漏，系統(tǒng)最穩(wěn)定；壽命最長；熱效率較高；成本最高。主要用于高檔住宅和特殊意義的用水環(huán)境。三種集熱器總結綜合上述，三種太陽能集熱器各有其特點，普通型太陽能集熱器以其低成本、長壽命、高效率等特點占據(jù)了太陽能市場的大部分份額，熱管產品以其熱導傳熱效果主要應用于一些高速傳熱和散熱的工業(yè)設備，U型管式產品主要應用于高檔住宅和水質要求較高的用水場所。三、太陽能熱水器主講人：李強強李帥魯曉偉太陽能熱水器一般都由集熱器、貯水箱、聯(lián)接管道、支架和控制系統(tǒng)組成。按集熱原理、結構的不同可分為平板型熱水器和真空管熱水器兩大類。按其工質的流動方式不同，一般分為循環(huán)直流式和悶曬式。家用太陽能熱水器，一家一戶獨立成為一個熱水器系統(tǒng)，通常都采用自然循環(huán)式或悶曬式。真空管式太陽能熱水器工作原理：真空管吸熱-微循環(huán)-保溫水箱-測控制系統(tǒng)-用戶。真空管式太陽能熱水器，利用真空管集熱，最大限度的實現(xiàn)光熱轉換，經微循環(huán)把熱水傳送到保溫水箱里，通過專用管路至用戶?？刂葡到y(tǒng)把自來水通過控制閥，控制儀等送至太陽能以達到自動化控制。輔助電加熱安置在水箱里，已備陰、雨、雪天使用，節(jié)電90%。并自動化運行。太陽能