真空管太阳能热水器分解.pptx
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1、一、真空管太阳集热管二、真空管太阳集热器三、真空管太阳热水器第1页/共62页一、真空管太阳集热管主讲人:段朝刚 崔智华 韩 昭第2页/共62页 (1)发展vA.1973年世界上出现石油价格猛涨,“能源危机”、“石油危机”推出平板式太阳能热水器。vB.我国1979年开始,近20多年来发展较快,清华大学无线电电子系研制出全玻璃真空管集热器样机。vC.分为三个阶段:1.1979年-1985年科研与开发。2.1986年-1992年完成国家“七五”科技攻关课题,年产3万支至15万支。3.1993年实施国家重点产、学、研。vD.2003年,国内有200多家生产集热管厂,生产线达400条。第3页/共62页(
2、2)简介a.原理简单,集热管象拉长的保温瓶一样。b.质量要求严格,必须有好的吸热层,吸热层的吸收率要高,热反射率要低,有好的保温防止热量向外对流,传递向外幅射。c.一般要求吸收率90%以上,反射率9%以下。d.材料为高硼硅玻璃,膨胀系数小于3.310-7。第4页/共62页真空管太阳集热管又可分为几种:全玻璃真空管式改进型全玻璃真空管玻璃-金属真空集热管 常用的为全玻璃真空管式,其优点:安全、节能、环保、经济。第5页/共62页(一)全玻璃真空管太阳能集热管第6页/共62页构造全玻璃真空管的构造由内玻璃管、太阳选择性吸收涂层、真空夹层、罩玻璃管、支承件(弹簧卡子)、吸气剂等部分组成。第7页/共62
3、页原理原理 1.内玻璃管用来作为水的流动管道;2.氧化铜、黑镍、黑铬、黑锌、黑铜等太阳选择性吸收涂料,是通过采用真空沉积、溅射技术、电化学处理等工艺均匀地涂在内玻璃管的外表面,用来吸收太阳辐射能;3.将涂有选择性涂层的内玻璃管封入罩玻璃内,然后将内外玻璃管之间抽成真空,形成真空度为0.05Pa的真空夹层,以减少由于空气对流和传导而引起的热损失,这与热水瓶的原理相似;第8页/共62页4.全玻璃真空集热管采用单端开口设计,通过一端内、外管环形熔封起来,其内管另一端是密闭半球形圆头,弹簧卡子就是用来将该圆头支承在罩玻璃管的内部端,使得内玻璃管吸收太阳辐射而温度升高时,玻璃圆头形成热膨胀的自由端,从而
4、缓冲了热水器工作时引起真空集热管开口端部的热应力;5.真空管在受热后,原来被吸附在管壁上的微量气体(主要是水蒸气)会释放出来,影响真空度,吸气剂和吸气膜就是用来吸收这些被释放出来的气体,以保持集热管内的高真空。第9页/共62页真空管材质要求:真空管采用硼硅玻璃3.3(氧化铁含量5%以下;热稳定性好;热膨胀系数低为3.310-6/;耐热冲击性好,耐热温差大于200;有较高的机械强度;较好的抗化学腐蚀性能;具有良好的光学性能,透光率 0.89)第10页/共62页真空管技术要求:材料采用硼硅玻璃3.3;空晒性能参数y175m2/kW(当太阳辐照度 G800W/m2,环境温度t在830之间)闷晒到水温
5、增加35所需的太阳能曝辐量 3.8MJ/m2(当太阳辐照度G800W/m2,环境温度t在830之间)平均热损失系数0.9W/m2真空度510-2Pa;耐热冲击应能承受25以下冷水和90以上热水交替反复冲击3遍而不损坏;耐压冲击应能承受0.6Mp的压力;抗冰雹要求应在径向尺寸不大于25mm的冰雹袭击下不损坏。第11页/共62页罩玻璃管切齐一端烧圆头接排气嘴退火清洗烘干内玻璃管切齐一端烧圆头退火清洗烘干内玻璃管外表面沉积太阳选择性吸收涂层弹簧卡子清洗烘干点焊成形吸气剂小碟点焊装配点焊罩玻璃管、吸热管和带吸气剂的卡子组装装箱检验蒸散吸气剂封离排气嘴真空烘烤排气环形封口端退火罩玻璃管与吸热管开口端环形
6、熔封全玻璃真空管集热管制造工艺流程 第12页/共62页真空的获得a.低真空的获得:一般采用旋片式机械泵,工作的原理是基于变容作用,用油来保持运动部件之间的密封,靠机械的办法,使某一密封空间的容积周期性地增大(抽气)、缩小(排气),从而达到连续抽气和排气的目的。工作的范围为760510-4托。第13页/共62页b.高真空的获得:一般采用油蒸气扩散泵,工作的原理是泵油经电炉加热后,产生的油蒸气沿着泵芯导流管传输到上部各级喷嘴,蒸气流在喷嘴帽处改变方向,由于喷嘴处的咽喉缝截面积很小,于是油蒸气高速蒸气从喷嘴喷出,形成了定向运动的射流。若气体分子扩散到油蒸气射流区域,与油蒸气分子发生碰撞,便得到了与油
7、蒸气相同的运动方向和速度。由于油蒸气流密度远大于被抽气体密度,只要使油蒸气流和泵壁之间保持相当角度,则气体分子大部分将被带到喷嘴下方。这样,气体分子被油气流逐级向下推送、压缩,最后由前级泵抽出系统。而油蒸气碰到冷泵壁后,被冷凝成液体,顺泵壁流回油锅继续循环使用。工作的范围为10-710-10托的极限真空。第14页/共62页目前真空管的镀膜工艺有两种:渐变镀膜工艺和干涉镀膜工艺,过去常用的“晒乐”真空管就是采用渐变镀膜工艺,为真空管式太阳能热水器的推广和普及奠定了坚实的基础;皇明太阳能推出的干涉镀膜工艺是真空管的镀膜技术得到进一步的发展,吸收率更高、散热率更低。真空管镀膜技术第15页/共62页吸
8、气剂2.成分1.类型3.蒸散蒸散型吸气剂非蒸散型吸气剂钡铝镍 钡钛 起蒸 6S总蒸 12S4.作用:a.在短时间内提高管内的真空度,有利于缩短排气时间。b.吸除封离后管内剩余气体及器件在工作时处于高温状态下各部件所放出的气体。c.吸除器件启动和反常工作时的突发性放气,以保证器件内良好的真空状态,延长使用寿命,提高器件可靠性。第16页/共62页(二)改进型全玻璃真空管(二)改进型全玻璃真空管全玻璃真空管集热器在运行过程中,由于管内装水,若有一只管损坏,整个系统就要停止工作。为解决这个问题,可以在全玻璃真空管的基础上,采用两种方法进行改进:一种是将带有金属片的热管插入真空集热管中,使金属紧紧靠近在
9、内玻璃管的表面;另一种是将带有金属片的U型插入真空集热管中,也使金属片紧紧靠在玻璃管的内表面。第17页/共62页这两种改进型的全玻璃真空管集热管在运行时由于管内没有水,不会因管破裂而影响系统的运行,提高了系统的可靠性,可以用于家用太阳能热水器或太阳能热水系统。第18页/共62页 虽然改进,但仍有不足在普通的全玻璃真空管内放置金属热管。其特点为:真空管内无水,玻璃管吸收到太阳热通过超导的金属热管传给水。但是,由于玻璃管与金属热管之间的传热热阻太大,使玻璃管上的吸热涂层老是处于高温工况下,同时抵消了由于真空管内无水而带来的热效率的提高。第19页/共62页目前我国太阳能集热产品中,占绝对主导地位的全
10、玻璃真空管集热器,在与建筑物的结合方面却存在一系列问题:运行安全问题玻璃管直接与被加热流体接触,由于 玻璃易碎易裂,极易造成系统瘫痪;密封可靠问题玻璃管与金属容器的密封只能靠硅胶圈,其寿命及密封可靠性不能满足建筑行业需要;结垢清理问题由于玻璃管是盲管形式,流体在玻璃 管中的加热温度又恰恰在钙、镁离子易于氧化析出的范 围,水垢沉积清理问题很难解决;承压运行问题硅胶密封及玻璃的脆性都决定了系统不能承压运行,限制了承压式热水器及大型系统的应用;集热器寿命问题玻璃管的绝热性能依赖真空夹层,真空度的保持年限无法达到建筑行业要求。第20页/共62页 以上这些问题,决定了全玻璃真空管很难建材化。也就是说,为
11、了实现“太阳能与建筑一体化”,我们必须开发研制不同于玻璃流道集热器的新型太阳能集热器,来全部或部分解决上述问题,这就是金属流道集热器概念的提出。第21页/共62页(三)玻璃(三)玻璃-金属真空集热管金属真空集热管金属流道集热器(玻璃-金属真空集热管),就是被加热流体只接触金属管道或容器,不接触玻璃,从而具备了不易泄露、密封可靠、可承压、运行安全、寿命可满足建筑行业要求等特点的太阳能集热设备。金属流道集热器(玻璃-金属真空集热管)的种类主要有金属板芯平板集热器、热管-真空管集热器、U型管-真空管集热器、金属内胆的闷晒式集热器四大类。其中闷晒式集热器由于结构笨重,热水保温问题不易解决,目前应用较少
12、。第22页/共62页热管式真空管 第23页/共62页(1)玻璃-金属热管式真空集热管 基本构造 热管式真空管集热管是吸热体真空集热管的一种,它由热管、金属吸热板、玻璃管、金属封盖、弹簧支架、蒸散型消气剂和非蒸散型消气剂等部分组成,其中热管又包括蒸发段和冷凝段两部分。第24页/共62页 工作原理及优点工作原理及优点 热管是一种高效导热元件,安装在全玻璃真空管中。热管和玻璃真空管之间有与二者紧密接触的金属翅片,将玻璃管转换的太阳能热量传导给热管蒸发段,热管再利用内部真空状态下工质的蒸发吸热和放热冷凝,将这一热量传导到被加热流体中。这样既实现了玻璃管不直接接触被加热流体,解决了全玻璃真空管集热器的一
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