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热管在太阳热水器上的应用
发布时间:2020-09-11 09:42:43 浏览次数:0

自美国1944年首次提出热管原理及1967年第一根热管研制成功以来,世界各国的科技人员相继开展了大量的热管研究工作,使热管技术得到快速的发展。热管以其优良的性能获得日益广泛的应用,无论是航空航天领域还是民用行业等,热管技术都得到进一步的发展。

1 热管的基本原理及分类

    热管是依靠热管内部工作介质(工质)的流动和相变来实现传递热量的高性能传热元件。

    热管一般包括蒸发段、绝热段和冷凝段三部分,具体由管壳、吸液芯(重力热管无吸液芯)、工质等组成。当热管的一端受热时,管腔内蒸发段的工作液体蒸发汽化,蒸汽在热管内部压差下经绝热段迅速流向冷凝段并在冷凝段凝结成液态,放出热量,冷凝后的工质靠毛细力或重力的作用回流到蒸发段,从而通过工质的相变来完成热量的传递过程。

    太阳热水器因为集热体与储热水箱的距离很短,所以蒸发段与冷凝段间的距离就很短,绝热段一般不明显。 
热管工作原理如图1所示。

由于热管的用途广泛,结构形式多样,分类标准也不尽相同。热管的常见分类如下: 
1.1 按热管的工作温度分为低温热管(-273~0℃)、常温热管(0~250℃)、中温热管(250~450℃)、高温热管(450~1000℃)等。 
1.2 按工质回流动力分为加芯热管、两相闭式热虹吸管、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力热管等。 
太阳热水器上常用的热管一般为中温重力热管,依靠重力实现工质回流,所以太阳热水器安装时必须有一定的倾角。

2 热管在太阳热水器上的应用

    热管在太阳热水器上的应用主要表现在家用太阳集热器(热水、采暖、制冷),农业、工业用太阳集热器(太阳房、海水淡化、太阳能干燥)以及太阳能发电系统等方面。
热管式真空管太阳热水器是目前使用较为广泛的太阳能产品(见图2),市场上的热管式太阳热水器可分为承压式和非承压式两种形式。承压式太阳热水器可实现顶水运行,承受较大的压力,洗浴和上水同步进行,但结构相对复杂。非承压式太阳热水器采用插装式连接结构,使组装、维修更方便,发挥了热管的优良性能,可以更好的开拓热管式热水器市场。

   热管用作聚焦型太阳能设备的吸收器和热量的传输器,能实现高密度能量的传递。例如太阳能电站的太阳能吸收塔、高温聚焦器,就是利用高温热管束作为太阳能吸收器,太阳能反射镜将阳光集中于吸收塔或高温聚焦器,热管束吸收器吸收热量并传给热力循环工作液体,工作液体加热后进入热力循环驱动机组,完成太阳能系统的发电过程。

3 热管的特性及热管式太阳热水器的优点

    热管作为高效传热元件,传热能力是同直径铜棒传热的上千倍乃至上万倍。 
为适应太阳能行业发展,我公司成立专门科研小组,建立热管研发实验室,研制开发热管元件以及热管式太阳热水器。与普通的太阳热水器相比,热管式太阳热水器具有以下优点:

    3.1启动快,传热元件可将真空管获得的热量迅速传递到水箱中。 
    3.2可直接与自来水连接,自动承压运行(承压式)。 
    3.3日平均热效率可达60%,高于直插式热水器,在我国北方地区冬季晴天仍可得到满意的热水。 
    3.4真空管与水分离,传热元件具有极好的耐温性能,在-40℃的低温状态下也不会冻裂,更适合严寒地区使用;热管内介质工作压力低,即使管壁温度高达300℃,也不会“爆管”。 
    3.5真空管内不走水,少量真空管损坏,热水器仍可正常运行。 
    3.6因真空管内无水运行,解决了真空管内的结垢问题。 
    3.7可以多台串联和并联,组成太阳能热水中心,提高利用效率。


4 结语

    热管技术理论虽然正逐步完善,应用领域也日益扩大,但国内的热管加工制作工艺还需提高,热管寿命问题是制约国内热管产品推广应用的一个重要因素,只有理论研究与生产工艺更好的结合起来,相辅相成,热管行业才会得到更快速的发展。

    由于热管技术的许多方面还没有形成统一的国家标准。为加速热管技术的进展,建议国家相关机构、科研及生产单位应加快热管产业标准化的进程,尽快出台热管生产工艺和产品规格的国家标准。