[实用新型]太阳能集热管及太阳能热水器

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能热利用领域，具体地说涉及一种太阳能集热管及太阳能热水器。

背景技术

热管是实现热量快速传递及交换的理想选择。热管通过相变来实现高效热传导、交换，利用密闭腔体内部工质的蒸发、冷凝相变进行热量传递，其传热能力是传统金属材料的几十甚至上百倍。目前最常用的热管为铜-水体系。然而铜的价格比较贵，选用廉价轻质的铝代替铜可以节约成本。但是铝为活泼金属，尽管铝的表面有一层起到保护作用的自然氧化层，但铝仍然容易和水、易吸水的醇等常见溶剂在高温下产生氢气，产生的氢气在冷凝段聚集，形成不凝气体，使得热管失效，甚至发生爆炸。这也是以水、醇为工质的铝热管至今没有大规模应用的主要原因。目前研究的渗透除氢的方法主要针对碳钢热管，采用的窗口层材料多为贵金属钒、钯、铌、钽等金属及其合金。但是这些材料并不能在铝热管中得到很好的应用，这主要是由于铝和碳钢材料本身的差异导致铝和上述的窗口材料不能很好的结合所致（铁在常温下为体心立方结构，铝在常温下为面心立体结构）。另一方面，上述的窗口材料有的价格还比较昂贵，对降低成本不利。

并且这种铝管材对水极其敏感，容易在高温下和水反应产生氢气，产生的氢气在冷凝段聚集，形成不凝气体，使得热管失效，甚至会发生爆炸。采用有机溶剂如甲醇、乙醇等代替水理论上可以避免氢气的产生，然而工业甲醇和乙醇不可避免的会含有痕量水分，影响了热管的性能。如采用化学精制的方法除掉有机溶剂中痕量的水分必然会增加成本，而且也必须一起热管制作的过程中和大气隔绝，避免有机溶剂二次吸水，这显然是不现实的。

另外，用热管制成的太阳能集热管，传热效率高，热冲击小，减少了无日照时系统的反向热损，且无上下循环管路的热损失，这种集热管的用途并不局限于提供生活热水，同时还用于汽轮机发电和蓄能等领域。因此热管式真空集热管代表了集热器新的发展方向。然而热管式真空集热管还没有得到普遍的推广和应用，这主要是这种集热管的价格比较昂贵。因此，如果能用廉价的铝热管代替铜热管制作集热管，将有利于降低热管集热管的成本。

发明内容

    本实用新型的太阳能集热管克服上述缺陷，提供了一种将稀土系合金、锆系合金作为窗口应用在铝热管上，并且对铝热管的相变液进行了适应性改进的太阳能集热器及太阳能热水器。

本实用新型的太阳能集热器的技术方案是这样的：其包括外管和热管，热管内设置相变液，热管设置为铝热管，铝热管其包括冷凝段和蒸发段，铝热管的冷凝段设置透氢窗口，透氢窗口包括吸氢活化层和脱氢活化层，吸氢活化层设置在内层，脱氢活化层设置在外层；相变液包括有机溶剂，具有吸水能力的纳米分子筛流体均匀分散在有机溶剂中；相变液占热管体积的十一分之一到九分之一。

吸氢活化层、脱氢活化层设置为稀土系合金或锆系合金，稀土系合金为Mm1-xCXNi5-yDy，其中Mn为Ce、Nd、Pr、Sm、Gd、Er的任意一种；C为Al、Cu、Mn、Si、Ca、Ti、Co中的任意一种，D为Al、Cu、Mn、Si、Ca、Ti、Co、Cr、Zr、V、Fe的任意一种，其中x=0.05~0.20，y=0.1~2.5；锆系合金是Zr V2，Zr Cr2，ZrMn2的任意一种。

管壳设置为纯铝或铝合金。

热管的内壁设置沟槽。

沟槽的深度设置为0.2~0.3mm。

纳米分子筛的直径为5nm~1μm，孔径为2.5~3.5?。

有机溶剂设置为醇类、烷烃、腈类。

有机溶剂设置为甲醇或者乙醇。

一种设置上述太阳能集热管的太阳能热水器的技术方案是，其太阳能集热管包含上述太阳能集热管的所有技术特征。

本实用新型的铝热管的工作原理是这样的：氢原子在铝及其合金中有较快的扩散速度，但是铝表面的氧化层阻止了氢气分子在铝表面的吸附、渗透和脱附，导致了铝及其合金在通常情况下氢的透过能力比较弱。本实用新型在清洁的铝管内壁和外壁固定具有吸氢和脱氢的窗口层，使得氢气能顺利的通过窗口层扩散至大气中。考虑到金属铝的面心立方结构特点及其较活泼的特性，本实用新型采用稀土系合金和锆系合金制作窗口层。由于水的分子直径为3?，乙醇选择孔径为2.5~3.5?的分子筛作为水吸收剂，实现对水的良好吸收。另外，分子筛材料在温度小于350摄氏度时都可以对水进行吸收，满足太阳能集热管对热管的要求。纳米分子筛分散在溶剂中，得到纳米流体，纳米流体在液体中的布朗运动和吸附在管壁上的纳米材料形成的毛细芯都有利于增加传热效果。