一种基于玻璃—金属真空集热管的吸附床及应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种基于玻璃一金属真空集热管的吸附床及应用，用于太阳能驱动的吸附制冷系统，在无反射聚焦的情况下，北京地区5月份的太阳光照可使吸附床的温度达到218°C，完全能满足以沸石分子筛一水为工作对的脱附要求，属于吸附床技术领域。
【背景技术】
[0002]随着能源危机加剧，世界各国加大了对太阳能研究的投入，太阳能热水系统、太阳能建筑、太阳能光伏发电、太阳能热发电等项目发展迅速，规模逐渐扩大。集热器是整个太阳能热利用系统中的核心部件，其结构和工作性能对系统运行有重要影响。在中低温使用领域，玻璃一金属真空管集热器是一种常见的集热器形式，见图1。
[0003]内插式真空管太阳能集热器采用全玻璃真空管作为太阳辐射接收器，其吸热体和外界环境之间的热损小，结构简单，集热效率较高。
【发明内容】
[0004]本发明是在内插式真空管集热器的基础上对直通式真空集热管进行改造，直通式真空集热管，见图2，将原来用于加热水或油的内部流道转化成为装入吸附材料的空间，结合形成实现特定功能的吸附床，集两种集热管的优点于一体。
[0005]吸附制冷系统一般由吸附床、蒸发器、冷凝器、储液罐、连接管路以及自动控制装置组成。在热力驱动下，通过吸附床交替地脱附和吸附，使液体在蒸发器内不断地汽化吸热，从而产生制冷效果。系统的制冷效率与驱动热源温度、材料的吸附率、传热传质速度及系统的优化程度等有关。
[0006]基于玻璃一金属直通式真空管集热器的吸附床，其特征在于，在直通式真空管集热器的中心沿轴向同轴插有一根两端开口的同心的铜管作为自然对流冷却通道，将吸附材料沸石分子筛(6)填充在冷却铜管(3)和直通式真空管集热器内层金属管(2)之间的空腔(7)内，同时沸石分子筛中还埋有传质通道作为蒸汽管，优选空腔沿直径方向的厚度为18.4mm,可实现利用太阳辐射进行加热的目的，铜管的两端与直通式真空管集热器的两端采用法兰连接，其中一端为固定密封，另一端为活动可拆卸的法兰连接，且在此端法兰上对应的铜管和直通式真空管集热器内层金属管之间的空腔位置还设有三个小孔，其中一个固定传感器，另一个与蒸汽管相通，第三个小孔用来抽真空；一方面，直通式真空管集热器内层金属管上也可的有选择性涂层，能够有效地吸收太阳辐射能的大部分，提高了对太阳辐射能的利用效率；另一方面，吸附材料的厚度较小，优选仅为18.4mm，热量传递过程中的径向热阻也比较小，床温的整体变化性较好。
[0007]上述基于玻璃一金属真空集热管的吸附床用于太阳能驱动的吸附制冷系统。
[0008]虽然太阳光入射方向是随时间、空间不断变化的，但吸附床的圆形结构有利于对太阳光高效、均匀的吸收，因此可以充分地利用太阳能进行加热脱附。本发明中内插的冷却铜管是与大气相通的，可以实现利用空气的自然对流冷却，避免热管式集热器在吸附阶段内部温度过高，而影响吸附率。脱附完毕之后铜管冷却通道还可以加速吸附材料的冷却速度，缩短制冷循环周期时间，提高系统的制冷效率。
[0009]本发明的主要内容是在内插式真空管集热器的基础上对直通式真空集热管进行改造，将原来用于加热水或油的内部流道转化成为装入吸附材料的空间，形成具有特定功能的吸附床。吸附床除了具有直通式真空集热管的基本组成，如金属内管、玻璃外管、真空腔、选择性吸收涂层之外，还包含通过特殊设计的内部冷却铜管，作为自然对流的冷却通道。铜管两端与真空集热管的两端采用法兰连接，吸附材料填充在冷却铜管与金属内管之间的空腔内，吸附材料之间放置传质通道，用于蒸汽的流通。如果吸附床摆放位置合理，在周天移动的太阳光线就能最大限度地穿过真空夹层，随时被吸收涂层所吸收而转化成热能。具有高导热率的金属内管将热量沿管壁周向迅速传递，从而有效地加热相邻的吸附材料，达到使其脱附的目的。实测结果表明，无聚光条件下，本真空集热管吸附床在北京地区5月份的日照环境中，床体温度最高可达218°C。本发明还具有制作工艺简单、生产成本低的特点。
[0010]本发明生产成本低，工艺简单，热利用效率高。
【附图说明】
[0011]图1玻璃一金属真空管集热器示意图；
[0012]图2直通式真空集热管示意图；
[0013]图3为本发明基于玻璃一金属真空集热管的吸附床；
[0014]图4为本发明基于玻璃一金属真空集热管的吸附床剖面图；
[0015]图5法兰和管的连接方式图；
[0016]图6带孔一端的法兰示意图；
[0017]图7北京地区、5月中旬、吸附床倾斜46°角放置时太阳辐射强度与吸附床温度的逐时变化不意图；
[0018]图8北京地区、5月下旬、吸附床水平放置时太阳辐射强度与吸附床温度的温度的逐时变化不意图；
[0019]其中I为直通式真空管集热器外层玻璃管，2为直通式真空管集热器内层金属管，3为铜管，4为法兰与胶垫，5为直通式真空管集热器外层玻璃管与内层金属管之间的真空层，6吸附材料沸石分子筛，7冷却铜管和直通式真空管集热器内层金属管之间的空腔，8、9、10为法兰上的三个孔，11为焊接的金属管，A、B、C、D分别为待测试的点。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
[0021]实施例1
[0022]在金属内管(2)与玻璃外管(I)之间设有连接结构，包括波纹管、支撑环、法兰与胶垫(4)和连接装置，一端法兰与金属铜管(3)焊接连接；另一端法兰可卸载，用于装吸附材料，且此侧法兰上面在冷却铜管(3)与金属内管(2)所形成的空腔(7)对应位置处有三个孔(8、9、10)，其作用分别是测量内部真空度、作为蒸汽的进出口(空腔内部放有传质通道)和通入温度传感器；波纹管的一端与金属内管(2)的外壁固定连接；金属内管(2)另外一端与玻璃外管(I)的连接处设有相同的连接结构；金属内管(2)和玻璃外管(I)之间通过连接结构形成真空腔(5 );与中心冷却铜管(3 )通过法兰和胶垫(4)与金属内管(2 )的延长部分
(11)固定在一起；吸附材料(6)装于冷却铜管(3)与金属内管(2)所形成的空腔(7)内，传质通道也放置在空腔(7)内的吸附材料(6)之间；从而形成一个由太阳辐射加热的吸附床，用作太阳能驱动的吸附制冷循环的吸附/脱附构件。
[0023]将原有直通式集热真空管中的内侧金属管两侧分别焊接一段200_相同管径的金属管，管的外侧均焊接法兰；冷却铜管一端焊接法兰，将焊接法兰的铜管一侧插入真空集热管，用螺栓固定，从延伸出来的一侧向冷却铜管与金属内管所形成的空腔内填充吸附材料沸石分子筛3.307kg且沸石分子筛中还埋有传质通道作为蒸汽管，然后用螺栓将法兰连接，这一侧的法兰对应空腔的位置开有三个1mm的小孔，其作用分别是测量或抽内部真空度、作为蒸汽的进出口(空腔内部放有传质通道)和通入温度传感器，传感器与数据采集仪连接，及时收集测量的温度数据。将安装好的吸附床放置在特制支架上，分别进行无聚光条件下倾斜46°角和水平测试内部吸附材料的温度随时间的变化。
[0024]北京地区、5月中旬、吸附床倾斜46°角放置时太阳辐射强度与吸附床温度的逐时变化示意图见图7。
[0025]北京地区、5月下旬、吸附床水平放置时太阳辐射强度与吸附床温度的温度的逐时变化不意图见图8。
【主权项】
1.基于玻璃一金属直通式真空管集热器的吸附床，其特征在于，在直通式真空管集热器的中心沿轴向同轴插有一根两端开口的同心的铜管作为自然对流冷却通道，将吸附材料沸石分子筛(6)填充在冷却铜管(3)和直通式真空管集热器内层金属管(2)之间的空腔(7)内，同时沸石分子筛中还埋有传质通道作为蒸汽管，铜管的两端与直通式真空管集热器的两端采用法兰连接，其中一端为固定密封，另一端为活动可拆卸的法兰连接，且在此端的法兰上对应的铜管和直通式真空管集热器内层金属管之间的空腔位置还设有三个小孔，其中一个固定传感器，另一个与蒸汽管相通，第三个小孔用来抽真空。
2.基于玻璃一金属直通式真空管集热器的吸附床，其特征在于，冷却铜管(3)和直通式真空管集热器内层金属管(2)之间的空腔(7)沿直径方向的厚度为18.4_。
3.基于玻璃一金属直通式真空管集热器的吸附床，其特征在于，直通式真空管集热器内层金属管上涂有选择性涂层。
4.权利要求1-3所述的任一基于玻璃一金属直通式真空管集热器的吸附床用于太阳能驱动的吸附制冷系统。
【专利摘要】一种基于玻璃—金属真空集热管的吸附床及应用，属于吸附床技术领域。在直通式真空管集热器的中心沿轴向同轴插有一根两端开口的同心的铜管，将吸附材料沸石分子筛填充在冷却铜管和直通式真空管集热器内层金属管之间的空腔内，沸石分子筛中还埋有传质通道作为蒸汽管，铜管的两端与直通式真空管集热器的两端采用法兰连接，其中一端为固定密封，另一端为活动可拆卸的法兰连接，且在此端的法兰上对应的铜管和直通式真空管集热器内层金属管之间的空腔位置还设有三个小孔。本发明生产成本低，工艺简单，热利用效率高。
【IPC分类】F25B27-00, F25B17-08
【公开号】CN104567080
【申请号】CN201310503585
【发明人】苑中显, 杜春旭, 侯晓煌, 辛凤
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月23日