太阳雨热管技术讲解

太阳能超导热管技术,王相林,2010年07月14号,引 言,全球性的环境恶化和能源危机已经越来越引起全人类的普遍重视。太阳能作为一种巨大的、无污染的可再生能源，它在未来的能源替代中处于非常重要的位置。在太阳能中低温应用领域中，热管整机热水器及热管式集热器有着广阔的应用前景。热管式集器经过十多年的发展，逐步走向产品质量稳定、产品性能持久。 热管技术和真空管技术相结合，具有热损失少、热容量小、热二级管特性。同时使系统承压运行、抗冻、单管破损不影响整机运行等优点。热管是我们已知传导最快、传热量最大的物体。它可以通过很小的截面积大量长距离传热而不需要外加动力。它的利用领域非常广阔，像航空航天、电子、铁路路基、能源等。,目 录 一、热管起源 二、热管工作原理 三、热管产品特性 四、生产工艺介绍 五、热管性能检测 六、相关术语,一.热管起源,1944年:通用发动机公司的R.S.Gaugler首先提出 了热管的工作原理,但是他的想法当时并没有被广泛的采纳利用。 1963年:美国的Los Alamos国家实验室的G.M.Grover重新独立发明了这种传热元件,并进行了性能测试实验,将这种传热元件正式命名为热管-heat pipe。 1965年:Cotter首次提出了较完整的热管理论。 70年代以来:热管技术飞速发展.我国也自70年代开始,开展了对热管的研究和应用。,二.太阳能热管原理,太阳能热管原理，将管内充以适量的工作液体热排抽成13×(10负110负4)Pa的负压，工作液体沸点低，容易挥发。热管一段为蒸发端，另外一段为冷凝端，当热管一段受热时，工质迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿腔壁面靠重力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。热管比普通的金属导体高几个数量级。 热管在实现这一热量转移的过程中，包含了以下六个相互关联的主要过程： (1)热量从热源通过热管管壁传递到（液汽）分界面； (2)液体在蒸发段内的（液汽）分界面上蒸发； (3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段； (4)蒸汽在冷凝段内的汽液分界面上凝结： (5)热量从（汽液）分界面通过液体和管壁传给冷源： (6)在内壁上由于重力作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段，再循环。,热管热传递原理图,热管集热器运行原理,热管的传热过程可以描述为；当全玻璃真空集热管吸收到太阳光后，将光能转换成热能，再将热能传递到玻璃内管的铝翼上，传导给热管蒸发段内的液体介质，液态介质受热后蒸发，在气压差的作用下迅速传递到冷凝段，介质再由气态变为液态，并将热量释放，在重力的作用下液体沿管壁回流到蒸发段，反复循环运行。,三.太阳能热管特性,热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，具有以下基本特性。 (1)很高的导热性 热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。 (2)优良的等温性 热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，热管具有优良的等温性。 (3)热流密度可变性 热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，这样制作出太阳能热管。 (4)热二极管与热开关性能 热管单向传热，保温效果最好。,1、等径热管,蒸发段和冷凝段直径相同的热管；此型号热管常用在普通不承压式热水器，解决了真空管不走水，管子不结垢，不炸管的好处。在寒冷的北方有广阔的市场前景,产品介绍,2、变径热管,此型号热管冷凝端为14mm,蒸发端为8mm，在热管太阳能重力热管中是常规型号，该热管式集热器在出口产品中占到70%的份额,公司现生产热管规格型号,现公司主要生产的热管型号冷凝端为24mm.有效长度为70mm蒸发端为8mm,有效长度为1700mm.热管总长为1800mm.冷凝短的壁厚为1.2mm.蒸发端的壁厚为0.6mm.,联箱,1.热管式集热管的冷凝端 2.绝热端 3.不锈钢盖 4.热管式集热管的蒸发端 5.全玻璃真空集热管 6.铝翅片（玻璃管内）,2,3,4,5,6,4、联箱,1、外壳 2、保温层（聚氨酯） 3、TJ管（集管、支管） 4、密封圈、装饰盖,支管,热管集热器列举几个优点,干式系统，热管通过支管与联箱管道中的水换热，热管不与水接触，减少腐蚀，增加热管寿命。 集热管任何一支损坏，不影响系统正常运行，不爆管，安全美观。 在阳光低辐射时候，系统就可以运行集热，效率高使用更方便。单向传热保温效果好，凌晨就可以快速集热，保持热水正常供给。,生产工序流程图,一、清洗,二、除气,三、下料,五、尾部点封,四、成型（缩头）,六、平头,七、钻孔,九、焊接,八、装配,十一、注液,十、检漏,十二、排气,十三、头部夹封、点封,十四、水浴测试,十五、打标,十六、镀镍、酸洗,四.生产工艺介绍,1、清洗工序,自动清洗线,清洗车,2、除气工序,高温除气炉,3、下料工序,下料机,下料,4、成型（缩尾）工序,两端成型,冷凝头成型,蒸发段缩头,缩头,五、尾部点封,尾部点封,六、平头,仪表车床平头,未平头,已平头,七、钻孔,钻床钻孔,蒸发端内孔有台阶便于定位,八、装配,排气管装配,蒸发段装配,银焊环,九、焊接,高频焊机焊接,热管,已焊好,十、检漏,氦质检漏仪检漏,十一、注液,十二、排气,十三、头部夹封、点封,排气管头部用夹封钳夹紧,顶部用氩弧焊焊接,十四、水浴测试,将恒温水浴温度设定为70ºC，待检测热管蒸发段一头约1/3长放入水浴内（倾角4050 ºC），其余置于空气中。待34min后开始检测冷端温度，测温点距热管冷端头30mm，测量标准为：10s内温度保持60 ºC。,十五、打标,在距蒸发端420mm处打标，要求字迹清晰、正确，不得有歪打、漏打、浅打、深打、错打等现象。,十六、镀镍、酸洗,将酸洗后的工件冷凝头处镀镍，标准：镀镍长度距冷凝端120mm，镀层要求光滑，无起鼓、漏镀、堆镀、镀层不均、镀层杂色等现象。用通规检测热管冷凝头外径，要求能轻松通过，通规内径,120镀镍,酸洗,五、热管性能检测,1、传热性能 （1）启动性能 （2）均温性能 （3）冷端温度 2、传热量 3、耐温性 （1）耐高温性（老化试验） （2）耐低温性（冷冻试验）,太阳能热管行业性能标准主要有以下几点： （1）外观包括机械强度 （2）启动性能 （3）等温性 （4）传热功率 （5）老化性能 （6）冷冻性能,太阳雨热管测试,3、耐温性检测,（1）耐高温性（老化试验）,将热管置于加热炉中升温至250±5 ºC，保温48h后停炉，热管随炉冷却至80 ºC后出炉。按标准检查外形尺寸、焊接性能、传热性能。,（2）耐低温性（冷冻试验）,耐低温性能试验台主要由冷冻装置和测温装置组成。将热管置于冷冻装置内，温度调至-30±5 ºC，保温1h后取出，放入温度不低于60 ºC，深度不小于200mm的水中，待热管启动5min后，再将其放入-30±5 ºC冷冻装置中，试验反复进行10次，热管应无损坏。,太阳雨热管国家检验报告,六、相关术语,1、太阳能相变热管：利用热虹吸（重力）来驱动工作介质循环流动的 蒸发、凝结， 用于太阳能的传热元件（简称热管）。 2 、启动性能：热管开始受热后，凝结段达到规定温度所需的时间。 3、 蒸发段：热管工质受热气化的区域。 4、 凝结段：热管工质散热、凝结的区域。 5 、绝热段：热管蒸发段与凝结段之间的不与外界换热的区域。 6 、充液量：注入热管内的工质质量。 7 、传热性能：热管的启动性能、均温性能、冷端温度、传热量的统称。 8 、稳定工作状态：热管温度不随时间变化的状态。 9、 传热量：热管在设定工作温度下所能传递的热量。 10、均温性能：在一定的热负荷和工作温度下，热管呈现的管壁温度均 匀的特性。,11、等径热管：当热管管径结构为等径时，称为等径热管。 12、变径热管：当热管凝结段与蒸发段不同时，称为变径热管 13、工作介质：热管内传递热量的物质（液体，常用配方有： （1）乙醇 （2）蒸馏水 （3）铜粉、蒸馏水等混 合物（4）丙醇 （5）氢氧化钡、蒸馏水（6）几 种原料、蒸馏水 14、低温管：冷端温度低于标准的热管（62ºC ） 15、盲管：冷端温度接近环境温度的热管（不启动）,谢谢大家的聆听,