專利名稱：一種組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器。
技術(shù)背景太陽能集熱器是利用來自太陽的能量來加熱集熱器內(nèi)的熱水的一種裝置。傳統(tǒng)的太陽能 集熱器由真空集熱管、水箱、進(jìn)出水管、支架等部件組成，其能量的吸收和儲存是由不同的 部件來承擔(dān)，其中真空集熱管的作用是吸收太陽能量，而水箱的作用是儲存被加熱的水。真 空集熱管通常是一端開口， 一端封閉的雙層玻璃真空管，其中開口端插入水箱，將真空集熱 管的內(nèi)管空間與水箱的空間連接在一起，真空集熱管內(nèi)的水被加熱后，通過插入水箱的開口 端進(jìn)入水箱，同樣，水箱內(nèi)的水通過集熱管的開口端進(jìn)入集熱管。傳統(tǒng)的太陽能集熱器采用水箱來儲存被加熱的熱水，水箱所使用的材料要具有防腐蝕性 能，水箱筒體以及水箱和兩端封頭之間要焊接，為減少熱損失水箱外要有保溫層，保溫層外 還設(shè)有外罩，而水箱、保溫層和外罩的相應(yīng)位置要開有集熱管插入孔，因此其制造工藝復(fù)雜， 材料成本高，體積龐大，制造費用高，而水箱本身并沒有吸收太陽能的能力，卻占據(jù)了很大 的空間，使得太陽能集熱器的安裝位置受到一定的限制，這給太陽能集熱器的廣泛使用帶來 了一定困難，比如對高層住宅樓內(nèi)較低樓層的住戶而言，傳統(tǒng)太陽能集熱器的安裝位置將成 為一個難以解決的問題，隨著城市高層建筑越來越多，這一問題會越來越突出。外墻壁掛式 太陽能集熱器是一個解決辦法，但是它只是把水箱從室外移到了室內(nèi)，依舊無法擺脫水箱體 積大、成本高所帶來的問題，特別是水箱安裝在室內(nèi)占用了室內(nèi)空間，影響了室內(nèi)裝飾的美 觀。傳統(tǒng)的太陽能集熱器所用真空集熱管是單端開口，管內(nèi)被太陽能加熱的熱水和來自水箱 的冷水處于同一個管內(nèi)空間，冷、熱水不可避免地要產(chǎn)生混合，降低了水的循環(huán)動力和流動 速度，不利于熱量的傳遞；且真空集熱管位于水箱下部，在使用熱水的過程中，真空集熱管 內(nèi)的熱水無法得到有效的利用，形成無效水容積，該無效水容積占太陽能集熱器總的水容積 的四分之一到五分之一。雖然可以通過二次加水利用熱水和冷水的密度差將這部分熱水置換 出來，但是這樣做卻帶來了操作上的不方便，更重要的是新進(jìn)入的冷水不可避免地要和真空 集熱管內(nèi)的熱水產(chǎn)生混合，降低了可利用熱水的溫度。傳統(tǒng)的太陽能集熱器上的真空集熱管是通過水箱上的開孔直接插入水箱，由于水箱制造和裝配工藝的需要，水箱上的孔和孔之間必須保持一定的距離，所以造成了真空集熱管之間 存在比較大的間隙，照射到集熱器采光面上的部分太陽能會通過這些間隙而損失掉；同時由 于真空集熱管為雙層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)外壁之間要有一定的空隙，而外壁為透明材料，部分太陽能 還會穿過透明的外壁從該空隙損失掉，又由于傳統(tǒng)的太陽能集熱器的真空集熱管是單排布置， 所以在由真空集熱管組成的采光面上總會有相當(dāng)一部分的太陽能通過這些間隙而損失掉，其 單位采光面積上的有效采光面積較低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是利用兩端開口的真空集熱管緊密排列布置，采用多排或單排真空集熱管 構(gòu)成閉合的水循環(huán)回路，使得真空集熱管集熱量的吸收和儲存功能于一身，取消了傳統(tǒng)的太 陽能熱水器所必需的水箱，提高了集熱器的有效釆光面積和利用太陽能的能力。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是太陽能集熱器由真空集熱管緊密排列組成，真空集熱管為兩 端開口的雙層結(jié)構(gòu)，真空集熱管內(nèi)管和真空集熱管外管之間密閉且保持真空狀態(tài)，真空集熱 管兩端開口處采用管封頭和密封圈密封，各真空集熱管之間通過安裝在管封頭上的連接管連 接；真空集熱管內(nèi)管和真空集熱管外管的形狀可以是圓形，也可以是橢圓形；真空集熱管的 管排數(shù)可以是三排，也可以是雙排或單排；集熱器設(shè)有通氣管，通氣管位于水循環(huán)回路中遠(yuǎn) 離進(jìn)出水口的一端，且通氣管的位置為水循環(huán)回路中的最高點，通氣管的出口連接有膨脹水 箱；在集熱器進(jìn)出水口的另一端還可以加裝出水閥和出水管。在太陽能集熱器內(nèi)各真空集熱 管之間通過管封頭和連接管連接組合在一起，形成閉合的水循環(huán)回路；對多排布置方式，位 于前排的真空集熱管內(nèi)的水被來自太陽的能量加熱后，從頂部流出，經(jīng)連接管進(jìn)入位于后排 的真空集熱管的頂部，水在該管內(nèi)向下流動，經(jīng)過底部連接管流入到位于前排的另一根真空 集熱管的底部，然后在該真空集熱管內(nèi)被繼續(xù)加熱，這樣，水流依次通過位于前、后排的各 真空集熱管，在太陽能加熱的作用下，管內(nèi)的水在由真空集熱管形成的閉合回路內(nèi)形成自然 循環(huán)，從而實現(xiàn)利用太陽能將冷水加熱的目的。前排真空集熱管的主要功能是吸收來自太陽的能量，后排真空集熱管主要起下降管的作 用；當(dāng)管子為三排布置方式時，第一、二排管子既承擔(dān)著吸收太陽能的功能，也承擔(dān)著儲存 太陽能熱量的功能，而第三排管子則只承擔(dān)儲存太陽能熱量的功能。在集熱器內(nèi)熱量的吸收 和儲存是由真空集熱管承擔(dān)，利用真空集熱管代替了水箱，集熱器支架結(jié)構(gòu)簡單，做為緊湊 的板式結(jié)構(gòu)安裝在建筑物外墻或屋頂時，有利于建筑物的保溫，實現(xiàn)建筑物節(jié)能的目的。在本發(fā)明所述的組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器中，增加真空集熱管的數(shù)量就可以 達(dá)到提高集熱器水容量的目的，從而使得太陽能集熱器的設(shè)計、制造、安裝和改造變得更加簡單和靈活。在使用熱水的過程中，所有真空集熱管內(nèi)的熱水均可以放出，可顯著提高太陽 能集熱器內(nèi)的有效水容積。真空集熱管為兩端開口的結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的單端開口真空集熱管相比，兩端開口真空集熱 管的清洗更加容易，這為長期保持真空集熱管的潔凈、高效提供了保障。真空集熱管兩端采用支撐孔板或隔板支撐，不存在由于水箱制造和裝配工藝限制所造成 的較大的管間隙，真空集熱管之間只要留有很小的膨脹間隙，滿足真空集熱管橫向熱膨脹的 要求即可，該膨脹間隙可小于0.5厘米，所以在相同的集熱器采光面積內(nèi)，本發(fā)明所述集熱 器可以布置更多的真空集熱管；當(dāng)真空集熱管采用多排布置時，投射到集熱器采光面上的太 陽能可以全部照射在前后排真空集熱管上，使得集熱器單位采光面積上的有效采光面積達(dá)到 最大，提高了集熱器吸收太陽能的能力；同時集熱器無水箱占用面積，體積小。在本發(fā)明所述的組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器中，水的上升和下降處于不同的真 空集熱管內(nèi)，所以水的循環(huán)動力大，流動速度高，有利于傳熱。對串聯(lián)布置方式，由于水是 依次流過各真空集熱管，被加熱的水處于系統(tǒng)的出口端，而較冷的水位于入口端，系統(tǒng)兩端 存在著一定的溫差，對于熱水端而言，其溫升較快，且可以獲得更高的溫度，避免了傳統(tǒng)的 太陽能集熱器水箱內(nèi)由于已經(jīng)加熱的水和冷水的混合造成的水升溫慢的缺點，特別適合于連 續(xù)出熱水的應(yīng)用場合。本發(fā)明的有益效果是利用真空集熱管代替了水箱，使得真空集熱管集熱量的吸收和儲 存功能于一身，減小了體積，降低了制造成本；多排布置的真空集熱管使得集熱器單位采光 面積上的有效采光面積達(dá)到了最大，提高了吸收太陽能的能力；熱水的利用率高；回路布置 方式靈活，水的升溫更快；緊湊的板式結(jié)構(gòu)使得集熱器的安裝更加靈活。


圖1為真空集熱管三排布置的組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器的示意圖。 圖2為真空集熱管雙排串聯(lián)布置的組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器的示意圖。 圖3為真空集熱管雙排并聯(lián)布置的組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器的示意圖。 圖4為真空集熱管三排布置的組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器的俯視示意圖。 圖5為兩端開口的真空集熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、進(jìn)出水管，2、進(jìn)出水閥，3、真空集熱管，4、管封頭，5、連接管，6、通氣 管，7、膨脹水箱，8、循環(huán)閥，9、出水閥，10、出水管，11、支撐孔板，12、真空集熱管內(nèi) 管，13、真空集熱管外管，14、密封圈具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述在圖l所示實施例中，冷水由進(jìn)出水管l，經(jīng)過進(jìn)出水閥2進(jìn)入太陽能集熱器，集熱器滿 水后，關(guān)閉進(jìn)出水閥；前排真空集熱管3內(nèi)的水受太陽光的照射被加熱后，沿管子上升，經(jīng) 過管子上部的管封頭4和連接管5進(jìn)入后排真空集熱管，然后沿該真空集熱管下降，經(jīng)過位 于該管底部的管封頭和連接管進(jìn)入前排另一根真空集熱管的下部，在該真空集熱管內(nèi)受太陽 光的照射被繼續(xù)加熱，并沿管子上升，水在集熱器內(nèi)不斷的重復(fù)該過程，直到到達(dá)最后一根 真空集熱管，圖中箭頭所示為集熱器在太陽能加熱的情況下，水在真空集熱管內(nèi)的流動方向， 對本實施例所示的管子三排布置方式，前排最后一根真空集熱管通過連接管與第三排管子連 接，這樣水就被引導(dǎo)進(jìn)入到第三排管子，最后，第三排管子通過連接管在集熱器的進(jìn)水端與 前排的真空集熱管連接，第三排管子內(nèi)的水經(jīng)過連接管再次進(jìn)入前排的管子，被再次加熱， 形成一個完整的閉合水循環(huán)回路；水在循環(huán)回路中不斷地被照射在真空集熱管上的太陽能加 熱，經(jīng)過多次循環(huán)，實現(xiàn)利用太陽能加熱水的目的；當(dāng)需要熱水時，打開進(jìn)出水閥2，熱水 經(jīng)進(jìn)出水閥和進(jìn)出水管放出；通氣管6安排在位于水循環(huán)回路中遠(yuǎn)離進(jìn)出水口的一端，且通 氣管的位置為水循環(huán)回路中的最高點，其作用是排放集熱器中存在或產(chǎn)生的氣體，以及在放 水的過程中引入空氣，避免在集熱器的水循環(huán)回路中產(chǎn)生真空；通氣管的出口連接有膨脹水 箱7，當(dāng)集熱器內(nèi)的水受熱體積膨脹時，膨脹出的水可以經(jīng)通氣管進(jìn)入膨脹水箱。圖2所示為真空集熱管雙排串聯(lián)布置的具體實施例，與圖1實施例所不同的是在該實 施例中，真空集熱管為雙排布置；對非連續(xù)出水布置方式，水在集熱器內(nèi)被太陽能加熱后， 經(jīng)最后一根真空集熱管通過連接管和循環(huán)閥8再次進(jìn)入前排第一根真空集熱管，形成一個完 整的閉合水循環(huán)回路。該實施例還給出了另外一種布置方式一連續(xù)出水方式，在該方式中通 過在系統(tǒng)中加裝單獨的出水閥9和出水管10，使得冷水進(jìn)水管道和熱水出水管道分開，對需 要連續(xù)出熱水的場合，關(guān)閉循環(huán)闊8，打開出水閥9，進(jìn)入集熱器的冷水在集熱器內(nèi)被太陽能 加熱后通過出水閥9和出水管IO連續(xù)排出，實現(xiàn)連續(xù)出熱水的目的。進(jìn)出水閥、循環(huán)閥和出 水閥均采用電磁閥。圖3所示為真空集熱管雙排并聯(lián)布置的具體實施例，與圖2實施例所不同的是在該實 施例中，真空集熱管為并聯(lián)布置，前后排相鄰的兩根真空集熱管組成一個獨立的水循環(huán)回路， 各水循環(huán)回路通過連接管并聯(lián)連接。真空集熱管既可以是三排布置，如圖1所示，或雙排布置，圖2和圖3所示，也可以是 單排布置；真空集熱管可以是串聯(lián)連接，如圖1和圖2所示，也可以是并聯(lián)連接，如圖3所 示；各管子和管排經(jīng)過連接后，形成閉合的水循環(huán)回路，所形成的水循環(huán)回路的個數(shù)可以是一個，如圖1和圖2所示，也可以是多個，如圖3所示。圖4所示為真空集熱管三排布置的組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器的俯視示意圖， 這是本發(fā)明太陽能集熱器中真空集熱管排列的一種具體實施例，前后排管子為錯列布置，這 樣的布置可以使得集熱器更緊湊，真空集熱管的排列方式也可以采用順列布置；管子兩端采 用支撐孔板ll進(jìn)行支撐，也可以采用隔板支撐。圖5所示為真空集熱管的結(jié)構(gòu)示意圖，真空集熱管3為雙層結(jié)構(gòu)，真空集熱管外管13透 明，太陽光可以透過真空集熱管外管照射到真空集熱管內(nèi)管12，真空集熱管內(nèi)管鍍膜以增加 對太陽能的吸收；真空集熱管內(nèi)管和真空集熱管外管之間為真空狀態(tài)，以減少散熱損失；真 空集熱管的兩端開口，在兩端開口處采用管封頭4和密封圈14密封，各真空集熱管之間通過 安裝在管封頭上的連接管5連接，通過不同的連接組合，形成各種不同的水循環(huán)回路。
權(quán)利要求
1.一種組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器，其特征是太陽能集熱器由真空集熱管緊密排列組成，真空集熱管為兩端開口的雙層結(jié)構(gòu)，真空集熱管內(nèi)管和真空集熱管外管之間密閉且保持真空狀態(tài)，真空集熱管兩端開口處采用管封頭和密封圈密封，各真空集熱管之間通過安裝在管封頭上的連接管連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器，其特征在于真空集熱管內(nèi) 管和真空集熱管外管的形狀可以是圓形，也可以是橢圓形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器，其特征在于真空集熱管的 管排數(shù)可以是三排，也可以是雙排或單排。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器，其特征在于集熱器設(shè)有通 氣管，通氣管位于水循環(huán)回路中遠(yuǎn)離進(jìn)出水口的一端，且通氣管的位置為水循環(huán)回路中的最 高點，通氣管的出口連接有膨脹水箱。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器，其特征在于在集熱器進(jìn)出 水口的另一端還可以加裝出水閥和出水管。
全文摘要
一種組合式閉合水循環(huán)回路太陽能集熱器，采用兩端開口的真空集熱管緊密排列布置，各真空集熱管之間通過管封頭和連接管連接組合，使得整個系統(tǒng)形成閉合的水循環(huán)回路，在太陽能的加熱作用下，水在循環(huán)回路內(nèi)進(jìn)行自然循環(huán)。本發(fā)明利用多排真空集熱管代替水箱，使得真空集熱管集熱量的吸收和儲存功能于一身，減小了集熱器的體積，降低了制造成本。多排布置結(jié)構(gòu)使得集熱器單位采光面積上的有效采光面積達(dá)到了最大，提高了吸收太陽能的能力。
文檔編號F24J2/05GK101261042SQ20081001474
公開日2008年9月10日 申請日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者孫慶國, 濤 欒 申請人:濤 欒