太阳能中温集热器及其集热器的制备方法及其使用方法与流程

本发明涉及太阳能光热利用技术领域，更具体地说它是太阳能中温集热器。本发明还涉及制备太阳能中温集热器中的集热器的方法。本发明还涉及太阳能中温集热器的使用方法。

背景技术

太阳能是大自然赐予我们的取之不竭、用之不完的清洁能源，其与民生最为息息相关的是各种太阳能的应用。

为应对全球气候变化、资源能源短缺、生态环境恶化的挑战，人类正在遵循低碳循环的模式，以低碳为导向，发展循环经济、建设低碳生态城市、推广普及低碳绿色建筑，所为绿色建筑，是指建筑对环境无害，能充分利用环境和自然资源，并且在不破坏环境基本生态平衡条件下建造的一种建筑，又可称为可持续发展建筑，生态建筑、回归大自然建筑、节能环保建筑等，但是，现有的绿色建筑，为了满足恒温、恒湿、恒氧的生活需求，多采用燃煤供热，浪费了大量的常规能源，而且不环保。

现有的太阳能集热器不能承载高压，且其气总管及水总管在焊接连接气支管及水支管时容易发生应力变形至扭曲或裂口，加工成品率低，报废率高，成本高，且集热输出效率较低。

技术实现要素：

本发明的第一目的是为了提供一种太阳能中温集热器，能承高压、尺寸稳定、应力在翻边结构式、薄壁金属管不存在应力变形、成本低，集热输出效率高。

本发明的第二目的是为了提供制备太阳能中温集热器的方法。

本发明的第三目的是为了提供太阳能中温集热器的使用方法。

为了实现上述本发明的第一目的，本发明的技术方案为：太阳能中温集热器，包括集热器，其特征在于：集热器包括蒸汽发生单元、偏心真空管，蒸汽发生单元包括气总管、气支管、水总管、水支管，气总管为空心管，气总管上设置一排圆孔结构，圆孔结构由圆孔和翻边结构组成，翻边结构由位于圆孔处的气总管向下折弯而成，圆孔结构呈圆柱形；气总管为薄壁金属管；

气支管一端焊接于气总管的翻边结构上，气支管为薄壁金属管；气支管一端与气总管相连通，另一端为开口结构；

水总管为空心管，水总管上下两端各设置一排圆孔结构，位于水总管上的圆孔结构与位于气总管上的圆孔结构相对应；水总管为薄壁金属管；

水支管一端焊接于水总管的翻边结构上，水支管为薄壁金属管；水支管一端与水总管相连通，另一端呈封闭结构；

气支管依次穿过位于水总管上端的圆孔结构及位于水总管下端的圆孔结构、且与水总管上端的翻边结构焊接固定连接，且套装于水支管内；水支管通过金属翅片与受热玻璃管内壁连接。

在上述技术方案中，所述偏心真空管包括外罩玻璃管、受热玻璃管、真空区域、金属支架、金属翅片，受热玻璃管一端封闭、另一端与外罩玻璃管底部密封连接，受热玻璃管与外罩玻璃管之间的区域为真空区域，受热玻璃管的封闭端伸入到外罩玻璃管内腔中；受热玻璃管内沿轴线设有所述蒸汽发生单元。

在上述技术方案中，集热器上设置有集热器温度变送器和集热器安全阀；金属翅片外壁紧贴在受热玻璃管内壁，金属翅片内壁紧贴在水支管外壁。

在上述技术方案中，水支管与气支管同轴设置；金属翅片为同心分离式等圆弧结构，各个圆弧结构的内径围成的圆周与水支管外径相匹配，各个圆弧结构截面外壁均开设有一个缺口，缺口由金属翅片内壁向两边上方延伸翻边。

在上述技术方案中，位于气总管上及位于水总管上端的圆孔结构孔径与气支管的孔径相等；位于水总管下端的圆孔结构的孔径与水支管的孔径相等。

在上述技术方案中，外罩玻璃管内壁镀有金属反光镀膜。

在上述技术方案中，受热玻璃管外壁涂有选择性涂层；受热玻璃管通过设置在其外壁上的至少一个金属支架定位和支撑在外罩玻璃管内腔中。

为了实现上述本发明的第二目的，本发明的技术方案为：制备太阳能中温集热器中的集热器的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：组装蒸汽发生单元，拉拔气总管上的长圆孔，在气总管一端面上打一排长圆孔，送料管一端插入拉拔半球的送料孔上将拉拔半球送入气总管内、送至长圆孔上；将拉拔杆上端向上穿过长圆孔、旋入拉拔半球中的拉拔孔、且固定于拉拔孔中，拉拔杆向下拉，长圆孔变为圆孔及向下折弯形成的翻边结构；将气总管上的长圆孔逐个拉拔成圆孔结构；

拉拔水总管上的长圆孔，在水总管上下两端面上各打一排长圆孔，通过拉拔气总管上的长圆孔的方法将水总管的长圆孔逐个拉拔成圆孔结构；

焊接固定气支管，将气支管焊接于气总管上的翻边结构上；将气支管依次穿过位于水总管上端及下端的圆孔结构、并伸出水总管、套装于水支管内，将气支管与水总管上端的翻边结构焊接连接固定，将水支管的连接端与水总管下端的翻边结构焊接连接固定；

步骤2：组装偏心真空管：将外壁涂有选择性涂层的受热玻璃管的封闭端伸入到镀有金属反光镀膜的外罩玻璃管内腔中、并通过金属支架定位和支撑在外罩玻璃管内腔中，在真空区域抽真空后，将受热玻璃管另一端与外罩玻璃管底部密封连接；

步骤3：组装蒸汽发生单元和偏心真空管，将蒸汽发生单元的水支管套入偏心真空管的受热玻璃管中、并通过金属翅片与受热玻璃管内壁连接。

为了实现上述本发明的第三目的，本发明的技术方案为：所述的太阳能中温集热器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：气总管位于水总管下方、且位于偏心真空管下方，水总管中的水输入到水支管中经偏心真空管吸收的太阳能加热后形成蒸汽，蒸汽从上端进入气支管，蒸汽通过气支管进入气总管；

步骤2：蒸汽通过气总管输出、加热集热器内的水，集热器内的热水与保温水箱或储热水箱内的换热盘管组成封闭回路，在集热器循环水泵驱动下将集热器的热量传递到保温水箱或储热水箱内，满足用户包括供洗浴、暖气、蒸煮的使用需求。

为了实现上述本发明的第三目的，本发明的技术方案为：所述的太阳能中温集热器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：气总管位于水总管上方、且位于偏心真空管上方，水总管中的水输入到水支管中经偏心真空管吸收的太阳能辐射加热后形成温度高于100℃的过热水，过热水从下端进入气支管，过热水通过气支管进入气总管；

步骤2：过热水通过气总管输出、加热集热器内的水，集热器内的热水与保温水箱或储热水箱内的换热盘管组成封闭回路，在集热器循环水泵驱动下将集热器的热量传递到保温水箱或储热水箱内，满足用户包括供洗浴、暖气、蒸煮的使用需求。

本发明具有如下优点：

(1)本发明使用安全，本发明蒸汽发生单元中水不接触玻璃、接触钢管，不发生炸管现象，克服了现有技术水接触玻璃管中的玻璃，在集热器产生蒸汽时易发生玻璃管炸管的现象；

(2)本发明通将为薄壁金属管的水总管及气总管中的长圆孔拉拔为圆孔及翻边结构，水支管及气支管直接焊接固定于水总管及气总管的翻边结构上，因此为薄壁金属管的水总管及气总管的孔尺寸稳定，应力在翻边结构上，不会发生应力变形，能承高压，成本低；克服了现有的太阳能集热系统不能承载高压，且其气总管及水总管在焊接连接气支管及水支管时容易发生应力变形至扭曲或裂口，加工成品率低，报废率高、成本高的缺点；

(3)气总管上的一排长圆孔拉拔呈一排带翻边结构的圆孔结构，水总管上下设置的长圆孔均拉拔呈带翻边结构的圆孔结构，水总管正反可用，水支管的封闭端朝上时，气总管位于水总管下方，水总管变成进水管，封闭循环，气支管出蒸汽；水支管的封闭端朝下时，气总管位于水总管上方，气支管出温度大于100℃的过热水，气总管变成出水管；

(4)本发明中集热器的集热输出效率高，本发明实施例采用19孔的集热器，在太阳光照幅三类地区，集热器的相当于900w功率的加热器，集热器在有太阳时每小时产生开水10kg，每天产生开水大于或等于80kg，每年节电400～800度电；

(5)本发明结构简单，本发明集热器能直接产生饱和蒸汽或温度大于100℃的过热水，利用水作为导热介质，产生饱和蒸汽或过热水这种通用清洁能源，无需中间换热和传质传热等过程及其配套结构零部件；传热介质在不锈钢管中运行，不接触玻璃管，无重金属污染，水质可以用于饮食，克服了普通太阳能集热器加热的水不能直接用于饮食的缺点。

附图说明

图1为本发明蒸汽发生单元与偏心真空管连接剖视结构示意图一。

图2为本发明蒸汽发生单元与偏心真空管连接剖视结构示意图二。

图3为本发明气总管拉拔截面结构示意图。

图4为本发明气总管拉拔及翻边截面结构示意图。

图5为本发明水总管拉拔及翻边截面结构示意图。

图6为本发明气总管上打设有长圆孔结构示意图。

图7为本发明气总管上的长圆孔拉拔呈圆孔结构的结构示意图。

图8为本发明蒸汽发生单元截面结构示意图。

图中1-集热器,2-蒸汽发生单元,2.1-气总管,2.11-圆孔结构，2.111-圆孔,2.112-翻边结构,2.2-气支管,2.3-水总管,2.4-水支管,3-偏心真空管,3.1-外罩玻璃管,3.2-受热玻璃管,3.3-真空区域,3.4-金属支架,3.5-金属翅片,28-长圆孔,29-拉拔半球,29.1-送料孔,29.2-拉拔孔,30-金属反光镀膜。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：太阳能中温集热器，包括集热器1，集热器1为太阳能集热器，集热器1包括蒸汽发生单元2、偏心真空管3，蒸汽发生单元2包括气总管2.1、气支管2.2、水总管2.3、水支管2.4；气总管2.1为空心管，气总管2.1上设置一排圆孔结构2.11，圆孔结构2.11由圆孔2.111和翻边结构2.112组成，翻边结构2.112由位于圆孔2.111处的气总管2.1向下折弯而成，圆孔结构2.11呈圆柱形；气总管2.1为薄壁金属管；

气支管2.2一端焊接于气总管2.1的翻边结构2.112上，气支管2.2为薄壁金属管；气支管2.2一端与气总管2.1相连通，另一端为开口结构；

水总管2.3为空心管，水总管2.3上下两端各设置一排圆孔结构2.11，位于水总管2.3上端的圆孔结构2.11与位于水总管2.3下端的圆孔结构2.11相连通、且中心线相同；位于水总管2.3上的圆孔结构2.11与位于气总管2.1上的圆孔结构2.11相对应，形成通孔结构，且位于水总管2.3上的圆孔结构2.11与位于气总管2.1上的圆孔结构2.11的中心线相同；水总管2.3为薄壁金属管；

水支管2.4一端焊接于水总管2.3的翻边结构2.112上，水支管2.4为薄壁金属管；水支管2.4一端与水总管2.3相连通，另一端呈封闭结构；

气支管2.2依次穿过位于水总管2.3上端的圆孔结构2.11及位于水总管2.3下端的圆孔结构2.11、且与水总管2.3上的翻边结构2.112焊接固定连接，且套装于水支管2.4内；位于水支管2.4内的气支管2.2高度小于水支管2.4的总高度(如图1、图2、图4、图5所示)；水支管2.4通过金属翅片3.5与受热玻璃管3.2内壁连接(如图1、图2所示)。

所述偏心真空管3包括外罩玻璃管3.1、受热玻璃管3.2、真空区域3.3、金属支架3.4、金属翅片3.5，受热玻璃管3.2一端封闭、另一端与外罩玻璃管3.1底部密封连接，受热玻璃管3.2与外罩玻璃管3.1之间的区域为真空区域3.3，受热玻璃管3.2的封闭端伸入到外罩玻璃管3.1内腔中；受热玻璃管3.2内沿轴线设有所述蒸汽发生单元2。

集热器1上设置有集热器温度变送器和集热器安全阀；金属翅片3.5外壁紧贴在受热玻璃管3.2内壁，金属翅片3.5内壁紧贴在水支管2.4外壁。

水支管2.4与气支管2.2同轴设置；金属翅片3.5为同心分离式等圆弧结构，各个圆弧结构的内径围成的圆周与水支管2.4外径相匹配，各个圆弧结构截面外壁均开设有一个缺口，缺口由金属翅片3.5内壁向两边上方延伸翻边。

位于气总管2.1上及位于水总管2.3上端的圆孔结构2.11孔径与气支管2.2的孔径相等；位于水总管2.3下端的圆孔结构2.11的孔径与水支管2.4的孔径相等；水支管2.4的孔径大于气支管2.2的孔径。

外罩玻璃管3.1内壁镀有金属反光镀膜30。

受热玻璃管外壁涂有选择性涂层；受热玻璃管3.2通过设置在其外壁上的至少一个金属支架3.4定位和支撑在外罩玻璃管3.1内腔中(如图1、图2所示)。

参阅附图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8可知：制备所述的太阳能中温集热器中的集热器的方法，包括如下步骤：

步骤1：组装蒸汽发生单元，拉拔气总管上的长圆孔，在气总管2.1一端面上打一排长圆孔28，送料管一端插入拉拔半球29的送料孔29.1上将拉拔半球29送入气总管2.1内、送至长圆孔28上；拉拔杆33上端为外螺纹结构，拉拔孔29.2为内螺纹结构，将拉拔杆33上端向上穿过长圆孔28、旋入拉拔半球29中的拉拔孔29.2、且固定于拉拔孔29.2中，拉拔杆33向下拉，长圆孔28变为圆孔2.111及向下折弯形成的翻边结构2.112；将气总管2.1上的长圆孔28逐个拉拔成圆孔结构2.11；

拉拔水总管上的长圆孔，在水总管2.3上下两端面上各打一排长圆孔28，通过拉拔气总管上的长圆孔的方法将水总管2.3的长圆孔28逐个拉拔成圆孔结构2.11；

焊接固定气支管，将气支管2.2焊接于气总管2.1上的翻边结构2.112上；将气支管2.2依次穿过位于水总管2.3上端及下端的圆孔结构2.11、并伸出水总管2.3、套装于水支管2.4内，将气支管2.2与水总管2.3上端的翻边结构2.112焊接连接固定，将水支管2.4的连接端与水总管2.3下端的翻边结构2.112焊接连接固定；

步骤2：组装偏心真空管：将外壁涂有选择性涂层的受热玻璃管3.2的封闭端伸入到镀有金属反光镀膜30的外罩玻璃管3.1内腔中、并通过金属支架3.4定位和支撑在外罩玻璃管3.1内腔中，在真空区域3.3抽真空后，将受热玻璃管3.2另一端与外罩玻璃管3.1底部密封连接；

步骤3：组装蒸汽发生单元和偏心真空管，将蒸汽发生单元的水支管2.4套入偏心真空管的受热玻璃管3.2中、并通过金属翅片3.5与受热玻璃管3.2内壁连接。

参阅附图2可知：所述的太阳能中温集热器的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：气总管2.1位于水总管2.3下方、且位于偏心真空管3下方，水总管2.3中的水输入到水支管2.4中经偏心真空管吸收的太阳能辐射加热后形成蒸汽，蒸汽从上端进入气支管2.2，蒸汽通过气支管2.2进入气总管2.1；

步骤2：蒸汽通过气总管2.1输出、加热集热器1内的水，集热器1内的热水与保温水箱或储热水箱内的换热盘管组成封闭回路，在集热器循环水泵驱动下将集热器1的热量传递到保温水箱或储热水箱内，满足用户包括供洗浴、暖气、蒸煮等的使用需求。

参阅附图1、图3可知：所述的太阳能中温集热器的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：气总管2.1位于水总管2.3上方、且位于偏心真空管3上方，水总管2.3中的水输入到水支管2.4中经偏心真空管吸收的太阳能辐射加热后形成温度高于100℃的过热水，过热水从下端进入气支管2.2，过热水通过气支管2.2进入气总管2.1；

步骤2：过热水通过气总管2.1输出、加热集热器1内的水，集热器1内的热水与保温水箱或储热水箱内的换热盘管组成封闭回路，在集热器循环水泵驱动下将集热器1的热量传递到保温水箱或储热水箱内，满足用户包括供洗浴、暖气、蒸煮等的使用需求。

实施例

太阳能中温集热器，蒸汽发生单元2中的气总管2.1上打设一排共19个长圆孔，气总管2.1为薄壁金属管，气总管2.1的管径×管壁厚度×管长为φ20×1×1800mm；通过拉拔球拉拔气总管2.1上的长圆孔形成圆孔结构2.11，圆孔结构2.11的圆孔2.111及翻边结构2.112的孔径均为φ8mm；

水总管2.3上下两端各相应地打设一排共19个长圆孔，水总管2.3为中空结构，水总管2.3上下两端的长圆孔为同轴设置，形成通孔结构，相应地水总管2.3为薄壁金属管，水总管2.3的管径×管壁厚度×管长为φ20×1×1800mm；通过拉拔球拉拔水总管2.3上端的长圆孔形成向上的圆孔结构2.11，拉拔水总管2.3下端的长圆孔形成向下的圆孔结构2.11，位于水总管2.3上端的圆孔结构2.11的孔径均为φ8mm；位于水总管2.3下端的圆孔结构2.11的孔径均为φ14mm；

水支管2.4一端焊接于水总管2.3一端的翻边结构2.112上，水支管2.4为薄壁金属管，水支管2.4的管径×管壁厚度为φ14×0.5mm；

气支管2.2一端与气总管2.1的翻边结构2.112焊接连接固定、另一端为开口端，气支管2.2的开口端穿过位于水总管2.3上下两端的圆孔结构2.11套入水支管2.4内，气支管2.2与水总管2.3上端的翻边结构2.112焊接连接固定；气支管2.2为薄壁金属管；气支管2.2的管径×管壁厚度为φ8×0.5mm；气支管2.2的开口端套于水支管2.4内。

将外壁涂有选择性涂层的受热玻璃管3.2的封闭端伸入到镀有金属反光镀膜30的外罩玻璃管3.1内腔中、并通过金属支架3.4定位和支撑在外罩玻璃管3.1内腔中，在真空区域3.3抽真空后，将受热玻璃管3.2另一端与外罩玻璃管3.1底部密封连接；

将蒸汽发生单元的水支管2.4套入偏心真空管的受热玻璃管3.2中、并通过金属翅片3.5与受热玻璃管3.2内壁连接；

气总管2.1位于水总管2.3下方、且位于偏心真空管3下方，水总管2.3中的水输入到水支管2.4中经偏心真空管吸收的太阳能辐射加热后形成蒸汽或气总管2.1位于水总管2.3上方、且位于偏心真空管3上方，水总管2.3中的水输入到水支管2.4中经偏心真空管吸收的太阳能辐射加热后形成温度高于100℃的过热水；

蒸汽从上端进入气支管2.2或过热水从下端进入气支管2.2，蒸汽或过热水通过气支管2.2进入气总管2.1；

蒸汽或过热水通过气总管2.1加热集热器1内的水，集热器1内的热水与保温水箱或储热水箱内的换热盘管组成封闭回路，在集热器循环水泵驱动下将集热器1的热量传递到保温水箱或储热水箱内，满足用户包括供洗浴、暖气、蒸煮等的使用需求。

使用结论：用太阳能中温集热器可以直接利用太阳能光热产生开水，以19孔的集热器为例，

在太阳光照幅三类地区(包括山东、河南、河北东南部、山西南部等地)，每年日照约为2200～3000小时，照幅超700w/m²，本发明集热器的相当于900w功率的加热器，本发明集热器在有太阳时每小时产生开水10kg，每天产生开水大于或等于80kg，每年节电400～800度电；

在太阳光照幅二类地区(包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地)，每年日照约为3000～3200小时，照幅超900w/m²，本发明集热器的相当于1100w功率的加热器；

在太阳光照幅一类地区(包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地)，每年日照约为3200～3300小时，照幅超1100w/m²，本发明集热器的相当于1300w功率的加热器。

由此可见，本发明太阳能中温集热器能直接产生饱和蒸汽或温度大于100℃的过热水，利用水作为导热介质，产生饱和蒸汽或过热水这种通用清洁能源，无需中间换热和传质传热等过程及其配套结构零部件；传热介质在不锈钢管中运行，不接触玻璃管，无重金属污染，水质可以用于饮食，克服了普通集热器加热的水不能直接用于饮食的缺点；本发明集热输出效率高，能节约能耗、节约成本。

其它未说明的部分均属于现有技术。