专利名称：真空太阳能蒸汽集热管、蒸汽集热板、太阳能热水空调装置的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能光热应用技术领域，涉及一种太阳能集热元件，特别是真空隔热、能 快速产生蒸汽的太阳能集热元件。本发明还涉及应用该集热元件组成的平板形太阳能集热部 件、以及由其组成的热水装置和空调装置。
技术背景目前广泛应用在太阳能热水系统的集热元件，多原于中国专利95215311. 4,即"一种新 型全玻璃真空太阳能集热管"，系由一端封闭的透明外管套装在同端也封闭的内管外側，其另 一开口端相互熔合密闭并在两管之间形成真空隔热夹层，在内管的外表面镀太阳能选择性吸 收膜层，利用膜层吸收的太阳热能加热内管中的冷水，并靠冷热水的密度差实现冷热水的循 环传递，将热能连续传递至顶部开口端连接的水箱或水循环集管。显然这种真空集热管存在 许多局限和不足其一、管内的水量多、热容大、升温缓慢、水温低、局限于产生100度以 下的热水， 一般工作在40度——90度范围内，不能即时、快速产生髙温、高能量的蒸汽， 难于适应许多目标领域，其应用范围较窄；其二、冷热水自然循环的动力小、阻力大、输送 距离短，从而导致水箱必须顶置，不利于与建筑结合，釆用强制循环又导致额外电耗，因此， 应用方式单一、受限。发明内容本发明的目的是提供一种可以快速启动、连续产生易于远距离输送的、高温、高能蒸汽 的真空隔热型太阳能蒸汽集热管，并应用该蒸汽集热管组成可以与建筑一体融和的平板形蒸 汽集热板、以及用蒸汽加热的太阳能热水装置和空调装置。为实现发明目的一 一种真空太阳能蒸汽集热管，系由一端封闭的透明外管套装在同端 也封闭的内管的外侧，其开口端相互熔合密闭并在两管间形成真空隔热夹层，在内管的外表 面采用镀膜技术镀上选择性太阳能吸收膜层，在内管的开口端有一端盖与其密封连接，端盖上有排气口和进液管以及备用管，内管的内腔设置一芯管，在芯管和内管之间形成环状介质 液膜层， 一调节阀门与进液管串连，调节阀门受介质液位传感器或内管内壁温度传感器的自 动控制，当液位高于设定位置时或内管壁温低于设定参数时，调节阀门即关闭，反之开启， 从而调节进液管的进液状态，保证介质液膜层能够动态持续，实现稳定的膜态蒸发。为了减少蒸发汽泡的脱离阻力，芯管可以采用高孔隙毛细结构的管子；为保证液膜的充 分，芯管可以采用浸在介质中的上下两端封闭并抽成真空的密闭管子；调节阀门可以采用机 械阀结构，与内管中的浮球及传导杠杆机械连接，并受浮球的机械动作控制开闭，或与内管 壁上的膨胀压力式感温器及传导管联接，受内管内壁温度控制开闭；也可以采用电动阀门结 构，与磁性浮球、磁控开关和传导线电连接，并受浮球控制开闭，或与贴于内管壁上的温 控开关及传导线电连接，受内管壁温度控制开闭。上述真空太阳能蒸汽集热管工作原理阳光透过外管被内管选择性太阳膜吸收使其升 温、并加热内壁与芯管之间的介质膜层，由于膜层薄、热容较小，可以使其迅速蒸发，蒸汽 积累升压自动向排汽口快速流动，由于气体流动阻力小、在微压力差下即可以输送较远距离， 介质由进液管根据设定的液位或管壁蒸发温度通过调节阀门实现自动补充，保证介质膜层的 持续，依此连续工作；蒸汽经冷凝放热实现高效热量传递，蒸汽具有较高的恒定温度和较大 潜热能量，可以有更多用途，如开水器、温水器、空调器、取暖器、加湿器、蒸汽浴房、加 热、干燥等等。为实现发明目的二 一种真空太阳能蒸汽集热板，由前述真空太阳能蒸汽集热管、框架、 排气集管、回液集管、尾托、反射板及透光板组成，多支蒸汽集热管并列布置，其封闭端用 尾托分别固定在框架上，另一端的排气口分别与排气集管上对应的连接管密封活连接，进液 管分别与回液集管上对应的细管活连接，排气集管与回液集管保温并装在框架内，其接头伸 到框架的外侧，框架的背面装反射板、正面装透光板，备用管分别引到框架的外側并用活塞 堵密封。为了简化上述集热板结构，受一支真空太阳能蒸汽集热管液位或内管壁温控制的调节阀 门，同时控制其余省略调节阀门的蒸汽集热管，其进液管并联后连接调节阀门，再与回液集管连接。这种蒸汽集热板具有方正平板外形，可以镶嵌或挂^在建筑屋顶或向阳墙上，与建筑美 观融合一体，适合于高层和多层各种建筑，其输出的蒸汽具有恒定高温、高能、自动远距离 输送等优点，可用于各种以蒸汽为热原的装置，如开水器、温水器、空调器、取暖器、加湿 器、蒸汽浴房、加热干燥设备等等。为实现发明目的三 一种真空太阳能蒸汽热水装置，由设置平衡管、蒸汽吸收器的保温 水箱和包含前述真空太阳能蒸汽集热管的太阳能蒸汽集热板、保温输汽管、保温回液管、微 型泵等组成，水箱的液面下装蒸汽吸收器，其进汽口在水箱的外侧，并通过保温输汽管串联 一单向阀后与蒸汽集热板上的排汽集管密封活连接，水箱的一个出水口通过保温回液管串联一微型泵和软水器与蒸汽集热板上的回液集管密封活连接。当水箱高于蒸汽集热板一定高度 时，可以省略微型泵、靠重力向真空管供液。为了能够随时提供开水和温水，水箱可以与另一副水箱复合成双温储水器，水箱位于副 水箱的下方或其内部，水箱的上、下位置设有对流管与副水箱分别连通，水箱内设置蒸汽吸 收器、开水三通出水口，并分别与保温输汽管、保温回液管和微型泵连通。这种蒸汽热水器^T以产生高温热水，具有灭菌效果，可直接饮用、炊饭及生活洗浴等等； 集热板与水箱可以分离安装在室外和室内，应用方便美观，而且与普通热水器比较，相同热 容量的水箱可以小巧许多，节省材料造价和安装占用空间，由于采用开式循环，组成的系统 不怕高温空晒、不怕严寒低温，循环水量少，节省电耗、结垢缓慢，还可以由备用管清洗。为实现发明目的四 一种真空太阳能蒸汽空调装置，由吸收式或喷射式空调机组、辅助 蒸汽炉，以及包含前述真空蒸汽集热管的太阳能蒸汽集热板、保温输汽管、保温回液管、微 型泵及凝结水箱组成，空调机组的发生器蒸汽进口通过保温输汽管与蒸汽集热板上的排汽集 管连通，发生器的凝结水出口与凝结水箱连通，凝结水箱的出口通过保温回液管串联微型泵 后与蒸汽集热板上的回液集管连通，在保温输汽管和保温回液管之间并联带有控制阀门的辅 助蒸汽炉，水箱有补水口和排水口。这种太阳能蒸汽空调装置与普通热水太阳能空调比较，具有较高的输入温度，提高了制冷系数，而且节省太阳能热水循环的电力消耗，综合性能明显提高。下面结合附图和具体实施方式
对本发明方案作进一步详细的说明。
图1是真空太阳能蒸汽集热管的一种液位控制型实施方式的剖视图。图2是真空太阳能蒸汽集热管的另一种液位控制型实施方式的剖视图。 图3是真空太阳能蒸汽集热管的第三种液位控制型实施方式的剖视图。 图4是图1所示真空太阳能蒸汽集热管的水平状态实施方式的剖视图。 图5是图1所示真空太阳能蒸汽集热管的温度控制型实施方式的剖视图。 图6是太阳能蒸汽集热板的一种实施方式的剖视图。 图7是太阳能蒸汽集热板的另一种实施方式的剖视图。 图8是太阳能蒸汽热水装置的一种实施方式的剖视图。 图9是太阳能蒸汽热水装置的另一种实施方式的剖视图。 图IO是太阳能蒸汽热水装置的第三种实施方式的剖视图。 图11是太阳能蒸汽空调装置的系统流程图。
具体实施方式
图1所示的真空太阳能蒸汽集热管，透明外管(01)的一端封闭，套装在另外一个同端 也封闭的内管(02)的外側，其开口端相互熔合密闭，在两套管之间形成真空夹层(04),内 管(02)的外表面镀选择性太阳能吸收涂层(03)，在内管(02)的开口端设一密封端盖(05)， 其上设带密封(07)的排气口 (08)、进液管(09)和备用管(06),进液管(09)与浮球调 节阀门(10)连通并使出液口引入芯管(11)，在内管(02)的内壁同心设置多空隙毛细芯管 (11),芯管(11)吸满液态介质，在内管(02)壁形成环状液膜(12)，芯管(11)内腔低 位设一浮球(14)，通过杠杆(13)与浮球阀门(10)的阀芯连接，当内管(02)液位高于 10%位置时，浮球(14)上移关闭调节阀门(10),反之开启，从而调节进液管(09)的进液 状态，保证介质液膜层(12)动态持续，进液管(09)保持介质压力供应。图2所示的真空太阳能蒸汽集热管，与图l所示的区别在于芯管(ll)是封闭的真空 管，同心固定在内管(02)内部并形成环状液膜狭隙(12),浮球(14)在芯管(11)的上部95%的位置。图3所示的真空太阳能蒸汽集热管，与图l所示的区别在于调节阀门(IO)是电磁阀，芯管(11)内腔10%低位设一由磁控开关和磁性浮球组成的液位传感器(14)，通过传导线(13) 与电磁调节阀门(10)电路连接，进液管(09)与调节阀门(10)连通出液口引入芯管(11)， 当内管(02)液位高于10%位置时，浮球(14)上移切断电路关闭调节阀门(10),反之开启 阀门。图4是图1所示真空太阳能蒸汽集热管水平状态实施方式的剖视图，其区别在于集热 管水平放置，浮球(14)靠近内管(02)的排汽口，当内管(02)液位高于直径的35嫩置 时，浮球(14)上移关闭调节阀门(10)，反之开启。图5是温度控制型真空太阳能蒸汽集热管，基本结构和芯管(11)同图l所示，其区别 在于:进液管(09)与机械式调节阀门(10)连接，其膨胀压力式感温器(14)貼在内管(02) 的内壁上，通过传导管(13)与调节阀门(10)联接，当内管(02)温度低于99度时，压力 降低带动调节阀门(10)关闭，反之开启；或者进液管(09)与电磁式调节阀门(10)连接， 温度控制开关(14)贴在内管(02)的内壁上，通过传导线(13)与调节阀门(10)电连接， 当内管(02)温度低于99度时，调节阀门(10)关闭，反之开启。图6所示真空太阳能蒸汽集热板(1)，由真空太阳能蒸汽集热管(01)、框架(1A)、排 气集管(1D)、回液集管(1C)、尾托(1G)、反射板(1B)及透光板(1E)组成，多支蒸汽集 热管(01)并列布置，底端用尾托(1G)分别固定在框架(1A)上，各管的排气口 (08)分 别与排气集管UD)上对应的连接管套接，并通过密封(07)气密，进液管(09)分别与回 液集管(1C)上对应的细管套接，排气集管(1D)与回液集管(1C)保温并装在框架(1A) 的内腔，其连接活接头露在框架(1A)的外侧，框架(1A)的背面装抛物曲面反射板或^反 射板(1B),向阳面装防尘透光板(1E)，各备用管(06)分别引到框架(1A)的外侧用橡胶 塞堵密封，蒸汽集热板(1)的背面设可调角度的铰链式挂架(1F)。图7是图6所示真空太阳能蒸汽集热板的变型实施方式，区别在于 一支真空太阳能蒸 汽集热管(01)的调节阀门(10)与回液集管(1C)连接再与进液管(09)连接，其余蒸汽 集热管的进液管(09)与该真空太阳能蒸汽集热管(01)的进液管(09)同规格并联，其余蒸汽集热管的调节阔门省略，即共用前述真空太阳能蒸汽集热管(01)的调节阀门(10)。图8所示真空太阳能蒸汽热水装置，包括室内保温水箱(4)和室外真空太阳能蒸汽集 热板(1)，保温水箱(4)带有进水口 (4B)、出水口 (4D)、电加热器(4C)及平衡管(4A)， 其液面下部设管状多孔蒸汽吸收器(2D)，进汽口在水箱(4)的外侧，串联一单向阀(2E) 后与保温输汽管(2B)的一端嫘纹连接，其另一端与太阳能蒸汽集热板(1)的排气集管(1D 嫘纹连接，保温水箱(4)的另一出水口 (2F)通过保温回液管(2A)与微型泵(3)、软水器(2C)及太阳能蒸汽集热板(1)的回液集管(1C)串连螵纹连接，水箱(4)内满水工作。 当水箱高于蒸汽集热板1米以上高度时，可以省略微型泵(3)。图9是图8所示蒸汽热水装置的变型，区别在于水箱(4)与另一副水箱(5)复合成 双温储水器并保温，水箱(4)在副水箱(5)的下方，水箱(4)桶体上设对流管(4E)和(4F) 分别与副水箱(5)的高位和低位连通，水箱(4)内设置多孔管状蒸汽吸收器(2D)、三通开 水出水口 (2F)、及电加热器(4C)，并分别与保温输汽管(2B)、保温回液管(2A)及微型泵(3)、软水器(2C)连通，副水箱(5)有进水口 (5B)和平衡管(5A)及温水出水口 (5C)。 图10是图8所示真空太阳能蒸汽热水装置的另一变型，其区别在于水箱(4)与另一 副水箱(5)复合，水箱(4)位于副水箱(5)的内部，水箱(4)桶体上设对流管(4E)和(4F)连通副水箱(5)，水箱(4)内设置多孔管状蒸汽吸收器(2D)、三通开水出水口 (2F) 及电加热器(4C)，并分别与保温输汽管(2B)、保温回液管(2A)及微型泵(3)、软水器(2C) 连通，副水箱(5)有进水口 (5B)和平衡管(5A)及温水出水口 (5C)。图ll所示太阳能蒸汽空调装置，吸收式或喷射式空调机组(6)的发生器(6A)的加热 蒸汽进口通过保温输汽管(2B)与蒸汽集热板(1)上的排汽集管(1D)连通，发生器(6A) 的凝结水出口与水箱(4)连通，水箱(4)的出口通过保温回液管(2A)串联微型泵(3)后 与蒸汽集热板(1)上的回液集管(1C)连通，在保温输汽管(2B)和保温回液管(2A)之间 并联由阀门(7A)控制的辅助蒸汽炉(7)，水箱(4)有补水口 (4B)和排水口 (4D)。显然，上述具体实施方式
并不限制本发明基本思想的其他变型或组合方式，这些变型或 组合均在本发明包含的技术保护范围内。
权利要求
1.一种真空太阳能蒸汽集热管，一端封闭的透明外管(01)套装在同端也封闭的内管(02)外侧，其开口端相互熔合密闭并在两管间形成真空夹层(04)，内管(02)的外表面镀选择性太阳能吸收膜层(03)，其特征在于内管(02)的开口端有一端盖(05)与其密封连接，端盖(05)上有排气口(08)和进液管(09)及备用管(06)，内管(02)内腔设置芯管(11)，在芯管(11)和内管(02)之间形成环状介质液膜层(12)，一调节阀门(10)与进液管(09)串连，调节阀门(10)受介质液位传感器/或受内管(02)壁面温度传感器(14)的控制，自动调节进液管(09)的进液状态，保证介质液膜层(12)动态持续。
2. 根据权利要求l所述的真空太阳能蒸汽集热管，其特征在于芯管(11)是髙孔隙毛细 管。
3. 根据权利要求1所述的真空太阳能蒸汽集热管，其特征在于芯管(11)上下两端封闭 并抽成真空。
4. 根据权利要求1所述的真空太阳能蒸汽集热管，其特征在于调节阀门(10)是机械阀结构，与浮球(14)及传导杠杆(13)机械连接，并受浮球(14)的机械动作控制开闭 /或与内管(02)壁上的膨胀压力式感温器(14)及传导管(13)联接，并受内管(02) 壁面温度控制开闭。
5. 根据权利要求1所述的真空太阳能蒸汽集热管，其特征在于调节阀门(10)是电动阀 门结构，与磁控开关和磁性浮球组合(14)及传导线(13)电连接，并受浮球控制开闭 /或与贴于内管(02)壁上的温控开关(14)及传导线(13)电连接，并受内管(02) 壁面温度控制开闭。
6. —种真空太阳能蒸汽集热板，其特征在于由至少一支前述真空太阳能蒸汽集热管(Ol)、 框架(1A)、排气集管(1D)、回液集管(1C)、尾托(1G)、反射板(1B)及透光板(1E)组成，多支蒸汽集热管(01)并列布置，其封闭端用尾托(1G)分别固定在框架 (1A)上，排气口 (08)分别与排气集管(1D)上对应的连接管活连接，进液管(09) 分别与回液集管UC)上对应的细管活连接，排气集管(1D)与回液集管(1C)保温并装在框架(1A)内，其活接头伸到框架(1A)的外側，框架(1A)的背面装反射板(IB)、 正面装透光板(IE)，备用管(06)分别引到框架(1A)的外侧并活动塞堵密封。
7. 根据权利要求6所述的一种真空太阳能蒸汽集热板，其特征在于 一支真空太阳能蒸汽 集热管(01)的进液管(09)连接调节阀门(10)再与回液集管(1C)连接，其余蒸汽 集热管的进液管(09)与该真空太阳能蒸汽集热管(01)的进液管(09)并联，并且其 余蒸汽集热管的调节阀门省略而共用前述真空太阳能蒸汽集热管(01)的调节阀门(10)。
8. —种真空太阳能蒸汽热水装置，包括带有进水口 (4B)、出水口 (4D)、电加热器(4C) 及平衡管(4A)的保温水箱(4)，其特征在于还包括太阳能蒸汽集热板(1)、蒸汽 吸收器(2D)、保温输汽管(2B)、保温回液管(2A)及徼型泵(3),水箱(4)的液 面下装带通孔的蒸汽吸收器(2D)，其进汽口在水箱(4)的外侧，并通过保温输汽管(2B)串联一个单向阀(2E)后与蒸汽集热板(1)上的排汽集管(1D)密封活连接， 水箱(4)的另一个出水口 (2F)通过保温回液管(2A)串联一微型泵(3)和软水器(2C) 与蒸汽集热板(1)上的回液集管(1C)密封活连接。
9. 根据权利要求8所述的真空太阳能蒸汽热水装置，其特征在于水箱(4)关联另一副 水箱(5)复合成双温储水器，水箱(4)位于副水箱(5)的下方或其内部，水箱(4) 的上、下位置设有对流管(4E)和(4F)与副水箱(5)连通，水箱(4)内设置蒸汽吸 收器(2D)和三通出水口 (2F)，并分别与保温输汽管(2B)、保温回液管(2A)和微 型泵(3)连通，副水箱(5)设平衡管(5A)、进水口 (5B)及出水口 (5C)。
10. —种真空太阳能蒸汽空调装置，包括吸收式/或喷射式空调机组(6)、辅助蒸汽炉(7)， 其特征在于还包括太阳能蒸汽集热板(1)、保温输汽管(2B)、保温回液管(2A)、 微型泵(3)及水箱(4)，空调机组(6)的发生器(6A)加热蒸汽进口通过保温输汽 管(2B)与蒸汽集热板(1)上的排汽集管(1D)连通，发生器(6A)的凝结水出口与 水箱(4)连通，水箱(4)的出口通过保温回液管(2A)串联微型泵(3)后与蒸汽集 热板(1)上的回液集管(1C)连通，在保温输汽管(2B)和保温回液管(2A)之间并 联辅助蒸汽炉(7)，水箱(4)有补水口 (4B)和排水口 (4D)。
全文摘要
本发明公开了真空太阳能蒸汽集热管、其组成的蒸汽集热板及蒸汽热水空调装置。普通真空太阳能集热管的开口端设一密封端盖，其上设排汽口、进液管和备用管，内管内腔同心设置一芯管，在芯管与内管间形成液膜狭隙，进液管出口引入液膜狭隙，受管内液位或内管壁温控制的调节阀门串连在进液管上。多只上述集热管并列在背面衬反射板、正面装透光板的框架内，排汽口汇集到排气集管，进液管汇集于回液集管，排气集管与回液集管保温置框架内且接口外露，组成蒸汽集热板。蒸汽集热板的排气集管与回液集管通过输汽管、回液管与水箱底部的通孔蒸汽吸收器和出水口连接组成热水器。在上述输汽管上串连吸收式空调器，输汽管、回液管间并联蒸汽炉即构成热水空调器。
文档编号F24J2/05GK101226004SQ200610068468
公开日2008年7月23日 申请日期2006年8月29日 优先权日2006年8月29日
发明者喜春野 申请人:喜春野