一种太阳能超长特大型液管无底真空管集热器的制造方法
【专利摘要】一种太阳能超长特大型液管无底真空管集热器，由无底真空集热管(1、2)、真空管连接器(3)、液管(4)、液管活接(5)、液管连接器(6)、吸热翼片(7)、下联集管(8)、上联集管(9)、智能防冻器(10)、保温层(11)、外罩(12)、支架(13)等组成，其特征是：无底真空集热管(1、2)通过真空管连接器(3)串联成超长真空集热管，液管(4)从超长真空集热管中心穿过，液管(4)两端经液管连接器(6)分别与下联集管(8)和上联集管(9)相接，吸热翼片(7)位于液管(4)与无底真空集热管(1、2)之间，智能防冻器(10)设置在联集管(8、9)上，保温层(11)位于联集管(8、9)与外罩(12)之间，串联后的集热器承压防冻不走水，长度3～50米，特制大于50米，单组集热器最大集热面积大于200平方米，特别适用于集热面积100～数万平方米太阳能集热系统和工程。
【专利说明】一种太阳能超长特大型液管无底真空管集热器
【技术领域】
[0001]本发明是太阳能集热领域用于大中型太阳能集热系统、集热工程的一种太阳能超长特大型液管无底真空管集热器，是在本人专利申请号为:201220516442.8的‘一种太阳能无底全玻真空集热管’和专利申请号为:201210414354.1的‘一种太阳能液管无底真空管集热器’的基础上研制的新型太阳能集热器。
【背景技术】
[0002]大中型太阳能集热系统、集热工程的特点是集热面积大，通常在100?数万平方米，主要用于集中集热供热供暖、各种锅炉预热节能、泳池加热、种植业、养殖业水温、室温调节、油井加热、原油加热、海水淡化、热水发电等众多领域，这些领域对热能需求量极大，涉及应用领域和应用范围极广，能否大范围推广应用的关键是要大幅度提高集热系统可靠性、方便性、使用寿命，大幅度降低设施成本和运行、维护费用，要让用户得到看得见算得出的实实在在利益。
[0003]从发电厂锅炉预热、泳池水加热、屋顶集中集热、山坡高地等安装现场环境看，都非常需要超长特大型太阳能集热器，以利于优化简化集热系统结构，提高集热效率、减少热能流失，提高防冻性能、增强可靠性、可维修性，提高使用寿命，大幅度降低成本，提高集热系统性价比。
[0004]目前太阳能集热系统和集热工程使用的集热器主要有真空管集热器和平板型集热器，无论是真空管型还是平极型集热器，除存在各自问题外，用于大中型集热系统、集热工程，还共同存在下述问题:
[0005]1.集热器集热面积太小，真空管集热器最长真空管只有2.3米，30支管径58管长
2.1米的皇明太阳能三高集热站，其集热面积只有5平方米左右，平板型集热器最大集热面积只有2平方米，组建一个较大集热系统使用集热器数量多。
[0006]2.防冻难，为解决集热器防冻问题付出降低集热效率，大幅度增加成本的高昂代价。
[0007]3.目前大量使用的全玻真空管集热系统，因真空管内走水，导致不防冻不存压，任何一支管破裂都使集热系统无法运行，每天都有30%左右的热水滞留在真空管内无法利用，使集热系统热效率降低30%左右，如果采用热管真空管和U型管真空管集热器，虽真空管内无水，防冻承压，但热效率降低，成本特高，性价比低，用户难承受。
[0008]4.对集热系统有影响的因素多，连接口、密封圈、连接管多，外部循环管长，保温难，热量流失多，存在火灾、漏电隐患。
[0009]5.采光面积利用率低。各集热器之间都必须留有足够空间便于安装维修，屋顶有限的采光面积利用率较低。
[0010]6.维修清洗难，平板型集热器无法分解，真空管集热器也难以全面分解，集热系统如果长期不清洗维护，热效率受水垢影响逐渐降低。
[0011]7.无论是平板型集热器，还是真空管型集热器，其结构特征决定了无法制成超长 特大型集热器。
【发明内容】
[0012]针对市场需求和现有各种太阳能集热器存在的问题，本发明解决方案是:
[0013]1.采用无底真空集热管，将多支无底真空集热管串联成3?50米范围内任意长度的超长真空集热管；
[0014]2.用热导率高的金属管做液管，通过串接达到与超长真空管相适应的长度；
[0015]3.超长液管从超长真空管中心穿过，成为超长真空集热管；
[0016]4.在真空管与液管之间设置吸热翼片，解决真空管内空气热导率低、影响传热问题。
[0017]5.将多支超长真空集热管通过上下联集管并联，组成超长特大型液管真空管集热器。
[0018]6.在联集管上设置智能防冻器，解决集热器防冻问题；
[0019]7.在联集管上设置温度传感器，为集热系统自动控制、显示和报警提供温度信号。
[0020]本发明有益效果是:
[0021]1.无底真空管不走水，集热温度高、保温性能好，不存在热水无法利用问题，集热效率高，适于四季集热，且生产工艺成熟，产品质量、使用寿命长有保证。
[0022]2.集热器超长特大，理论计算可正常集热的单管最大长度50米以上，由50支管径70毫米、长50米的超长特大型集热器，最大集热面积200平方米以上，如果采用特制管径100或100以上真空管，每组集热器最大集热面积大于600平方米，是现有集热器的百倍。
[0023]3.超长特大型集热器结构简单，集热器内可以对集热系统造成不利影响的因素仅相当于现有一只5平方米左右的真空管集热器，可靠性提高了十几倍。
[0024]4.超长特大型集热器中的真空管数量虽多，但与现有集热器明显不同的是:真空管破裂、损坏仅限于自身不集热，对集热系统运行无任何影响，少量真空集热管破裂可更换也可长期不更换。
[0025]5.由于无底真空管内无水，不存在急冷、急热和空晒炸管问题，真空管不易损坏。
[0026]6.集热管为圆形风阻极小，各连接点固定强度高，抗风灾雨雪能力强，不存在因风灾垮塌问题。
[0027]7.集热器安装角度范围:0?90度，水平、垂直安装都可正常集热，不同安装角度集热效率差异可通过增大集热面积弥补。
[0028]8.集热器上无真空管防水密封圈，防冻、承压，不存在密封圈老化影响使用寿命问题。
[0029]9.大规模集热工程，集热器排列整齐有序，现场几乎看不到外部循环管，外部形象好。
[0030]10.在联集管上设置的智能防冻器，用极其简单、方便、安全、廉价的方法可靠解决了集热器防冻这一重大难题。
[0031]11.可利用下联集管接口做排污、排空口，随时排空集热器中沉淀物和液体，为排污、维修和中止运行提供方便。
[0032]12.拆装维护方便，集热器各部分都按模块化、标准化设计，可象小孩搭积木一样组装与分解，安装工程费用低，便于长期使用后维护、清洗和更换部件或易地安装。
[0033]13.使用寿命长，长期热效率有保证。集热器可每隔I?2年将液管取下彻底清洗除垢，消除水垢对集热效率的影响。
[0034]14.不同长度的无底真空管可串联，集热器长度可在3米以上范围内根据安装场地条件和当地纬度选择，选择范围大，全国各地各种场合都适用。
[0035]15.成本低，与防冻型全玻热管、热管真空管、U型管真空管和平板型集热器相比，在性能同比更优的前提下，综合成本下降50%左右。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1:直通式无底真空集热管结构示意图。
[0037]图2:带防雨接口的无底真空集热管结构示意图。
[0038]图3:超长特大型液管无底真空管集热器结构示意图。
[0039]图4:超长特大型液管无底真空管集热器落地支架安装示意图。
[0040]图5:超长特大型液管无底真空管集热器人字屋面安装侧视图。
[0041]图6:超长特大型液管无底真空管集热器平面屋顶安装侧视图。
[0042]图7:超长特大型液管无底真空管集热器山坡高地安装示意图。
[0043]图8:超长特大型液管无底真空管集热器依托墙面安装示意图。
[0044]图9:超长特大型液管无底真空管集热器平顶屋面水平安装示意图。
[0045]图10:特制超长管液管无底真空管集热器落地支架安装外形示意图。
[0046]图中编号1.直通式无底真空集热管，2.带防雨接口的无底真空集热管，3.真空管连接器，4.液管，5.液管活接，6.液管连接器，7.吸热翼片，8.下联集管，9.上联集管，
10.智能防冻器，11.保温层，12.外罩，13.支架，14.超长特大型液管无底真空管集热器。
【具体实施方式】
[0047]本发明由无底真空集热管(1、2)、真空管连接器(3)、液管⑷、液管活接(5)、液管连接器(6)、吸热翼片(7)、下联集管(8)、上联集管(9)、智能防冻器(10)、保温层(11)、外罩(12)、支架(13)等组成，无底真空集热管(1、2)通过真空管连接器(3)串联成超长真空集热管，液管(4)从超长真空集热管中心穿过，液管(4)两端经液管连接器(6)分别与下联集管(8)和上联集管(9)相接，吸热翼片(7)位于液管(4)与无底真空集热管(1、2)之间，智能防冻器(10)设置在联集管(8、9)上，保温层(11)位于联集管(8、9)与外罩(12)之间，多支超长液管无底真空集热管通过上下联集管(8、9)并联和真空管连接器(3)固定在支架(13)上，组成超长特大型液管无底真空管集热器(14)，支架(13)是集热器现场安装定位架，其结构和材料随安装方法变化，包括利用屋顶等已有条件做支架(13)或支撑。
[0048]本发明最明显特征:
[0049]一是真空管无底；
[0050]二是超长真空集热管由多支无底真空集热管串联组成，不同长度的真空集热管可串联，不同接口的真空集热管可混合串联，真空集热管串联数量以满足集热器长度要求为限；
[0051]三是液管从超长真空集热管中心穿过，成为超长液管无底真空集热管，超长特大型液管无底真空管集热器(14)由多支超长液管无底真空集热管并联组成，并联数量以满足现场安装要求为限；
[0052]四是超长特大型液管无底真空管集热器(14)之间可并联。
[0053]本发明各部分用途、特点和要求分别介绍如下:
[0054]直通式无底真空集热管⑴和带防雨接口无底真空集热管⑵:
[0055]直通式无底真空集热管(I)和带防雨接口无底真空集热管(2)是在现有常用太阳能真空集热管的基础上、除去底部或在底部开孔形成的无底真空集热管，其生产工艺、材料和集热性能与现有全玻真空集热管相同，直通式无底真空集热管(I)与带防雨接口无底真空集热管(2)的差异仅在于连接口形状，在各种液管无底真空管集热器上，集热性能与真空集热管端口、接口形状无关，为满足端口生产工艺和热应力要求，真空集热管两端端口形状可根据生产工艺要求变化，两端端口内孔孔径可大可小，形状可变，同一集热器中，不同端口、接口形状的真空集热管既可分别使用，也可混合使用。
[0056]直通式无底真空集热管(I)和带防雨接口无底真空集热管(2)种类包括两部分:
[0057]—是按现有国内外全玻真空集热管工艺、材料生产的无底或底部开孔的各种规格的无底真空集热管；
[0058]二是按市场使用要求和设备生产能力自定标准、自定管径和管长生产的各种规格无底和底部有孔的真空集热管。
[0059]由于无底真空集热管(1、2)不存在与现有集热器上真空集热管互换问题，因而管径和管长可根据市场要求和性价比自定标准生产，定型后最终将企业标准经有关部门认可后上升为行业标准、国家标准。
[0060]超长特大型液管无底真空管集热器适用的真空管管径和管长范围大，管径大于等于47毫米的无底和底部有孔的真空集热管都适用，真空集热管串接后可正常集热的长度范围3米?50米，特制大于50米。
[0061]以目前可大批量生产的管径58毫米、串联后管长50米、仰角25度集热器为例，集热器高22米，宽45米，单管每米集热面积按0.075平方米计算，管长50米集热面积为
3.75平方米，按平均集热效率50%计算，太阳最大辐照度IOOOw/平方米时最大集热功率
1.875Kw,按每平方米集热面积每分钟循环水流量0.8L设置，液管水流量3L/分时进出口水温差9度，即可将每分钟流量3L的水加热9度。
[0062]以目前可大批量生产的管径70毫米、串联后长50米、仰角25度集热器为例，集热器高22米，宽45米，单管每米集热面积按0.091平方米计算，管长50米集热面积为4.55平方米，按平均集热效率50%计算，太阳最大辐照度IOOOw/平方米时最大集热功率2.27Kw,按每平方米集热面积每分钟循环水流量0.8L设置，液管水流量3.64L/分时进出口水温差9度，即可将每分钟流量3.64L的水加热9度。
[0063]当循环水流量不变时，出口水温随太阳辐照强度变化，如果根据出口水与进口水温差自动改变循环水流量，就可设置和控制出口水温度，确保由本发明组成的集热系统安全高效运行。
[0064]以上计算虽非精确计算，其结果仅为论证超长特大型液管无底真空管集热器循环集热的可行性，但从计算结果趋势可以看出，只要调节循环水流量，管径更大更长的集热器都可正常集热。[0065]真空管连接器(3):
[0066]真空管连接器(3)用于支撑、固定、保护无底真空集热管，在真空管连接器(3)内设有耐温、耐候、防震、防雨雪、防热量流失功能的密封圈，真空管连接器(3)结构、形状种类很多，凡具有上述功能的连接器，无论结构、外形如何变化，都可使用。
[0067]液管⑷:
[0068]液管(4)的作用是吸热、导热，将真空集热管(1、2)吸收的热量通过液管(4)中液体导入储热水箱。
[0069]考虑到超长真空集热管集热量大，对液管传热要求相对提高，因而通常选用铜管、铜铝复合管、铝管等热导率较高的金属管做液管(4)。
[0070]液管活接(5):
[0071]液管活接(5)用于液管串接，当单一液管长度不够时,可通过多支液管串接成超长液管(4)，串接方法有焊接法、卡接法和活接法，为便于拆装，通常采用活接法，液管活接
(5)种类很多，凡能可靠连接的活接都适用。
[0072]液管连接器(6):
[0073]液管连接器(6)是液管与上下联集管连接器的总称，用于液管(4)与联集管(8、9)之间的连接。
[0074]液管连接器(6)种类和方法很多，主要有带密封圈直插法、焊接法、压管钳挤压法，螺丝螺母挤压密封圈法、卡式固定法等，凡能实现液管与联集管可靠连接且不影响集热器性能的液管连接器和连接方法都可使用。
[0075]本发明因液管长，水位差大，集热功率大，通常采用承压式液管连接器(6)，可满足各种场合使用要求。
[0076]吸热翼片(7):
[0077]吸热翼片(7)目的是将真空管内热量快速传到液管上，以消除管内因空气热导率低造成的影响，通常采用铜质或铝质材料，安装在液管(4)与真空集热管(1、2)之间，用于吸热、储热、传热、均热，如果采用管径较大铜管、铝管做液管(4)，吸热翼片(7)可用也可不用，但用比不用好。
[0078]上下联集管(8、9):
[0079]上下联集管(8、9)结构相同，主要作用是连接各液管(4)，使各液管(4)与上下联集管内液体贯通，同时为集热器互相连接和液体进出提供接口。
[0080]上下联集管(8、9)输入输出接口大小随集热器集热面积变化，可带螺扣也可不带，可根据控制功能要求在联集管上任何位置增设接口。
[0081]在联集管上可设置温度传感器，测量进出口水温，为自动控制、水温实时显示、超温报警提供信号。
[0082]在联集管上可设置智能防冻器(10)，用于集热器防冻。
[0083]联集管(8、9)截面形状可以是圆形、半圆形、方形、长方形、或异形，各种截面形状的联集管(8、9)只要能与液管(4)可靠连接贯通都适用，联集管(8、9)截面积根据超长管管径、管长、集热面积、强度要求选择，在一定范围内可大可小。
[0084]上下联集管(8、9)水平弯曲不影响集热性能，适用于特殊场合。
[0085]上下联集管(8、9)可串联，长度不限，使单组集热器可容纳更多超长管。[0086]由于液管无底真空管集热器热能是通过液体自然循环或强制循环导出的，对联集管(8、9)本身热导率无任何要求，因而可用于制造联集管(8、9)的材料种类多，金属、耐高温非金属、耐高温塑胶都可做联集管(8、9)，可根据管径和串联后管长、应用场合、产品档次、使用寿命要求、加工条件、综合成本等因素选用制造联集管(8、9)的材料。
[0087]用防冻液做导热工质的间接系统，可使用非金属材料做联集管(8、9)，
[0088]用水做导热工质的直接系统，因需要在联集管上设置智能防冻器(10)，必须用不锈钢、铜、铜铝复合、铝等热导率高、耐腐蚀的金属材料制造。
[0089]制造联集管(8、9)的方法很多，机械加工、焊接、压制、铸造、注塑等各种方法都可制造。
[0090]智能防冻器(10):
[0091]智能防冻器(10)由温控开关和加热器组成，用于集热器加热防冻，加热器种类有多种，都可使用，但采用电热带缠绕在联集管(8、9)外，受保温层(11)和外罩(12)严密包裹、保护，使用既安全可靠，对联集管外部形象又无任何影响。温控开关紧贴金属联集管(8、9)，自动感知联集管(8、9)温度，控制加热器自动加热，依据热向上运动原理，经下联集管加热的液体热分子顺液管向上运动，冷分子向下运动，在液管内形成上下自然循环对流，只要加热下联集管(8)，就可达到集热器整体保温防冻的目的，因而上联集管(9)也可不设智能防冻器(10)。
[0092]在用防冻液做导热工质的集热器上，不安装智能防冻器(10)。
[0093]保温层(11):
[0094]保温层(11)作用是保温，通常采用的保温材料有:岩棉、矿棉、玻璃棉、聚氨脂发泡塑料等，凡具有高保温性能且耐高温、符合环保要求的保温材料都可使用。
[0095]外罩(12):
[0096]外罩(12)的作用是防雨雪、防尘、防紫外线照射，其造型和加工工艺对集热器整体形象有重要影响，不同场合使用的集热器可采用不同结构、不同形状的外罩(12)，使集热器与应用场合相融，外罩(12)可采用耐腐蚀、不易生锈金属材料制造，也可采用有一定强度和硬度的非金属耐候材料做外罩(12)。
[0097]支架(13):
[0098]支架(13)的作用是通过真空管连接器(3)，将真空管、上下联集管连成超长特大型液管无底真空管集热器(14)，并符合现场安装角度要求。由于集热管超长，支架(13)通常由金属、非金属和水泥搭建而成，可充分利用已有向阳的山坡、高地、墙壁、屋面搭建。
[0099]图1是本发明直通式无底真空集热管结构示意图，是众多不同接口的无底真空集热管实施例之一，图1
[0100]a与图1b—端接口略有差异，图2是本发明带防雨接口的无底真空集热管结构示意图。图3是本发明超长特大型液管无底真空管集热器结构示意图。图4?图9是本发明各种不同场合应用的部分实施例，图10是单管长度大于2.5米的特制超长管集热器，在生产工艺可及、性价比高的前提下，特制管越长越好。
[0101]本发明突出特点和优势，为利用山坡、高地、高架、楼房顶、墙壁等各种场合兴建超长特大规模太阳能集热系统创造了条件。
[0102]本发明导热工质有防冻液和水两种，集热方法有自然循环和强制循环两种。[0103]本发明配储水箱或水池、循环泵、热辅、测控、显示与保护系统，可成为各种承压式和非承压式、自然循环和强制循环型的太阳能热水系统，特别适用于集热面积上百?数万平方米的中型、大型、特大型太阳能集热工程。
【权利要求】
1.一种太阳能超长特大型液管无底真空管集热器，由无底真空集热管(1、2)、真空管连接器(3)、液管(4)、液管活接(5)、液管连接器(6)、吸热翼片(7)、下联集管(8)、上联集管(9)、智能防冻器(10)、保温层(11)、外罩(12)、支架(13)等组成，其特征是:无底真空集热管(1、2)通过真空管连接器(3)串联成超长真空集热管，液管(4)从超长真空集热管中心穿过，液管(4)两端经液管连接器(6)分别与下联集管(8)和上联集管(9)相接，吸热翼片(7)位于液管(4)与无底真空集热管(1、2)之间，智能防冻器(10)设置在联集管(8、9)上，保温层(11)位于联集管(8、9)与外罩(12)之间，多支超长液管无底真空集热管通过上下联集管(8、9)并联和真空管连接器(3)固定在支架(13)上，组成超长特大型液管无底真空管集热器(14)，支架(13)是集热器现场安装定位架，其结构和材料随安装方法变化，包括利用屋顶等已有条件做支架(13)或支撑。
2.根据权利要求1所述的无底真空集热管(1、2)，其特征是:无底真空集热管(1、2)种类包括:a.按现有国内外全玻真空集热管工艺、材料生产的无底或底部开孔的各种规格的无底真空集热管，b.自定标准、自定管径和管长生产的各种规格无底和底部有孔的真空集热管，无底真空集热管两端端口内孔孔径可大可小，形状可变。
3.根据权利要求1所述的液管(4)，其特征是:液管⑷可通过液管活接(5)串接，也可焊接和卡接。`
【文档编号】F24J2/46GK103727684SQ201210434881
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年11月5日 优先权日:2012年10月10日
【发明者】秦三根 申请人:秦三根