专利名称：一种组合式闭合水循环回路太阳能集热器的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能利用技术领域，特别涉及组合式闭合水循环回路太阳能集热器。
技术背景太阳能集热器是利用来自太阳的能量来加热集热器内的热水的一种装置。传统的太阳能 集热器由真空集热管、水箱、进出水管、支架等部件组成，其能量的吸收和储存是由不同的 部件来承担，其中真空集热管的作用是吸收太阳能量，而水箱的作用是储存被加热的水。真 空集热管通常是一端开口， 一端封闭的双层玻璃真空管，其中开口端插入水箱，将真空集热 管的内管空间与水箱的空间连接在一起，真空集热管内的水被加热后，通过插入水箱的开口 端进入水箱，同样，水箱内的水通过集热管的开口端进入集热管。传统的太阳能集热器采用水箱来储存被加热的热水，水箱所使用的材料要具有防腐蚀性 能，水箱筒体以及水箱和两端封头之间要焊接，为减少热损失水箱外要有保温层，保温层外 还设有外罩，而水箱、保温层和外罩的相应位置要开有集热管插入孔，因此其制造工艺复杂， 材料成本高，体积庞大，制造费用高，而水箱本身并没有吸收太阳能的能力，却占据了很大 的空间，使得太阳能集热器的安装位置受到一定的限制，这给太阳能集热器的广泛使用带来 了一定困难，比如对高层住宅楼内较低楼层的住户而言，传统太阳能集热器的安装位置将成 为一个难以解决的问题，随着城市高层建筑越来越多，这一问题会越来越突出。外墙壁挂式 太阳能集热器是一个解决办法，但是它只是把水箱从室外移到了室内，依旧无法摆脱水箱体 积大、成本高所带来的问题，特别是水箱安装在室内占用了室内空间，影响了室内装饰的美 观。传统的太阳能集热器所用真空集热管是单端开口，管内被太阳能加热的热水和来自水箱 的冷水处于同一个管内空间，冷、热水不可避免地要产生混合，降低了水的循环动力和流动 速度，不利于热量的传递；且真空集热管位于水箱下部，在使用热水的过程中，真空集热管 内的热水无法得到有效的利用，形成无效水容积，该无效水容积占太阳能集热器总的水容积 的四分之一到五分之一。虽然可以通过二次加水利用热水和冷水的密度差将这部分热水置换 出来，但是这样做却带来了操作上的不方便，更重要的是新进入的冷水不可避免地要和真空 集热管内的热水产生混合，降低了可利用热水的温度。传统的太阳能集热器上的真空集热管是通过水箱上的开孔直接插入水箱，由于水箱制造和装配工艺的需要，水箱上的孔和孔之间必须保持一定的距离，所以造成了真空集热管之间 存在比较大的间隙，照射到集热器采光面上的部分太阳能会通过这些间隙而损失掉；同时由 于真空集热管为双层结构，其内外壁之间要有一定的空隙，而外壁为透明材料，部分太阳能 还会穿过透明的外壁从该空隙损失掉，又由于传统的太阳能集热器的真空集热管是单排布置， 所以在由真空集热管组成的采光面上总会有相当一部分的太阳能通过这些间隙而损失掉，其 单位采光面积上的有效采光面积较低。发明内容本发明的目的是利用两端开口的真空集热管紧密排列布置，采用多排或单排真空集热管 构成闭合的水循环回路，使得真空集热管集热量的吸收和储存功能于一身，取消了传统的太 阳能热水器所必需的水箱，提高了集热器的有效釆光面积和利用太阳能的能力。本发明采用的技术方案是太阳能集热器由真空集热管紧密排列组成，真空集热管为两 端开口的双层结构，真空集热管内管和真空集热管外管之间密闭且保持真空状态，真空集热 管两端开口处采用管封头和密封圈密封，各真空集热管之间通过安装在管封头上的连接管连 接；真空集热管内管和真空集热管外管的形状可以是圆形，也可以是椭圆形；真空集热管的 管排数可以是三排，也可以是双排或单排；集热器设有通气管，通气管位于水循环回路中远 离进出水口的一端，且通气管的位置为水循环回路中的最高点，通气管的出口连接有膨胀水 箱；在集热器进出水口的另一端还可以加装出水阀和出水管。在太阳能集热器内各真空集热 管之间通过管封头和连接管连接组合在一起，形成闭合的水循环回路；对多排布置方式，位 于前排的真空集热管内的水被来自太阳的能量加热后，从顶部流出，经连接管进入位于后排 的真空集热管的顶部，水在该管内向下流动，经过底部连接管流入到位于前排的另一根真空 集热管的底部，然后在该真空集热管内被继续加热，这样，水流依次通过位于前、后排的各 真空集热管，在太阳能加热的作用下，管内的水在由真空集热管形成的闭合回路内形成自然 循环，从而实现利用太阳能将冷水加热的目的。前排真空集热管的主要功能是吸收来自太阳的能量，后排真空集热管主要起下降管的作 用；当管子为三排布置方式时，第一、二排管子既承担着吸收太阳能的功能，也承担着储存 太阳能热量的功能，而第三排管子则只承担储存太阳能热量的功能。在集热器内热量的吸收 和储存是由真空集热管承担，利用真空集热管代替了水箱，集热器支架结构简单，做为紧凑 的板式结构安装在建筑物外墙或屋顶时，有利于建筑物的保温，实现建筑物节能的目的。在本发明所述的组合式闭合水循环回路太阳能集热器中，增加真空集热管的数量就可以 达到提高集热器水容量的目的，从而使得太阳能集热器的设计、制造、安装和改造变得更加简单和灵活。在使用热水的过程中，所有真空集热管内的热水均可以放出，可显著提高太阳 能集热器内的有效水容积。真空集热管为两端开口的结构，与传统的单端开口真空集热管相比，两端开口真空集热 管的清洗更加容易，这为长期保持真空集热管的洁净、高效提供了保障。真空集热管两端采用支撑孔板或隔板支撑，不存在由于水箱制造和装配工艺限制所造成 的较大的管间隙，真空集热管之间只要留有很小的膨胀间隙，满足真空集热管横向热膨胀的 要求即可，该膨胀间隙可小于0.5厘米，所以在相同的集热器采光面积内，本发明所述集热 器可以布置更多的真空集热管；当真空集热管采用多排布置时，投射到集热器采光面上的太 阳能可以全部照射在前后排真空集热管上，使得集热器单位采光面积上的有效采光面积达到 最大，提高了集热器吸收太阳能的能力；同时集热器无水箱占用面积，体积小。在本发明所述的组合式闭合水循环回路太阳能集热器中，水的上升和下降处于不同的真 空集热管内，所以水的循环动力大，流动速度高，有利于传热。对串联布置方式，由于水是 依次流过各真空集热管，被加热的水处于系统的出口端，而较冷的水位于入口端，系统两端 存在着一定的温差，对于热水端而言，其温升较快，且可以获得更高的温度，避免了传统的 太阳能集热器水箱内由于已经加热的水和冷水的混合造成的水升温慢的缺点，特别适合于连 续出热水的应用场合。本发明的有益效果是利用真空集热管代替了水箱，使得真空集热管集热量的吸收和储 存功能于一身，减小了体积，降低了制造成本；多排布置的真空集热管使得集热器单位采光 面积上的有效采光面积达到了最大，提高了吸收太阳能的能力；热水的利用率高；回路布置 方式灵活，水的升温更快；紧凑的板式结构使得集热器的安装更加灵活。
图1为真空集热管三排布置的组合式闭合水循环回路太阳能集热器的示意图。 图2为真空集热管双排串联布置的组合式闭合水循环回路太阳能集热器的示意图。 图3为真空集热管双排并联布置的组合式闭合水循环回路太阳能集热器的示意图。 图4为真空集热管三排布置的组合式闭合水循环回路太阳能集热器的俯视示意图。 图5为两端开口的真空集热管的结构示意图。图中1、进出水管，2、进出水阀，3、真空集热管，4、管封头，5、连接管，6、通气 管，7、膨胀水箱，8、循环阀，9、出水阀，10、出水管，11、支撑孔板，12、真空集热管内 管，13、真空集热管外管，14、密封圈具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述在图l所示实施例中，冷水由进出水管l，经过进出水阀2进入太阳能集热器，集热器满 水后，关闭进出水阀；前排真空集热管3内的水受太阳光的照射被加热后，沿管子上升，经 过管子上部的管封头4和连接管5进入后排真空集热管，然后沿该真空集热管下降，经过位 于该管底部的管封头和连接管进入前排另一根真空集热管的下部，在该真空集热管内受太阳 光的照射被继续加热，并沿管子上升，水在集热器内不断的重复该过程，直到到达最后一根 真空集热管，图中箭头所示为集热器在太阳能加热的情况下，水在真空集热管内的流动方向， 对本实施例所示的管子三排布置方式，前排最后一根真空集热管通过连接管与第三排管子连 接，这样水就被引导进入到第三排管子，最后，第三排管子通过连接管在集热器的进水端与 前排的真空集热管连接，第三排管子内的水经过连接管再次进入前排的管子，被再次加热， 形成一个完整的闭合水循环回路；水在循环回路中不断地被照射在真空集热管上的太阳能加 热，经过多次循环，实现利用太阳能加热水的目的；当需要热水时，打开进出水阀2，热水 经进出水阀和进出水管放出；通气管6安排在位于水循环回路中远离进出水口的一端，且通 气管的位置为水循环回路中的最高点，其作用是排放集热器中存在或产生的气体，以及在放 水的过程中引入空气，避免在集热器的水循环回路中产生真空；通气管的出口连接有膨胀水 箱7，当集热器内的水受热体积膨胀时，膨胀出的水可以经通气管进入膨胀水箱。图2所示为真空集热管双排串联布置的具体实施例，与图1实施例所不同的是在该实 施例中，真空集热管为双排布置；对非连续出水布置方式，水在集热器内被太阳能加热后， 经最后一根真空集热管通过连接管和循环阀8再次进入前排第一根真空集热管，形成一个完 整的闭合水循环回路。该实施例还给出了另外一种布置方式一连续出水方式，在该方式中通 过在系统中加装单独的出水阀9和出水管10，使得冷水进水管道和热水出水管道分开，对需 要连续出热水的场合，关闭循环阔8，打开出水阀9，进入集热器的冷水在集热器内被太阳能 加热后通过出水阀9和出水管IO连续排出，实现连续出热水的目的。进出水阀、循环阀和出 水阀均采用电磁阀。图3所示为真空集热管双排并联布置的具体实施例，与图2实施例所不同的是在该实 施例中，真空集热管为并联布置，前后排相邻的两根真空集热管组成一个独立的水循环回路， 各水循环回路通过连接管并联连接。真空集热管既可以是三排布置，如图1所示，或双排布置，图2和图3所示，也可以是 单排布置；真空集热管可以是串联连接，如图1和图2所示，也可以是并联连接，如图3所 示；各管子和管排经过连接后，形成闭合的水循环回路，所形成的水循环回路的个数可以是一个，如图1和图2所示，也可以是多个，如图3所示。图4所示为真空集热管三排布置的组合式闭合水循环回路太阳能集热器的俯视示意图， 这是本发明太阳能集热器中真空集热管排列的一种具体实施例，前后排管子为错列布置，这 样的布置可以使得集热器更紧凑，真空集热管的排列方式也可以采用顺列布置；管子两端采 用支撑孔板ll进行支撑，也可以采用隔板支撑。图5所示为真空集热管的结构示意图，真空集热管3为双层结构，真空集热管外管13透 明，太阳光可以透过真空集热管外管照射到真空集热管内管12，真空集热管内管镀膜以增加 对太阳能的吸收；真空集热管内管和真空集热管外管之间为真空状态，以减少散热损失；真 空集热管的两端开口，在两端开口处采用管封头4和密封圈14密封，各真空集热管之间通过 安装在管封头上的连接管5连接，通过不同的连接组合，形成各种不同的水循环回路。
权利要求
1.一种组合式闭合水循环回路太阳能集热器，其特征是太阳能集热器由真空集热管紧密排列组成，真空集热管为两端开口的双层结构，真空集热管内管和真空集热管外管之间密闭且保持真空状态，真空集热管两端开口处采用管封头和密封圈密封，各真空集热管之间通过安装在管封头上的连接管连接。
2. 根据权利要求l所述的组合式闭合水循环回路太阳能集热器，其特征在于真空集热管内 管和真空集热管外管的形状可以是圆形，也可以是椭圆形。
3. 根据权利要求l所述的组合式闭合水循环回路太阳能集热器，其特征在于真空集热管的 管排数可以是三排，也可以是双排或单排。
4. 根据权利要求l所述的组合式闭合水循环回路太阳能集热器，其特征在于集热器设有通 气管，通气管位于水循环回路中远离进出水口的一端，且通气管的位置为水循环回路中的最 高点，通气管的出口连接有膨胀水箱。
5. 根据权利要求l所述的组合式闭合水循环回路太阳能集热器，其特征在于在集热器进出 水口的另一端还可以加装出水阀和出水管。
全文摘要
一种组合式闭合水循环回路太阳能集热器，采用两端开口的真空集热管紧密排列布置，各真空集热管之间通过管封头和连接管连接组合，使得整个系统形成闭合的水循环回路，在太阳能的加热作用下，水在循环回路内进行自然循环。本发明利用多排真空集热管代替水箱，使得真空集热管集热量的吸收和储存功能于一身，减小了集热器的体积，降低了制造成本。多排布置结构使得集热器单位采光面积上的有效采光面积达到了最大，提高了吸收太阳能的能力。
文档编号F24J2/05GK101261042SQ20081001474
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月13日 优先权日2008年3月13日
发明者孙庆国, 涛 栾 申请人:涛 栾