专利名称：一种太阳能真空管矩阵集热系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能真空管矩阵集热系统，属太阳能技术领域。
背景技术：
当今社会倡导可持续性发展，其中，能源问题是制约人类可持续发展的关键问题。 作为能量来源的一种，太阳能取之不尽、用之不竭，地球每年获得的太阳能辐照量是人类全 部能源消耗的数万倍，如果能够对这部分能量加以充分地转化和利用，将会为人类可持续 发展提供能源保障。虽然有大量的研发人员为太阳能的利用付出了很多创造性的劳动，但 是由于人类所能接收到的太阳能的能量密度低、品质低，所以对其进行大规模直接利用的 技术难度仍很大。目前比较成熟的太阳能应用技术主要有光电转化和光热转化两大类。其中，太阳 能光热转化技术包括聚焦集热和真空集热两大类。聚焦集热，包括塔式定日镜聚焦、槽式聚焦和碟式聚焦等技术方法，通过聚焦，提 高了太阳能的能量密度，可以获得高温高压蒸汽，提高了太阳能的品质。但由于技术复杂、 光热转化效率低、热能损失大、聚焦技术投资成本过高等原因，不具备大规模使用的条件， 仍处于科研研发阶段，鲜有应用实例。真空集热，主要是太阳能真空集热管技术，是人类利用太阳能资源的一个成功典 范，以真空集热管为核心的太阳能热水器可以在各种环境、气候条件下应用；目前太阳能真 空集热管具有一定的尺寸规格，鉴于技术和成本问题，太阳能真空集热管不可能做的很大， 现有太阳能真空集热管的尺寸有限，真空集热管的受热面积小，每只真空集热管能够获得 的热能十分有限，在阳光充沛的条件下，一只最大集热效率的常规市售的真空集热管每小 时也仅仅只能够获得50大卡的热能，如果每小时要获得1吨蒸汽，则需要2万只集热管同 时工作才可以实现；而现有供热技术中，根据供热需求的不同，大多数工业锅炉的蒸汽量 远远大于1吨，甚至达到数十吨、数百吨，如果要使用太阳能真空集热管获得如此巨大的热 能，则需要数量极为庞大的真空集热管同时工作，只有合理地将庞大数量的真空集热管进 行布局连接，才可以获得具有经济性的太阳能真空管集热系统。通常的太阳能真空集热管的连接方式包括并联方式和串联方式，对于上述特大规 模的真空集热系统来说，如果采用串联方式，那么串联方式系统整体的阻力等于各串联个 体即每个太阳能真空集热管的阻力之和，个体串联的同时阻力也实现了串联，考虑到成本 与效率等因素，系统的总阻力不可能无限增大，因此系统内太阳能真空集热管的串联数也 不可能无限增大；一般的说，由于真空集热管串联后阻力进行了叠加，所以如果将大量的真 空集热管串联那么将会影响到真空集热管串联系统内介质的流动速度，流动速度太慢容易 在吸热后太阳能真空集热管局部出现高温，这样会使得局部介质汽化，产生气阻，从而在介 质流动过程中在产生汽化的地方介质一旦流经就会被瞬间汽化，无法实现介质在真空集热 管内的顺利流通吸热，影响了吸热效率，所以采用串联方式只能串联十数支，至多不过数十 支真空集热管。[0007]对于并联方式而言，现有技术中，中国专利文件CN201355026Y公开了一种介质为 导热油的太阳能蒸汽发生器，所述蒸汽发生器包括由若干个介质为导热油的单元集热器并 联组成的太阳能集热器总成，在每个单元集热器中设置有并联连接的多个太阳能真空集热 管，从而在整体上形成了真空集热管并联形成管组，管组和管组再并联的真空集热排列组 合，上述并联连接方式较之串联连接方式而言，真空集热系统内部的阻力较小，但是其仍然 存在如下问题第一、由于即便规格相同的各个真空集热管的长度都不可能完全相同，而且各个 真空集热管在制造时其焊缝的焊接精度也是不完全相同的，所以导致各个真空集热管内部 的介质流动环境不同，从而表现为在整个真空集热系统中各个真空集热管内部的阻力均不 同，那么就无法实现全系统的阻力匹配。上述阻力不匹配的问题造成各管组之间介质的流 量不同，由于是并联关系，进入管组内部的各个真空集热管内部的介质流量就更加不同，从 而导致经真空集热管后的介质加热不均勻，有些真空集热管内介质流量低，则温度高，有些 真空集热管内介质流量高，则温度低，势必影响真空集热系统的整体效率，也就是说，并联 再并联的方法无法解决流量分配问题，相反地反而放大了流量的不均勻性。第二、采用上述组内并联、管组再并联的真空集热系统，该系统只具有一个进水管 和一个出水管，在所述真空集热系统内部的介质相当于只经过一个真空集热管进行加热， 用热品质很低。为了解决上述在太阳能真空集热系统中单纯使用多个太阳能真空管串联的 方式或者多个太阳能真空管并联的方式所存在的问题，现有技术中，中国专利文献 CN201255519Y就公开了一种将并联和串联方式同时引入的太阳能真空集热系统，该技术主 要涉及的是一种热水器集热栅中U形管的连接结构，该结构将若干一端开口的真空管上下 排列横向安装在集热栅中，每根真空管内对应设有一根U形管，若干U形管通过弯头在真空 管的开口端处串联形成具有一个进水口和一个出水口的集热管组，该技术先对太阳能真空 管进行串联、再对所述经串联后的真空管进行了并联设置，先对太阳能真空管进行串联，容 易由于串联个数较多而产生前述的气阻问题；此外，再对经串联后的真空管进行并联，由于 其没有限定进水主管和U形管的内径关系，所以容易导致并联数量较大时，距离进水主管 较远的太阳能真空管表现为其内部介质流动阻力大，流量急剧下降，也很容易产生气阻问 题。此外，该技术中所述的太阳能真空集热系统其在上述经并联后的真空管之间都是 采用同一根进水管和同一个出水管，这样对于每一组经串联后的真空管而言，都是冷水进 而热水出，然后热水进行集中输出。使用上述技术中的集热管连接方式，每一组经串联后 的真空管中排出的热水的温度只是在经过N个集热管后接收到的太阳能热量后获得的，这 样上述串联后的真空管再经并联后，最终获得的集中输出的热水的温度都是等于上述每一 组经串联后的真空管所获得的热水的温度。实际上，此时获得的热水的温度完全无法达到 100摄氏度，一般情况只能达到80摄氏度，无法将太阳能充分利用进行热能的转化，表现为 太阳能的热能利用率很低。从上述分析可知，目前对于特大规模的太阳能真空集热系统而言，并没有一个合 理的组合连接方式使经组合后的太阳能真空集热系统具有较大的太阳能利用效率和热能 转换效率，并获得高品质的热能。而实际上现有技术中也的确没有数万、数十万、数百万只真空集热管同时工作的真空集热系统。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中的太阳能真空管全串联或者全并 联，又或者组内串联后再并联的连接方式，均无法适用于特大规模的太阳能真空集热系统， 无法获得高品质的热能，也无法实现太阳能利用率的提高，进而提供一种可以获得较高温 度的介质、且对太阳能利用率高的太阳能真空集热装置。为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种太阳能真空管矩阵集热系统，包括 进水总管和出水总管；以及设置在所述进水总管和所述出水总管之间的W个并联连接的太阳能真空管 单元；其中，每个所述太阳能真空管单元由N个太阳能真空管管组串联组成，沿介质流 动方向，前一个太阳能真空管管组的出水主管和相邻的下一个太阳能真空管管组的进水主 管相连接；每个所述太阳能真空管管组具有一个进水主管和一个出水主管，在所述进水主管 和所述出水主管之间并联设置M个太阳能真空管，且所述M个太阳能真空管的进水端连接 在所述进水主管上，所述M个太阳能真空管的出水管连接在所述出水主管上；所述太阳能真空管矩阵集热系统的进水总管分别和所述每个太阳能真空管单元 中的沿介质流动方向的第一个太阳能真空管管组的进水主管连接，所述太阳能真空管集热 系统的出水总管分别和所述每个太阳能真空管单元中的沿介质流动方向的第N个太阳能 真空管管组的出水主管连接；其中，所述进水主管和出水主管的内径等于所述太阳能真空管U形金属导热管内 径的5 15倍，M小于或者等于200，所述N小于或者等于400，且N、M为不等于0的整数。所述M优选为80 150，N为150 300。所述M更优选为100，N为200。所述进水主管和所述出水主管的内径相同，所述进水总管和所述出水总管的内径 相同，所述进水主管和所述出水主管的内径小于所述进水总管和所述出水总管的内径。在每个太阳能真空管单元中，沿介质流动方向，在所述第一个太阳能真空管管组 的进水主管上连接设置有载热介质驱动泵。在每个太阳能真空管单元中，沿介质流动方向，在所述第N个太阳能真空管管组 的出水主管上连接设置有温度传感器，在所述载热介质驱动泵上设置有与所述温度传感 器相连接的驱动泵转速控制器，所述驱动泵转速控制器接收所述温度传感器发来的数据信 号，并将所述数据信号转换为数据信息，所述驱动泵转速控制器根据上述数据信息控制所 述载热介质驱动泵进行转速调节。在所述太阳能真空管矩阵集热系统的进水总管上设置载热介质驱动泵。在所述出水总管的出水口处连接设置有换热蒸发器，所述换热蒸发器的载热介质 入口端与所述出水主管相连，所述载热介质出口端与所述进水主管相连，构成集热闭路循 环；所述换热蒸发器的用热介质入口端与所述热用户的出口端相连，所述换热蒸发器的用 热介质出口端与所述热用户的入口端相连，构成用热闭路循环。[0027]所述热用户的出口端和所述换热蒸发器的用热介质入口端通过加压泵实现连接。所述载热介质为水介质或者有机介质。所述太阳能真空管包括玻璃外管和玻璃内管，所述玻璃内管嵌套设置于所述玻璃 外管内形成真空夹层，在所述玻璃内管内部还设置有U形金属导热管，所述U形金属导热管 的内径为玻璃内管内径的0. 1 0. 4倍。所述太阳能真空管中U形金属导热管的内径为玻璃内管内径的0. 1 0. 3倍。本实用新型具有如下所述的优点(1)本实用新型所述的太阳能真空管矩阵集热装置采用了组内并联、组外串联再 并联的连接方式实现了大规模太阳能真空管的连接，所述组内并联即是指将M个太阳能真 空管进行并联连接，上述M个太阳能真空管组内并联后形成一个太阳能真空管管组，所述N 个太阳能真空管管组再串联连接，实现管组外串联形成一个太阳能真空管单元，再将经串 联后的所述W个太阳能真空管单元进行进一步并联从而形成了整体的矩阵结构；相对于现 有技术而言，本申请通过设置一定数量的太阳能真空管并联形成所述太阳能真空管管组， 一定数量的太阳能真空管管组串联形成所述太阳能真空管单元，同时限定所述进水主管和 出水主管的内径等于所述太阳能真空管U形金属导热管内径的5 15倍，这保证了每组太 阳能真空管组内部U形金属导热管当量直径与主管直径的合理匹配，使每支U形金属导热 管内载热工质的流速不至于过慢或过快，限定了每支U形金属导热管都具有适当的沿程阻 力损失，既不会因单支U形管阻力过大，导致系统总阻力过大，也不会因单支U形管内流速 过慢，产生层流，影响传热效率，更重要的，具有适当的沿程阻力损失可忽略掉因U形管长 度、焊缝等因素造成的有差异的局部阻力损失，实现系统的阻力匹配。所述太阳能真空管矩阵集热系统在实现管组外串联时，相邻两个太阳能真空管管 组的连接方式沿所述介质流动方式是前一个太阳能真空管管组的出水主管和下一个太阳 能真空管管组的进水主管相连接，这样就保证了介质在各个太阳能真空管管组中被多次加 热，最终达到理想的温度；本申请通过管组串联形成单元后，单元再并联，由于在本申请所述太阳能真空管 矩阵集热系统形成太阳能真空管单元后已经解决了阻力不匹配的问题，所以通过上述太阳 能真空管单元并联，则可以使得系统获得更多的吸热面积，从而利用更大的吸热面积捕捉 太阳能热量；本实用新型设置所述太阳能真空管矩阵集热系统通过上述并、串、并的分段式设 置，有效地协调了系统内部的阻力，从而可以更好地提高载热介质的载热流动效率，提高了 太阳能真空管矩阵集热系统的集热和热转化效率。经检测证实，本实用新型所述的太阳能真空管矩阵集热系统经太阳能辐照吸热后 可以使得载热介质的温度升高到200摄氏度左右。(2)本实用新型所述的太阳能真空管矩阵集热系统设置所述进水主管和所述出水 主管的内径小于所述进水总管和所述出水总管的内径。上述设置保证了总管与主管间当量 直径的匹配，使载热工质从总管流至主管和从主管流至总管时流速不产生大幅度变化，也 保证了系统的阻力匹配。(3)本实用新型所述的太阳能真空管矩阵集热系统在每个太阳能真空管单元中， 沿介质流动方向，在所述第一个太阳能真空管管组的进水主管上连接设置载热介质驱动泵，通过所述载热介质驱动泵的设置可以在介质进入每一个太阳能真空管单元时，通过载 热介质驱动泵转速的调节更好地去调节进入太阳能真空管单元内的介质的驱动力；由于本实用新型设置的太阳能真空管矩阵集热系统可以通过换热获得高温蒸汽， 这些高温蒸汽可以给载热介质驱动泵提供动能，从而实现了载热介质经所述太阳能真空管 矩阵集热系统出水总管输出后，可以利用自身转化后获得的蒸汽驱动所述载热介质重新经 所述进水总管进入真空管集热装置中，再次进行加热，这样整体也节约了能耗。(4)本实用新型所述的太阳能真空管矩阵集热系统在每个太阳能真空管单元中， 沿介质流动方向，在所述第N个太阳能真空管管组的出水主管上连接设置有温度传感器， 在所述载热介质驱动泵上设置有与所述温度传感器相连接的驱动泵转速控制器，所述驱动 泵转速控制器接收所述温度传感器发来的数据信号，并将所述数据信号转换为数据信息， 所述驱动泵转速控制器根据上述数据信息控制所述载热介质驱动泵进行转速调节。在所述 第N个太阳能真空管管组的出水主管上设置温度传感器，通过采集出水主管内载热工质的 温度，动态调节驱动泵的转速，从而有指导性地实现了对所述每个太阳能真空管管组内各 个太阳能真空管内气阻的适应性调节，有效的降低生产的成本。(5)本实用新型所述的太阳能真空管矩阵集热系统设置所述太阳能真空管中U形 金属导热管的内径为玻璃内管内径的0. 1 0.4，这样保证了所述U形金属导热管具有适宜 的直径，从而进一步保证了所述太阳能真空管系统具有较小的热惯性和较高的热效率，缩 短系统的预热时间，从而可以在最短的时间内获得温度的快速升高，且适宜的直径也保证 了 U形金属导热管不会由于直径太小在载热介质流通的过程中产生影响介质顺畅流通的 气阻；从而缩短了系统的预热时间，可以在最短的时间内获得理想的温度。
为了使本实用新型的技术内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体 实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中图1是本实用新型所述太阳能真空管的纵向剖视图；图2是本实用新型所述太阳能真空管管组的侧部结构示意图；图3是本实用新型所述太阳能真空管管组的俯视图；图4是本实用新型所述太阳能真空管单元的结构示意图；图5是本实用新型所述设置有载热介质驱动泵的太阳能真空管矩阵集热系统的 结构示意图；图6是本实用新型所述设置有载热介质驱动泵、换热蒸发器/用户端的太阳能真 空管矩阵集热系统的结构图；图7是本实用新型所述设置有温度传感器、驱动泵转速控制器、载热介质驱动泵、 换热蒸发器的太阳能真空管矩阵集热系统的结构图。附图中各标号分别表示为太阳能真空管-1 ；玻璃外管-2 ；玻璃内管-3 ；U形金属 导热管-4 ；进水总管-5 ；出水总管-6 ；进水主管-7 ；出水主管-8 ；载热介质驱动泵-9 ；换热 蒸发器-10 ；加压泵-11，温度传感器-12，太阳能真空管管组-13。
具体实施方式
实施例1图5显示的是本实用新型所述太阳能真空管矩阵集热系统的主视图，从图中可以 看到所述太阳能真空管1呈矩阵式整齐排列，其中，所述太阳能真空管1的结构见图1所 示，其包括玻璃外管2、玻璃内管3以及设置在所述玻璃内管3内部的U形金属导热管4，所 述玻璃外管2和玻璃内管3套接设置；所述U形金属导热管4的开口 一端为介质进口，所述 开口另一端为介质出口。本实用新型所述太阳能真空管矩阵集热系统组内并联形成管组(结构参见图2和 图3)，管组之间再串联的结构图如图4所示，该图中示出的是上述连接结构的横向剖视结 构。所述太阳能真空管1矩阵集热系统包括两个用于介质流通的总管，其中一个总管为进 水总管5，另一个总管为出水总管6 ；在所述进水总管5和所述出水总管6之间设置有一个 太阳能真空管1单元，在该太阳能真空管1单元中设置有200个所述太阳能真空管1管组， 每个太阳能真空管管组13都具有一个进水主管7和一个出水主管8，200个太阳能真空管 管组13相串联连接，连接时第一个太阳能真空管管组13的进水主管7和所述进水总管5连 接，沿介质的流动方向，第200个太阳能真空管管组13的出水主管8和所述出水总管6连 接。此外，沿介质流动方向，所述第一个太阳能真空管管组13的出水主管8和与其相邻的 第二个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接，依次类推，所述第199个太阳能真空管 管组13的出水主管8和第200个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接。其中，在每个太阳能真空管管组13内，设置有并联连接的100个太阳能真空管1， 100个太阳能真空管1中每个太阳能真空管1内的U形金属导热管4的两端中位于同侧的 一端都分别连接在同一个进水主管7上，另一端都分别连接在同一个出水主管8上。在本实施例中，设置所述进水总管5和所述出水总管6的直径相同为50mm，所述进 水主管7和所述出水主管8的内径相同为45mm，所述玻璃外管2的外径为41mm，玻璃内管 3的内径为30mm，所述U形金属导热管的内径为3mm。在本实施例中选择所述介质为水介质。本实施例所述的太阳能真空管1矩阵集热系统在工作时，水介质经所述进水总管 5进入所述集热系统中，并通过所述串联连接的第一个太阳能真空管管组13的进水主管7 进入所述第一个太阳能真空管管组13内，在所述第一个太阳能真空管管组13内水介质分 别经过并联连接的100个太阳能真空管1的进水口，并经相对应的出水口排出，在上述过程 中，所述太阳能真空管1内部的U形金属导热管4吸收太阳能，介质在流经所述太阳能真空 管1的过程中，吸收太阳能而实现介质温度升高，升高温度后的水介质都汇集到所述第一 组太阳能真空管管组13的出水主管8处；出水主管8将加热后的水介质传输至与其连接的 第二组太阳能真空管管组13的进水主管7处，并再次重复前述步骤在100个太阳能真空管 1中进行进一步吸热升温，并将进一步升温后的水介质汇集到第二组太阳能真空管管组13 的出水主管8处；之后再将进一步升温后的水介质传输到所述第三个太阳能真空管1管组 的进水主管7处，同样重复上述步骤，再升温后将最后得到的载热介质经由第100个太阳能 真空管1的出水主管8输入至所述出水总管6上，经所述出水总管6输出，进行热利用。对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为170摄氏度。(测试 条件为天气晴，升温时间为2小时)[0059]实施例2在本实施例中同样在所述进水总管5和所述出水总管6之间设置一个太阳能真空 管1单元，在该太阳能真空管1单元中设置有300个所述太阳能真空管管组13，每个太阳能 真空管管组13都具有一个进水主管7和一个出水主管8，300个太阳能真空管管组13相串 联连接，连接时第一个太阳能真空管管组13的进水主管7和所述进水总管5连接，沿介质 的流动方向，第300个太阳能真空管管组13的出水主管8和所述出水总管6连接。此外， 沿介质流动方向，所述第一个太阳能真空管管组13的出水主管8和与其相邻的第二个太阳 能真空管管组13的进水主管7相连接，依次类推，所述第299个太阳能真空管管组13的出 水主管8和第300个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接。 其中，在每个太阳能真空管管组13内，设置有并联连接的80个太阳能真空管1，80 个太阳能真空管1中每个太阳能真空管1内的U形金属导热管4的两端中位于同侧的一端 都分别连接在同一个进水主管7上，另一端都分别连接在同一个出水主管8上。在本实施例中，设置所述进水总管5和所述出水总管6的直径相同为60mm，所述进 水主管7和所述出水主管8的内径相同为50mm，所述玻璃外管2的外径为51mm，玻璃内管 3的内径为40mm，所述U形金属导热管4的内径为10mm。在本实施例中选择所述介质为水介质。对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为174摄氏度。(测试 条件为天气晴，升温时间为1小时50分)实施例3在本实施例中同样在所述进水总管5和所述出水总管6之间设置一个太阳能真空 管1单元，在该太阳能真空管1单元中设置有150个所述太阳能真空管管组13，每个太阳能 真空管管组13都具有一个进水主管7和一个出水主管8，150个太阳能真空管管组13相串 联连接，连接时第一个太阳能真空管管组13的进水主管7和所述进水总管5连接，沿介质 的流动方向，第150个太阳能真空管管组13的出水主管8和所述出水总管6连接。此外， 沿介质流动方向，所述第一个太阳能真空管管组13的出水主管8和与其相邻的第二个太阳 能真空管管组13的进水主管7相连接，依次类推，所述第149个太阳能真空管管组13的出 水主管8和第150个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接。其中，在每个太阳能真空管管组13内，设置有并联连接的200个太阳能真空管1， 200个太阳能真空管1中每个太阳能真空管1内的U形金属导热管4的两端中位于同侧的 一端都分别连接在同一个进水主管7上，另一端都分别连接在同一个出水主管8上。在本实施例中，设置所述进水总管5和所述出水总管6的直径相同为60mm，所述进 水主管7和所述出水主管8的内径相同为50mm，所述玻璃外管2的外径为58mm，玻璃内管 3的内径为47mm，所述U形金属导热管4的内径为7mm。在本实施例中选择所述介质为油介质。对该实施例中获得的升温后的油介质进行测温，显示其温度为180摄氏度。(测试 条件为天气晴，升温时间为1小时38分)实施例4在本实施例中同样在所述进水总管5和所述出水总管6之间设置一个太阳能真空 管1单元，在该太阳能真空管1单元中设置有400个所述太阳能真空管管组13，每个太阳能真空管管组13都具有一个进水主管7和一个出水主管8，400个太阳能真空管管组13相串 联连接，连接时第一个太阳能真空管管组13的进水主管7和所述进水总管5连接，沿介质 的流动方向，第400个太阳能真空管管组13的出水主管8和所述出水总管6连接。此外， 沿介质流动方向，所述第一个太阳能真空管管组13的出水主管8和与其相邻的第二个太阳 能真空管管组13的进水主管7相连接，依次类推，所述第399个太阳能真空管管组13的出 水主管8和第400个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接。其中，在每个太阳能真空管管组13内，设置有并联连接的150个太阳能真空管1， 150个太阳能真空管1中每个太阳能真空管1内的U形金属导热管4的两端中位于同侧的 一端都分别连接在同一个进水主管7上，另一端都分别连接在同一个出水主管8上。在本实施例中，设置所述进水总管5和所述出水总管6的直径相同为60mm，所述进 水主管7和所述出水主管8的内径相同为50mm，所述玻璃外管2的外径为58mm，玻璃内管 3的内径为47mm，所述U形金属导热管4的内径为10mm。在本实施例中选择所述介质为水介质。对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为186摄氏度。(测试 条件为天气晴，升温时间为1小时44分)实施例5在本实施例中同样在所述进水总管5和所述出水总管6之间设置一个太阳能真空 管1单元，在该太阳能真空管1单元中设置有400个所述太阳能真空管管组13，每个太阳能 真空管管组13都具有一个进水主管7和一个出水主管8，400个太阳能真空管管组13相串 联连接，连接时第一个太阳能真空管管组13的进水主管7和所述进水总管5连接，沿介质 的流动方向，第400个太阳能真空管管组13的出水主管8和所述出水总管6连接。此外， 沿介质流动方向，所述第一个太阳能真空管管组13的出水主管8和与其相邻的第二个太阳 能真空管管组13的进水主管7相连接，依次类推，所述第399个太阳能真空管管组13的出 水主管8和第400个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接。其中，在每个太阳能真空管管组13内，设置有并联连接的150个太阳能真空管1， 150个太阳能真空管1中每个太阳能真空管1内的U形金属导热管4的两端中位于同侧的 一端都分别连接在同一个进水主管7上，另一端都分别连接在同一个出水主管8上。在本实施例中，设置所述进水总管5和所述出水总管6的直径相同为60mm，所述进 水主管7和所述出水主管8的内径相同为50mm，所述玻璃外管2的外径为58mm，玻璃内管 3的内径为47mm，所述U形金属导热管4的内径为6mm。 在本实施例中选择所述介质为水介质。对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为188摄氏度。(测试 条件为天气晴，升温时间为1小时30分)实施例6本实施例中所述的太阳能真空管1矩阵集热系统选择在上述实施例1中所述的太 阳能真空管1矩阵集热系统的进水总管5和出水总管6之间设置有两组并联单元。本实施例所述的太阳能真空管1矩阵集热系统在工作时，有机介质经所述进水总 管5进入所述集热系统中，并分别经第一个太阳能真空管1单元的串联连接的第一个太阳 能真空管1管组的进水主管7进入所述第一个太阳能真空管1单元内，经第二个太阳能真空管1单元的串联连接的第一个太阳能真空管管组13的进水主管7进入所述第一个太阳 能真空管1单元内；在每个所述太阳能真空管1单元内，水介质依次进入第一、第二直至第 200个太阳能真空管管组13内，在进入每一个太阳能真空管管组13后，水介质分别经过并 联连接的100个太阳能真空管1的进水口，并经相对应的出水口排出，在上述过程中，所述 太阳能真空管1内部的U形金属导热管4吸收太阳能，介质在流经所述太阳能真空管1的 过程中，吸收太阳能而实现介质温度升高，升高温度后的水介质都汇集到每个所述太阳能 真空管管组13的出水主管8处；出水主管8将加热后的水介质传输至与其连接的第二组太 阳能真空管管组13的进水主管7处，并再次重复前述步骤在100个太阳能真空管1中进行 进一步吸热升温，并将进一步升温后的水介质汇集到第二组太阳能真空管管组13的出水 主管8处；之后再将进一步升温后的水介质传输到所述第三个太阳能真空管管组13的进水 主管7处，同样重复上述步骤，在升温后将最后得到的载热介质经由第100个太阳能真空管 1的出水主管8输入至所述出水总管6上，经所述出水总管6输出，进行热利用。对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为170摄氏度。(测试 条件为天气晴，升温时间为2小时8分)实施例7本实施例中所述的太阳能真空管1矩阵集热系统选择在上述实施例2中所述的太 阳能真空管1矩阵集热系统的进水总管5和出水总管6之间设置有三组并联单元。对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为175摄氏度。(测试 条件为天气晴，升温时间为1小时58分)实施例8本实施例中所述的太阳能真空管1矩阵集热系统选择在上述实施例3中所述的太 阳能真空管1矩阵集热系统的进水总管5和出水总管6之间设置有10组并联单元。对该实施例中获得的升温后的油介质进行测温，显示其温度为180摄氏度。(测试 条件为天气晴，升温时间为1小时38分)实施例9本实施例中所述的太阳能真空管1矩阵集热系统选择在上述实施例4中所述的太 阳能真空管1矩阵集热系统的进水总管5和出水总管6之间设置有30组并联单元。对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为184摄氏度。(测试 条件为天气晴，升温时间为1小时44分)实施例10本实施例中所述的太阳能真空管1矩阵集热系统选择在上述实施例5中所述的太 阳能真空管1矩阵集热系统的进水总管5和出水总管6之间设置有100组并联单元。对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为186摄氏度。(测试 条件为天气晴，升温时间为1小时30分)实施例11本实施例所述的太阳能真空管1矩阵集热系统均可以在实施例1 10的基础上， 在所述每个太阳能真空管1单元中沿介质流动方向，在所述第一个太阳能真空管管组13的 进水主管7上连接设置载热介质驱动泵9。以实施例9作为对比例，设置上述载热介质驱动泵9后，在相同的光强和相同的关照时间条件下，升温后的水介质温度为200摄氏度，升高了 30摄氏度。实施例12本实施例所述的太阳能真空管1矩阵集热系统均可以在实施例1 10的基础上， 在进水总管5上连接设置载热介质驱动泵9。以实施例9作为对比例，设置上述载热介质驱动泵9后，在相同的光强和相同的关 照时间条件下，升温后的水介质温度为192摄氏度，升高了观摄氏度。实施例13本实施例中，在实施例11 (同样以实施例9为对比例)所述太阳能真空管1矩阵 集热系统中还在每个所述太阳能真空管1单元中，沿介质流动方向，在第400个太阳能真空 管管组13的出水主管8上连接设置温度传感器12，见图7所示，在所述载热介质驱动泵9 上设置与所述温度传感器12相连接的驱动泵转速控制器(图中未示出)，所述驱动泵转速 控制器接收所述温度传感器12发来的数据信号，并将所述数据信号转换为数据信息，所述 驱动泵转速控制器根据上述数据信息控制所述载热介质驱动泵9进行转速调节。通过上述调节后，以实施例9作为对比例，设置上述载热介质驱动泵9后，在相同 的光强和相同的关照时间条件下，升温后的水介质温度为202摄氏度，升高了 32摄氏度。实施例14本实施例在实施例11的基础上，还在所述出水总管6的出水口连接设置有换热蒸 发器10，所述换热蒸发器10的载热介质入口端与所述出水主管相连，所述载热介质出口端 与所述进水主管相连，构成集热闭路循环；所述换热蒸发器10的用热介质入口端与所述热 用户的出口端相连，所述换热蒸发器的用热介质出口端与所述热用户的入口端相连，构成 用热闭路循环，见图6所示。作为可以变换的优选实施方式，可通过加压泵11实现所述热用户的出口端和所 述换热蒸发器10的用热介质入口端的连接。所述载热介质为水介质。本实施例所述的太阳能真空管1矩阵集热系统在工作时，载热水介质输出后，流 入所述换热蒸发器10内，并经所述换热蒸发器10对用户循环系统进行供热，经充分供热 后，用户端的换热介质可以获得180摄氏度的温度，而且获得了 lOkgf/cm2的蒸汽，且蒸汽 的温度也高达180摄氏度。经用户端使用后换热介质的温度骤降，之后换热介质将经由所 述加压泵11被再次加压循环至所述换热蒸发器10内进行加热步骤。同样地，在所述太阳能真空管1矩阵集热系统中输出的载热介质经所述换热蒸发器 10后将热量交换给用户端的换热介质，之后温度降低后经由所述载热介质驱动泵9将所述降 温后的载热介质输送到原太阳能真空管1矩阵集热系统的循环系统中进行再次吸热升温。本实用新型所述的太阳能真空管矩阵集热系统中，介质压力是需要根据进水总管 和进水主管内径的大小进行适应性调整。此外，本实用新型中所述的进水总管、出水总管、进水主管和出水主管，并不是指 介质只是水，所述介质也可以其其他任何可以适用于太阳能真空集热系统的液体。虽然本实用新型已经通过具体实施方式
对其进行了详细阐述，但是，本专业普通 技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变 化，诸如N、M、W的任一选择设置均属于本实用新型所要保护的范围。
权利要求1.一种太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于，包括进水总管和出水总管；以及设置在所述进水总管和所述出水总管之间的W个并联连接的太阳能真空管单元；其中，每个所述太阳能真空管单元由N个太阳能真空管管组串联组成，沿介质流动方向，前一个太阳能真空管管组的出水主管和相邻的下一个太阳能真空管管组的进水主管相 连接；每个所述太阳能真空管管组具有一个进水主管和一个出水主管，在所述进水主管和所 述出水主管之间并联设置M个太阳能真空管，且所述M个太阳能真空管的进水端连接在所 述进水主管上，所述M个太阳能真空管的出水管连接在所述出水主管上；所述太阳能真空管矩阵集热系统的进水总管分别和每个所述太阳能真空管单元中的 沿介质流动方向的第一个太阳能真空管管组的进水主管连接，所述太阳能真空管集热系统 的出水总管分别和每个所述太阳能真空管单元中的沿介质流动方向的第N个太阳能真空 管管组的出水主管连接；其中，所述进水主管和出水主管的内径等于所述太阳能真空管U形金属导热管内径的 5 15倍，M小于或者等于200，所述N小于或者等于400，且N、M、W为不等于0的整数。
2.根据权利要求1所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于所述M为80 150，N 为 150 300。
3.根据权利要求2所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于所述M为100，N 为 200。
4.根据权利要求1或2或3所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于所述进 水主管和所述出水主管的内径相同，所述进水总管和所述出水总管的内径相同。
5.根据权利要求4所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于所述进水主管和 所述出水主管的内径小于所述进水总管和所述出水总管的内径。
6.根据权利要求5所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于在每个太阳能真 空管单元中，沿介质流动方向，在所述第一个太阳能真空管管组的进水主管上连接设置有 载热介质驱动泵。
7.根据权利要求6所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于在每个太阳能真 空管单元中，沿介质流动方向，在所述第N个太阳能真空管管组的出水主管上连接设置有 温度传感器，在所述载热介质驱动泵上设置有与所述温度传感器相连接的驱动泵转速控制 器，所述驱动泵转速控制器接收所述温度传感器发来的数据信号，并将所述数据信号转换 为数据信息，所述驱动泵转速控制器根据上述数据信息控制所述载热介质驱动泵进行转速 调节。
8.根据权利要求6所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于在所述太阳能真 空管矩阵集热系统的进水总管上设置载热介质驱动泵。
9.根据权利要求1或2或3或5或6或7或8所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其 特征在于在所述出水总管的出水口处连接设置有换热蒸发器，所述换热蒸发器的载热介 质入口端与所述出水主管相连，所述载热介质出口端与所述进水主管相连，构成集热闭路 循环；所述换热蒸发器的用热介质入口端与所述热用户的出口端相连，所述换热蒸发器的 用热介质出口端与所述热用户的入口端相连，构成用热闭路循环。
10.根据权利要求9所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于所述热用户的出口端和所述换热蒸发器的用热介质入口端通过加压泵实现连接。
11.根据权利要求1或2或3或5或6或7或8或10所述的太阳能真空管矩阵集热系 统，其特征在于所述太阳能真空管包括玻璃外管和玻璃内管，所述玻璃内管嵌套设置于所 述玻璃外管内形成真空夹层，在所述玻璃内管内部还设置有U形金属导热管，所述U形金属 导热管的内径为玻璃内管内径的0. 1 0.4倍。
12.根据权利要求11所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于所述太阳能真 空管中U形金属导热管的内径为玻璃内管内径的0. 1 0. 3倍。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能真空管矩阵集热系统，包括用于介质流通的进水总管和出水总管；W个并联连接的太阳能真空管单元，所述每个太阳能真空管单元分别设置在所述进水总管和所述出水总管之间，包括N个串联连接的太阳能真空管组，介质输送泵，以及温度传感器；所述每个太阳能真空管组内设置有M个内部U形金属管并联连接的太阳能真空管，并通过进水主管与出水主管与相邻的太阳能真空管组相连接。采用本实用新型所述的太阳能真空管矩阵集热系统可廉价高效的获取热能，适用于工业生产，城市供热，热力发电等领域。
文档编号F24J2/05GK201852307SQ201020555858
公开日2011年6月1日 申请日期2010年10月11日 优先权日2010年10月11日
发明者卓卫民, 卓宇轩, 左丽, 张亮, 熊一峰, 袁儒正, 高科, 魏稳 申请人:卓卫民