模块化高温抗冻高效率自然循环太阳能锅炉的制作方法

本发明涉及一种模块化高温抗冻高效率自然循环太阳能锅炉，属于太阳能锅炉技术领域。

背景技术：

目前，国内太阳能热利用的产品很多，在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。就太阳能热水器而言，太阳能锅炉是太阳能热水器应用的一个分支。太阳能锅炉主要由太阳能集热器、锅炉体（储水箱）、循环管路等构成。太阳能锅炉的换热循环一般采用强制循环，集热器与储水箱之间都接有上下循环水管，利用泵实现循环。集热器的安装都是采用集热面与水平面呈倾斜角度的有角度安装，这样的安装方式使得集热器安装非常局限，采光面必须向南，才能使集热器吸收太阳能达到最大化，从而使得集热器安装对场地要求较高、占地面积较大，很难形成大规模的集热场；而且集热器安装采用与水平面呈倾斜角度的安装，会造成杂质、水垢、水锈等杂物沉积在集热管底部，或循环管路低处，随时间的推移，造成管路堵塞，集热性能下降。特别是在民用热水应用领域，当热水条件变差后，需清除杂质、水垢、管路堵塞，维修费用很大，维修过程中极易造成储水箱、集热器、集热管、循环管路的损坏、报废，及保温材料的浪费。现有的太阳能锅炉，循环管路较多、较长，保温材料使用也较多，成本高。高温运行时，管路长、热阻大，热量传送中热损失大；低温运行时，管路长，热损失也大。在寒冷地区使用，冬季管路易冻结、冻坏，造成故障或损坏，使系统不能正常运行。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种无动力自然循环、集热器的管腔内不结垢、无杂质残留、热效率高、抗冻性好、结构紧凑、占地合理，模块化组合、能够形成大规模的集热场的模块化高温抗冻高效率自然循环太阳能锅炉。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

本发明包括储水箱、太阳能集热器单元，其特征是：储水箱由一个或一个以上串联连接的储水箱单元构成，储水箱单元是以中心轴为对称的卧式柱状箱体；太阳能集热器单元为单管循环集热器单元，包括主集热管，主集热管仅在一端开有对接管口，另一端封闭；在主集热管两侧设有吸热板，或在主集热管两侧连接有一级支集热管，每支一级支集热管均为一端开口另一端封闭的盲管，每支一级支集热管的开口端均独立与主集热管联通，且所有一级支集热管的中轴线均与水平面平行；在每个储水箱单元的一侧或两侧分别连接有单个太阳能集热器单元，或沿储水箱单元箱体的轴线方向间隔的连接有太阳能集热器单元，所连接的太阳能集热器单元均为集热面与水平面平行的水平连接，直接与储水箱单元连接的太阳能集热器单元作为一级集热器单元。

所述储水箱单元为圆柱形、正棱柱形、长方柱形、椭圆柱形中的一种；

在所述储水箱单元的底部设有排污管口；

所述主集热管的横截面是圆形、椭圆形、多边形、四个角采用圆弧倒角的长方形中的一种；

在任一n级分支集热管的侧壁上连接有大于等于0个的相互独立的n+1级分支集热管，n是正整数；任一分支集热管均为仅一端开口、另一端封闭的盲管、开口端作为连接端，或为真空管集热器单元，所述真空管集热器单元是全玻璃真空管、玻璃－金属真空管或热管式真空管中的一种，其中的玻璃－金属真空管中的金属管为仅一端开口的盲管；任一n+1级分支集热管的连接端与其连接的n级分支集热管的管腔联通；包括主集热管和n级分支集热管在内的所有集热管的中轴线均位于同一平面内，或分别位于相互平行的平面内；

所述主集热管的封闭端采用法兰连接的堵头封闭；

在所述每个一级集热器单元的外部能够连接一个二级集热器单元，所述二级集热器单元为与一级集热器单元形状和结构相同的单管循环集热器单元，二级集热器单元的主集热管的对接管口与一级集热器单元的主集热管的封闭端联通，同理，在每个二级集热器单元的外部能够连接一个三级集热器单元，每个三级集热器单元的外部能够连接一个四级集热器单元，……，每个n级集热器单元的外部能够连接一个n+1级集热器单元，n为正整数；所述n+1级集热器单元为与n级集热器单元形状和结构相同的单管循环集热器单元，所有集热器单元的集热面均与水平面平行。

本发明的优点是：太阳能集热器单元与储水箱单元间连接管路短，结构紧凑，需要的保温材料少，且避免了因循环管路长而造成的热损；太阳能集热器采用单元拼接式结构，每个太阳能集热器单元或由n级集热器单元拼接的太阳能集热器单元组与储水箱单元独立连接，太阳能集热器单元可根据场地和需要灵活设置，能够形成大规模的集热场；同样的，储水箱可以由多个储水箱单元串联连接，形成大规模的锅炉体，提供大量的热水。所有太阳能集热器单元均水平安装，吸收太阳能无角度限制，太阳能利用率高；每个太阳能集热器单元或太阳能集热器单元组的主集热管与储水箱只有一个接口，主集热管的进水口和出水口为同一个口，同样，主集热管上连接的各支集热管与主集热管间也只有一个接口，支集热管的进水口和出水口为同一个口，而所有集热管均为水平布置，每个主集热管与储水箱单元之间形成水平运行的单管自然循环，每支支集热管与主集热管间也形成了水平运行的单管自然循环，水平运行的单管自然循环温差小、热阻小，可实现沸腾传热，有超强的传热速度和连续传热的动力性，有空泡形成和破灭机制，使得集热管腔体内壁不结垢、集热管中不易留存杂质，所以对水质要求不高，所有运行中的杂质、浮垢都会被水带到储水箱中并沉落于底部，储水箱的底部设有排污管口，可随时或定期排放；水平运行的单管自然循环，水的循环动力来自于外界温度差，水在管腔内自行有序的循环，无需额外增加动力，循环非常顺畅，不存在憋管现象，能够使储水箱中的水达到较高温度，并可用于生产蒸汽。

附图说明

图1是本发明的实施例1的结构示意图；

图2是本发明的实施例2的结构示意图；

图3是本发明的实施例3的结构示意图；

图4是本发明的实施例4的结构示意图；

图5是本发明的实施例5的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

参照附图1，本发明包括带保温层的储水箱、太阳能集热器单元、支撑架3，储水箱由储水箱单元1构成，储水箱单元为椭圆柱形卧式箱体，在储水箱单元的两端分别设有进水管口7、溢流管口6、排污管口8、第一出水管口9、第二出水管口10；太阳能集热器单元为单管循环集热器单元，包括主集热管4，主集热管仅在太阳能集热器单元的一端开有对接管口，另一端封闭；在储水箱单元的一侧连接有一级集热器单元2，一级集热器单元为集热面与水平面平行的水平连接。在太阳能集热器单元的主集热管两侧连接有一级支集热管5，每支一级支集热管均为一端开口另一端封闭的盲管，每支一级支集热管的开口端均独立与主集热管联通，且所有一级支集热管的中轴线均与水平面平行。

实施例2：

参照附图2，本发明包括带保温层的储水箱、太阳能集热器单元、支撑架3，储水箱由储水箱单元1构成，储水箱单元为椭圆柱形卧式箱体；太阳能集热器单元为单管循环集热器单元，包括主集热管4，主集热管仅在太阳能集热器单元的一端开有对接管口，另一端采用法兰连接的堵头封闭；在储水箱单元的一侧连接有一级集热器单元2，一级集热器单元为集热面与水平面平行的水平连接；将一级集热器单元的封闭端的堵头取掉，用法兰连接串联一个二级集热器单元11。

实施例3：

参照附图3，本发明包括带保温层的储水箱、太阳能集热器单元、支撑架3，储水箱由储水箱单元1构成，储水箱单元为圆柱形卧式箱体，太阳能集热器单元为单管循环集热器单元，包括主集热管4，主集热管仅在太阳能集热器单元的一端开有对接管口，另一端封闭；在储水箱单元的两侧分别连接有一级集热器单元2，一级集热器单元为集热面与水平面平行的水平连接。在太阳能集热器单元的主集热管两侧连接有一级支集热管5，在一级支集热管5上连接有二级支集热管6；每支一级支集热管均为一端开口另一端封闭的盲管，每支一级支集热管的开口端均独立与主集热管联通，且所有一级支集热管的中轴线均与水平面平行；每支二级支集热管均为一端开口另一端封闭的盲管，每支二级支集热管的开口端均独立与一级支集热管联通，且所有二级支集热管的中轴线均与水平面平行。

实施例4：

参照附图4，本发明包括带保温层的储水箱、太阳能集热器单元、支撑架3，储水箱由储水箱单元1构成，储水箱单元为圆柱形卧式箱体，太阳能集热器单元为单管循环集热器单元，包括主集热管4，主集热管仅在太阳能集热器单元的一端开有对接管口，另一端封闭，在主集热管两侧设有吸热板13；在储水箱单元的两侧分别连接有一级集热器单元2，一级集热器单元为集热面与水平面平行的水平连接。

实施例5：

参照附图5，本发明包括带保温层的储水箱、太阳能集热器单元、支撑架3，储水箱由储水箱单元1构成，储水箱单元为椭圆柱形卧式箱体，太阳能集热器单元为单管循环集热器单元，包括主集热管4，主集热管仅在太阳能集热器单元的一端开有对接管口，另一端封闭；在储水箱单元的两侧分别沿储水箱单元箱体的轴线方向间隔的连接有一级集热器单元2，所有一级集热器单元均为集热面与水平面平行的水平连接。