专利名称：一种全玻璃真空管太阳开水器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于真空管集热器技术及太阳能应用领域，特别涉及太阳开水器的结构设计、制作。
继平板太阳集热器之后，70年代世界出现了真空管式太阳集热器。由于它采用了选择性吸收表面和真空绝热技术，有效地降低了热损，明显地提高了集热效率和可运用温度。70年代末80年代初，清华大学电子工程系，上海硅酸盐所等单位研制了全玻璃真空集热管及集热器。由于它结构工艺较简单，成本较低，在我国不少城镇获得推广运用。80年代中后期，清华大学研制成功的AL－N／AL太阳光谱选择性吸收表面及连集管，达到了国际同类产品先进水平，显示出明显的优点，这对于我国真空管太阳集热器的推广应用产生了较大的影响。这几年真空管太阳集热器发展势头很快，但其主要用途是作太阳热水器，主要供洗澡用。其基本结构是多根真空集热管并排连接在一起并与一蓄水箱连通，水在集热管与水箱中循环，使水温升高。这种结构很难使水温达到100℃以上。
然而，随着太阳热水器的逐步推广，人们对太阳开水器的需要已日益迫切地提到了日程上。玻璃金属结构的集热管可以产生100℃以上的高温热水。但这种集热管结构、工艺复杂，价格昂贵，难于推广使用。
广州能源所1986年12月鉴定了一种太阳开水器，为三级太阳能开水器，它由不同类型的太阳集热器串联而成。其第一级用平板集热器，第二级用蜂窝集热器，第三级用聚光式集热器，第三级的集热元件为水平放置的真空集热管。该装置具体结构为18台平板集热器、7台蜂窝集热器和3台真空管集热器联合组成，可产生开水。
图1表示了三级串联的工作原理。在
图1中，冷水由平板集热器1的入口A进入，稍被加热的水从出口B流出后一分为二，同时流入平板集热器2和3的入口C’和C”，平板集热器1、2、3组成第一级加热，由D’和D”出来的热水共同流入蜂窝集热器4的入口E，经该集热器完成第二级加热后，从出口F流入由三组并联的真空管集热器，进行第三级加热，当水被真空管集热器“烧”开时，温控阀门使冷水流进，于是开水便从出口H流出。该装置由于流入真空集热管的是已被前两级加热了的热水，集热管受到的热冲击小，不易炸裂。这种开水器的不足之处是一、由于涉及三种不同类型的集热器，装置过于复杂，难以推广使用；二、作为第三级产生开水的真空集热管，由于被水平放置故集热效率被降低；三、不宜小型化，限制了使用范围；四、由于平板集热器在大多数地区冬季不能使用，因此该装置通常不能四季使用，运用时间有较大的局限性。
本实用新型的目的在于克服上述太阳开水器的不足之处，设计出一种全玻璃真空集热管作为采热元件而构成太阳开水器，使其具有结构简单、有较高的集热效率、能全年使用的优点。
本申请发明人关于集热管放置方位对其采热效率的影响进行了大量的理论计算与实验分析研究，首次得到集热管南北方向竖直放置要比东西方向水平放置集热效率高约10％的结论。集热管竖直放置用于开水器的一个关键问题是开水从集热管中取出困难，已有的太阳能热水器的连集管无法使开水顺利取出。基于上述研究成果以及存在的困难，本发明人对连集管结构进行了重新设计，并用它与全玻璃集热管组合成一种新结构的太阳开水器。
本实用新型所述的太阳开水器，由连集管、集热管及反射板等组成，其特征在于所说的集热管由二只以上单排竖放的全玻璃集热管构成，其中一只以上的集热管组成低温区，一只以上的集热管组成高温区，低温区装有带阀门的进入管，高温区有出水管，冷水通过阀门流入低温区，开水从高温区流出，所说的连集管由与集热管密封联接的联接器和联接器上的导管组成，导管的一端接于联接器的上部，引导该集热管的出水；另一端接至第二集热管上的联接器，并通过该联接器直伸到集热管下部，成为第二只集热管的进水管。第二只集热管联接器的上部又接另一导管，引导该集热管出水，另一端接至第三只集热管联接器进口…。
本实用新型所说的反射板可由设置在低温区的平面反射板和高温区的曲面或折面反射板所组成。
本实用新型可采用温控仪及电磁阀实现水温及进出水自动控制。温控仪的温度传感器安装在高温区的出水处，当水温达到沸腾温度时，电磁阀自动打开，则冷水进入，开水流出。本实用新型也可以在高温区出水处安装一水温计，当水温到达100℃时，打开冷水阀，冷水流入开水流出。
本实用新型具有以下特点一、仅使用一种全玻璃真空集热管作集热元件结构简单；采用不同反射板和由于进水温度不同形成高低温两个工作区，管子不易炸裂。
二、集热管竖向(南北向)放置，对太阳方位角变化有准跟踪性，集热效率比管子横放高约10％。
三、发明了一种连集热管成功地解决了集热管单排南北向放置串联应用的难题，合理地解决了开水平稳流出的问题。
本实用新型在全年均可使用，天气好，气温高的季节，开水出水间隔短、出水次数多，气温低的季节，开水出水间隔长些，出水的次数少些。本实用新型也可作为热水器使用，只要将水温控制在所需的温度下出水即可。
附图简要说明
图1为已有技术中的一种太阳开水器示意图图2为本发明的一种实施例总体结构示意图图3为本实施例连集管管芯结构示意图图4为本实施例的整体连集管的结构示意图图5为本实施例的工作原理示意图本发明的实施例如图2－图5所示，结合附图详细描述如下图2为由8只全玻璃真空集热管组成的太阳开水器之整体结构。图中，21为8只具有AL－N／AL选择性吸收表面的全玻璃真空集热管，其中4只间距小的管子构成低温区，另外4只间距较大构成高温区。22为低温区平板反射面，材料为合金铝板，23为高温区双抛物面反射曲面，利用在成形的曲面上复盖聚酯薄膜镀铝反光材料，24为适合于集热管单排竖放串联工作的连集管，25为支承尾座，A为进水管口，B为出水管口。
图3为连集管管芯结构图。图中，31为联接器，32为进水导管33为出水导管，34为联接器压紧圈，35为固定板。联接器31为圆柱形腔体，在一个端面上焊有进水导管32与出水导管33，每个联接器上的出水导管与下一个联接器上的进水导管通过导管相联接(参看图4)，互相串联为一体；在另一个端面上，开有口径与集热管相匹配的圆孔用来插入集热管，该圆孔与集热管之间有密封胶圈密封。压紧圈34套在联接器31上，圈上的环形凹槽恰好扣住联接器的凸出圆环，压紧圈与固定板35间用螺钉固紧。固定板需有足够强度，它的作用是将联接器安装成一个整体，构成连集管的核心部分－－连集管芯。
整个连集管的结构如图4所示，图中41为联接器，42为出水，进入导管，43为集热管，44为固定板，45为密封胶圈，46为保温材料(聚氨酯)47为外壳。
图5为本实施例工作原理示意图。
本实施例设计为结构不同的两个工作区，低温区和高温区。图中集热管A、B、C、D工作在高温区M(开水区)，E、F、G、H工作在低温区N(热水区)。高温区采用曲面反射板57，低温区采用平板反射板58。冷水从入水管口51进入，经过流量调节阀52和电磁阀53，再经导管54依次流过集热管，开水从出水管口56流出。传感器55控制电磁阀53，当55所在出口的温度表明水被“烧”开时，传感器55命令阀门53打开，冷水流进，开水流出。
本实施例高温区集热管间距大，采用非平面反射面；低温区集热管间距小，采用平面反射面。这样，高温区每只集热管接受的辐射能大，可缩短启动时间；当第一次取出开水后，冷水补充到低温区，低温区已加热的热水补充到高温区，不仅保证了集热管不会炸裂，而且高温区热水又可以较快地烧开，及时获得开水；具有两个温区的开水其在最后一次获得开水后，所余下的不足使热水再“烧”成开水的辐射量总小于在同样条件下只有一个温区的开水器不足使冷水再次“烧”开的辐射量。因此前者产生开水量往往大于后者。
本实施例每只集热管容水量约1公斤，高温区管与管间导水管长，低温区管与管之间导水管短，不难算出由于导水管上述长度差而引起的容积差△V＜2CM3，这就是说当高温区开水全部流出时，恰好由等量低温区热水补充，表明该设计是合理的。
权利要求1.一种太阳开水器，由连接管、集热管及反射板所组成，其特征在于所说的集热管由二只以上单排竖放的全玻璃集热管构成，其中一只以上的集热管组成低温区，一只以上的集热管组成高温区，所说的低温区有带阀门的入水管，高温区有出水管；所说的连集管由与所说的集热管密封联接的联接器和该联接器上的导管组成，该导管的一端接于联接器的上部，另一端接至相邻的集热管上的联接器，并通过该联接器直伸到集热管下部。
2.如权利要求1所述的太阳开水器，其特征在于所说的反射板由低温区的平面反射板和高温区的曲面或折面反射板所组成。
3.如权利要求1所述的太阳开水器，其特征在于所说的高温区出水处装有温度传感器，所说的入水管装有电磁阀。
4.如权利要求1、2或3所述的开水器，其特征在于所说连集管的联接器为圆柱腔体，在其一个端面上接有进水导管与出水导管，每个联接器上的出水导管与下一个联接器上的进水导管通过导管相联接，在其另一个端面上开有口径与集热管相匹配的圆孔，该圆孔与所说的集热管密封联接。
专利摘要本实用新型属于太阳开水器的结构设计制作领域。本装置由连接管、集热管及反射板等组成。其特点是采用全玻璃真空管集热管单排竖放结构，并且集热管分为低温区及高温区，连集管由与集热管密封联接的联接器和联接器上的导管组成。本实用新型具有结构简单、有较高的集热效率、能全年使用等诸多优点。
文档编号F24J2/24GK2175379SQ9324065
公开日1994年8月24日 申请日期1993年9月30日 优先权日1993年9月30日
发明者吴家庆 申请人:清华大学