专利名称：真空太阳能蒸汽集热管、蒸汽集热板、太阳能热水空调装置的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能光热应用技术领域，涉及一种太阳能集热元件，特别是真空隔热、能 快速产生介质蒸汽的太阳能集热元件。本发明还涉及应用该集热元件组成的平板形太阳能集 热部件、以及由其组成的热水、加热装置和空调装置。
背景技术：
目前国内广泛应用在太阳能热水系统的集热元件，多基于中国专利95215311.4，即"一 种新型全玻璃真空太阳能集热管"，系由一端封闭的透明外管套装在同端也封闭的内管外侧， 其另一开口端相互熔合密闭并在两管之间形成真空隔热夹层，在内管的外表面镀太阳會腿择
性吸收膜层，利用膜层吸收的太阳热能加热内管中的冷水，并靠冷热水的密度差实现冷热水 的循环传递，将热能连续传递至顶部开口端连接的水箱或水循环集管。显然这种真空集热管 存在许多局限和不足其一、管内的水量多、热容大、升温缓慢、水温低、局限于产生100 度以下的热水， 一般工作在40度——80度范围内而且管内易结垢，不能即时、快速产生高 温、高能量的各种介质蒸汽，难于适应许多目标领域，如开水器、蒸汽炉、汽源吸收式制冷 空调器、采暖散热器、工业干燥设备等等，应用范围较窄；其二、冷热水靠自然循环的动力 小、阻力大、输送距离短，从而导致水箱必须顶置，不利于与建筑结合，而釆用强制循环又 导致额外电耗，因此，应用方式单一、效果受限，难于实现建筑一体化的分体结构的高效太 阳能装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以快速启动、连续产生易于远距离输送的、高温、高能蒸汽 的真空隔热型太阳能蒸汽集热管，并应用该蒸汽集热管组成可以与建筑一体融和的平板形蒸 汽集热板、以及用其蒸汽加热的太阳能热水装置和空调装置。
一、为实现发明目的一 一种真空太阳能蒸汽集热管，系由一端封闭的透明外管套装在 同端也封闭的内管的外侧，其开口端相互熔合密闭并在两管间形成真空隔热夹层，在内管的 外表面采用镀膜技术镀上选择性太阳能吸收膜层，在内管的开口端有一端盖与其密封连接， 端盖上有排汽口和进液管，内管的内腔设置一芯管，在芯管和内管之间形成环状狭隙的介质 液膜层，工作介质由进液管流进狭隙维持液膜存在。
为了减少蒸发汽泡的脱离阻力、蓄存介质，芯管可以采用高孔隙毛细结构的管子，如网、 超、细孔管等；为简化结构，内管出口端盖可以由缩口形成；为了提高集热效果，透明玻璃 外管的表面附着一层太阳光减反射膜。为了稳定液膜层、保证液膜层的动态持续，进液管可 以串连一调节器，根据液面位置或管壁温度或均衡流量自动调节进液状态；所述调节器可以 是机械阀门，与内管中的浮球及传导杠杆机械连接，并受浮球的机械动作控制开闭，当液位 髙于设定位置时关闭，反之开启，也可以与内管壁上的膨胀压力式感温器及传导管联接，受 内管壁温控制开闭，当温度低于设定温度时关闭，反之开启；调节器也可以采用电动阀门，与管内浮球磁控开关电连接，并受浮球控制开闭，当液位高于设定位置时关闭，反之开启， 也可以与内管壁上的温控开关电连接，受内管壁温度控制开闭，当温度低于设定温度时关闭, 反之开启；调节器还可以是精密的节流量孔或毛细管或节流量孔串连毛细管。
上述真空太阳能蒸汽集热管是这样工作的当阳光透过外管被内管选择性太阳膜吸收使 其升温、并加热内壁与芯管之间的介质膜层，由于膜层薄、热容小，可以使其迅速蒸发，蒸 汽积累升压自动向排汽口快速流动，介质由进液管不断进入、保证介质膜层的持续，依此连 续工作；串连调节器的进液管可以根据设定的液位或管壁蒸发温度或节流比例实现自动补充 介质，性能状态更加稳定可靠。由于汽体流动阻力小、在自身的蒸汽压力下即可以自动输送 较远距离，可以方便实现太阳能集热器与受热器装置分离布置；蒸汽的冷凝换热系数大，经 冷凝放热可实现高效热量传递、节省换热面积；蒸汽具有较高的恒定温度和较大潜热能量， 可以有更多用途，如开水器、热水器、空调器、采暖取暖器、蒸汽浴房、加热、干燥等等， 其应用范围明显优于液体型热水集热器。
二、 为实现发明目的二 一种真空太阳能蒸汽集热板，由前述发明目的一的"真空太阳 能蒸汽集热管"以及框架、排汽集管、回液集管、尾托、反射板、透光板组成，多支蒸汽集 热管并列布置，其封闭端用尾托分别固定在框架上，另一端的排汽口分别与排汽集管上对应 的连接管密封连接，进液管分别与回液集管上对应的分液细管密封连接，排汽集管与回液集 管保温并装在框架内，其接头伸到框架的外侧，框架的背面装反射板、正面装透光板， 一可 调角度的挂架与框架连接；当管子密排或环境清洁时也可以省略透光板。
这种蒸汽集热板具有方正平板外形，可以镶嵌或挂装在建筑屋顶或向阳墙及阳台上，与 建筑美观融合一体，适合于髙层和多层各种建筑，其输出的蒸汽具有恒定髙温、髙能、自动 远距离输送等优点，可用于各种以蒸汽为热源的装置，如开水器、温水器、空调器、取暖器、 蒸汽浴房、加热千燥设备等等。
三、 一种真空太阳能蒸汽热水装置，包括前述发明目的一 "真空太阳能蒸汽集热管"组 成的发明目的二"真空太阳能蒸汽集热板"、以及设置进、出水管和电热器的保温水箱、保温 输汽管、保温回液管和微型泵，水箱的液面下装多孔管蒸汽吸收器，其进汽口在水箱的外侧， 并通过保温输汽管串联一单向阀后与蒸汽集热板上的排汽集管密封连接，水箱的另一个出水 口通过保温回液管串联一微型泵和软水器与蒸汽集热板上的回液集管密封连接。当水箱高于 蒸汽集热板一定高度时，可以省略微型泵、靠重力向真空管供液。水箱的内侧或上部可以附 设另一副水箱成双胆水箱。
这种蒸汽热水器可以产生高温热水，具有灭菌效果，可直接饮用、炊饭及生活洗浴等等； 集热板与水箱可以分离安装在室外和室内，应用方便美观，与普通热水器比较，水温高、相 同热容量的水箱可以小巧许多，而且可省略换热器，节省材料造价和安装占用空间；组成的 系统不怕高温空晒、不怕冻、不炸管，系统靠蒸汽潜热传热，循环水量少，省略或减少电耗； 釆用双胆水箱还可以快速得到高温热水。
四、 一种真空太阳能蒸汽超导加热装置，包括前述发明目的一"真空太阳能蒸汽集热管" 组成的发明目的二"真空太阳能蒸汽集热板"、以及受热器、冷凝换热器、保温输汽管、保温 回液管和微型泵，受热器内设冷凝换热器，其进汽口通过保温输汽管与蒸汽集热板上的排汽 集管密封连接，冷凝换热器的低位凝液出口通过保温回液管串联一微型泵与蒸汽集热板上的 回液集管密封连接，冷凝换热器的最高位置与一自动排汽阀连通，系统内成真空状态并充装 适量超导工作介质如乙醇、丙酮、丁醇等等。当受热器位置高于真空太阳能蒸汽集热板一定 髙度时，可以省略微型泵。
前述受热器可以是热水器的水箱或热水中心水箱，也可以是开水器加热胆，或者是采暖 空调的散热器，或者是干燥装置的工作室、或者是吸收式空调器的发生器等等。
这种太阳能蒸汽超导加热装置，与其他各型循环系统相比，具有恒温潜热传热的髙效、 高能优点和节省循环电能、节约材料、传递距离远、不怕冻结等特点，集热板与受热器可以 分离安装在不同部位，靠管道连接应用方便美观，实现太阳能建筑一体化。
五、 一种真空太阳能蒸汽空调装置，包括前述发明目的一"真空太阳能蒸汽集热管"组成 的发明目的二"真空太阳能蒸汽集热板"、以及吸收式或喷射式空调机组、辅助蒸汽炉、保温 输汽管、保温回液管、微型泵和水箱，空调机组的发生器加热蒸汽进口通过保温输汽管与蒸 汽集热板上的排汽集管连通，发生器的凝液出口与水箱连通，水箱的出口通过保温回液管串 联微型泵后与蒸汽集热板上的回液集管连通，系统可设排气阀或抽真空并充注适量液态介质 如水或丁醇等；在保温输汽管和保温回液管之间并联带有控制阀门的辅助蒸汽炉；水箱有补 水口和排水口。当空调机组的发生器位置髙于真空太阳能蒸汽集热板一定髙度时，可以省略 微型泵。当集热面积偏小时也可以省略水箱将凝液管与回液管直接连接。
这种太阳能蒸汽空调装置与普通热水太阳能空调装置比较，具有较高的输入温度和较高 的冷凝换热系数，可提高制冷系数、节省换热面积、节省太阳能热水循环空调系统的电力消 耗，综合性能明显提高。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明方案作进一步详细的说明。
图l是"真空太阳能蒸汽集热管"的一种实施方式的剖视图。 图2是"真空太阳能蒸汽集热管"的第二种实施方式的剖视图。 图3是"真空太阳能蒸汽集热管"的第三种实施方式的剖视图。 图4是"真空太阳能蒸汽集热管"的浮球控制结构的剖视图。 图5是"真空太阳能蒸汽集热管"的水平工作状态下浮球控制结构的剖视图。 图6是"真空太阳能蒸汽集热管"的一种温度控制结构的剖视。 图7是"真空太阳能蒸汽集热板"的一种立管实施方式的剖视图。 图8是"真空太阳能蒸汽集热板"的一种水平管实施方式的剖视图。 图9是"真空太阳能蒸汽热水装置"的一种双胆水箱实施方式的剖视图。 图10是"真空太阳能蒸汽超导加热装置"的一种热水器实施方式的剖视图。 图11是"真空太阳能蒸汽超导加热装置"的一种采暖空调散热器的实施方式的剖视图。 图12是"真空太阳能蒸汽空调装置"的系统图。
具体实施例方式
图l所示真空太阳能蒸汽集热管透明玻璃外管(01)的一端封闭，套装在另外一个同 端也封闭的玻璃或金属内管(02)的外侧，其开口端相互熔焊密闭，在两套管之间形成真空 夹层(04),内管(02)的外表面镀选择性太阳能吸收涂层(03)，在内管(02)的开口端设 一密封端盖(05),其上有排汽口 (06)、进液管(07)，在内管(02)的内壁同心设置多孔隙 毛细芯管(08),可以是金属网管或纤维毡管，芯管(08)吸附液态介质，在内管(02)壁形 成环状液膜(09)，进液管(07)出液口引入芯管(08);透明玻璃外管(01)的表面附着一 层太阳光减反射膜。
图2所示的真空太阳能蒸汽集热管，主体同于图l所示，其区别在于芯管(08)是两 端封闭的玻璃真空管，用金属卡同心固定在内管(02)内部并形成环状介质液体狭隙(09)。
图3所示的真空太阳能蒸汽集热管，主体同于图l所示，其区别在于进液管(07)套 装在排汽口 (06)内，共用一个排汽口 (06)与外界连接；进液管(07)还串连一精密量孔 和毛细管连成的节流调节器(10)。
图4所示的真空太阳能蒸汽集热管，主体同于图l所示，其区别在于进液管(07)串 连一浮球阀(10)，浮球(12)在立置的内管(02)底部，通过连杆(11)连接到浮球阀(10) 的阀芯上；或进液管(07)串连一电磁阀(10),浮球开关(12)在立置的内管(02)底部， 通过导线(11)连接到电磁阀(10)的电路上。
图5所示的真空太阳能蒸汽集热管，主体同于图4所示，其区别在于管体东西横向平 置，浮球/或浮球开关(12)在端盖(05)的近处，在浮球的里侧设中心带排汽孔的挡液板 (13)，挡液板(13)与毛细芯(08)之间有微孔隙(14)相互导通传递介质。
图6所示的真空太阳能蒸汽集热管，主体同于图l所示，其区别在于进液管(07)串 连一压力式温控阀(10)，感温器(12)导热连接在内管(02)壁上；或进液管(07)串连电 磁阀(10),温控开关(12)导热连接在内管(02)壁上，并与电磁阀(10)电连接。
图7所示真空太阳能蒸汽集热板(1),由图4所示真空太阳能蒸汽集热管(01)、框架 (1A)、排汽集管(1D)、回液集管(1C)、尾托(1G)、反射板(1B)及透光板(1E)组成， 多支蒸汽集热管(01)并列竖立布置，底端用尾托(1G)分别固定在框架(1A)上，各管(01) 的排汽口 (06)分别与排汽集管(ID)上对应的连接管密封连接，进液管(07)分别与回液 集管(1C)上对应的分液细管(1H)密封连接，排汽集管(1D)与回液集管(1C)保温并水 平装在框架(1A)的内腔，其连接活接头露在框架(1A)的外侧，框架(1A)的背面装反射 板(1B)，向阳面装防尘透光板(1E)，蒸汽集热板(1)的背面设可调角度的铰链式挂架(1F)。
图8所示真空太阳能蒸汽集热板(1),由图3所示真空太阳能蒸汽集热管(01)、框架 (1A)、排汽集管(1D)、回液集管(1C)、尾托(1G)、反射板(1B)及透光板(1E)组成， 多支蒸汽集热管(01)并列水平布置，各管(01)的排汽口 (06)分别与立置的排汽集管(1D)
上对应的连接管密封连接，进液管(07〉分别与加粗的回液集管ac)上对应的并列的分液
细管(1H)密封连接，排汽集管(1D)与回液集管(1C)保温并装在框架(1A)的内腔，其 连接活接头露在框架(1A)的外侧，框架(1A)的背面装反射板(1B)，向阳面装防尘透光板 (1E)，蒸汽集热板(1)的背面设可调角度的铰链式挂架(1F)。
图9所示真空太阳能蒸汽热水装置，包括保温水箱(4)和真空太阳能蒸汽集热板(1), 保温水箱(4)带有进水口 (4B)、出水口 (4D)、电加热器(4C:)，其液面下部设管状多孔蒸 汽吸收器(2D),进汽口在水箱(4)的外侧，串联一单向阀(2E)后与保温输汽管(2B)的 一端螺纹连接，其另一端与太阳能蒸汽集热板(1)的排汽集管(1D)螺纹连接，保温水箱
(4)的另一出水口 (4A)通过保温回液管(2A)与微型泵(2C)、软水器(2F)及太阳能蒸 汽集热板(1)的回液集管(1C)串连螺纹连接，水箱(4)内满水工作。水箱(4)内包含一 带有对流孔(4F)和(4E)的内水箱(4H),电加热器(4C)、蒸汽吸收器(2D)、出水口 (4A) 引入内水箱(4H)里，出水口 (4A)连接三通出水口 (4G)。当水箱离于蒸汽集热板l米以上 高度时，可以省略微型泵(2C)。
图IO是真空太阳能蒸汽超导加热的热水器，包括保温水箱(4)、由真空太阳能蒸汽集 热管(01)组成的蒸汽集热板(1)和冷凝换热器(3),保温水箱(4)带有进水口 (4B)、出 水口 (4D)、电加热器(4C),冷凝换热器(3)置于保温水箱(4)内部，其进汽口 (3B)在 水箱外侧通过保温输汽管(2B)与太阳能蒸汽集热板(1)的排汽集管(1D)螺纹连接，冷凝 换热器(3)的低位凝液出口 (3A)通过保温回液管(2A)与微型泵(2C)和太阳能蒸汽集热 板(1)的回液集管(1C)串连螺纹连接，冷凝换热器(3)的高位连通自动排气阀(3C)，冷 凝换热器(3)的内外表面有传热强化肋(3D),系统内成真空态并充适量乙醇或丙酮。水箱
(4)可以是承压结构，也可以是非承压结构并带平衡孔(4A);水箱(4)髙于集热板(1) 时，可以省略微型泵(2C)。
图ll是真空太阳能蒸汽超导加热的采暖散热器，包括散热器(4)、由真空太阳能蒸汽 集热管(01)组成的蒸汽集热板(1)和冷凝换热器(3),散热器(4)带有进风口 (4B)、出 风口 (4D)、电加热器(4C)、风扇(4A)和蓄热器(4E),冷凝换热器(3)置于散热器(4) 内部，其进汽口 (3B)侧露并通过保温输汽管(2B)与太阳能蒸汽集热板(1)的排汽集管
(1D)螺纹连接，冷凝换热器(3)的低位凝液出口 (3A)通过保温回液管(2A)与微型泵
(2C)和太阳能蒸汽集热板(1)的回液集管(1C)串连，冷凝换热器(3)的高位连通自动 排气阀(3C)，冷凝换热器(3)的外表面有大传热强化翅片(3D)并与电加热器(4C)和蓄 热器(犯)导热胀接，蓄热器(犯)内装蓄热物质，系统内成真空态并充适量乙醇或水。散 热器(4)高于集热板(1)时，可以省略微型泵(2C)。
图12所示太阳能蒸汽空调装置，吸收式空调机组(5)的发生器(5A)加热蒸汽进口通 过保温输汽管(2B)与蒸汽集热板(1)上的排汽集管(1D)连通，发生器(5A)的凝液出口 与水箱(4)连通，水箱(4)的出口通过保温回液管(2A)串联微型泵(2C)后与蒸汽集热 板(1)上的回液集管(1C)连通，在保温输汽管(2B)和保温回液管(2A)之间并联由阀门
(6A)控制的辅助蒸汽炉(6)，系统离位设排气阀(5B),水箱(4)有补水口 (4B)和排水 口 (4D)，系统内成真空充蒸馏水或丁醇。发生器(5A)位置高于蒸汽集热板(1)时可以省 略微型泵(2C)。
很显然，上述具体实施方式
并不限制本发明基本思想的其他变型或应用方式，包括上述 实施方案的其他相互组合方式，这^变型或组合均己包含在本发明思想的范围内。
权利要求
1.一种真空太阳能蒸汽集热管，一端封闭的透明外管(01)套装在同端也封闭的内管(02)外侧，其开口端相互熔合密闭并在两管间形成真空夹层(04)，内管(02)的外表面镀选择性太阳能吸收膜层(03)，其特征在于内管(02)的开口端有一端盖(05)与其密封连接，端盖(05)上有排汽口(06)和进液管(07)，内管(02)内腔设置芯管(08)，在芯管(08)和内管(02)之间形成环状介质液膜层(09)，液态介质由进液管(07)进入。
2. 根据权利要求l所述的真空太阳能蒸汽集热管，其特征在于芯管(08)是毛细管。
3. 根据权利要求l所述的真空太阳能蒸汽集热管，其特征在于进液管(07)串连一调节 器(10)，自动调节进液管(07)的进液状态，保证介质液膜层(09)动态持续，所述 调节器(10)是机械阀，与反映管内液面的浮球(12)及传导杠杆(11)机械连接，并 受浮球(12)的机械动作控制开闭/或与内管(02)壁上的膨胀压力式感温器(12) 连接，并受内管(02)壁面温度控制开闭。
4. 根据权利要求l所述的真空太阳能蒸汽集热管，其特征在于进液管(07)串连一调节 器(10),自动调节进液管(07)的进液状态，保证介质液膜层(09)动态持续，所述 调节器(10)是电动阀门，与反映管内液面的浮球磁控开关(12)及导线(11)电连接， 受浮球位置控制开闭/或与内管(02)壁上的温控开关(12)及导线(11)电连接， 受内管(02)壁面温度控制开闭。
5. 根据权利要求l所述的真空太阳能蒸汽集热管，其特征在于进液管(07)串连一由节 流精密量孔/或毛细管构成的调节器(10),调节进液管(07)的进液状态，保证介质 液膜层(09)动态持续。
6. —种真空太阳能蒸汽集热板，其特征在于由多支权利要求l、或3、或4、或5所述真 空太阳能蒸汽集热管(01)、以及框架(1A)、排汽集管(1D)、回液集管(1C)、尾 托(1G)、反射板(1B)、透光板(1E)组成，多支蒸汽集热管(01)并列布置，其封 闭端用尾托(1G)分别固定在框架(1A)上，排汽口 (06)分别与排汽集管(1D)上对 应的连接管活连接，进液管(07)分别与回液集管(1C)上对应的分液细管(1H)活连 接，排汽集管(1D)与回液集管(1C)保温并装在框架(1A)内，其活接头伸到框架(1A)的外侧，框架(1A)的背面装反射板(1B)、正面装透光板(1E)。
7. —种真空太阳能蒸汽热水装置，包括带有进水口 (4B)、出水口 (4D)、电加热器(4C) 的保温水箱/或双胆水箱(4),其特征在于还包括由权利要求l、或3、或4、或5所述的真空太阳能蒸汽集热管(01)构成的权利要求6所述的真空太阳能蒸汽集热板(1)， 以及蒸汽吸收器(2D)、保温输汽管(2B)、保温回液管(2A)、微型泵(2C)，水箱 (4)的液面下装带通孔的蒸汽吸收器(2D:),其进汽口在水箱(4)的外侧，并通过保 温输汽管(2B)串联一个单向阀(2E)后与蒸汽集热板(1)上的排汽集管(1D)密封 活连接，水箱(4)的另一个出水口 (4A)通过保温回液管(2A)串联一微型泵(2C) 和软水器(2F)与蒸汽集热板(1)上的回液集管ac)密封活连接。
8. 真空太阳能蒸汽超导加热装置，包括带辅助电加热的受热器(4)，其特征在于还包 括由权利要求l、或3、或4、或5所述的真空太阳能蒸汽集热管(01)构成的权利要求 6所述的真空太阳能蒸汽集热板(1)、以及冷凝换热器(3)、保温输汽管(2B)、保 温回液管(2A)和微型泵(2C),受热器(4)内设冷凝换热器(3),其进汽口 (3B) 通过保温输汽管(2B)与蒸汽集热板(1)上的排汽集管(1D)密封连接，冷凝换热器(3)的低位凝液出口 (3A)通过保温回液管(2A)串联一微型泵(2C)与蒸汽集热板 (1)上的回液集管(1C)密封连接，冷凝换热器(3)的最高位置与一自动排气阀(3C) 连通，系统内成真空状态并充装适量超导液态工作介质。
9. 根据权利要求8所述的真空太阳能蒸汽超导加热装置，其特征在于所述受热器(4) 是热水器水箱/或采暖空调散热器/或吸收式空调器的发生器。
10. —种真空太阳能蒸汽空调装置，包括吸收式/或喷射式空调机组(5)、辅助蒸汽炉(6), 其特征在于还包括由权利要求1、或3、或4、或5所述的真空太阳能蒸汽集热管(01) 构成的权利要求6所述的真空太阳能蒸汽集热板(1)、以及保温输汽管(2B)、保温 回液管(2A)、微型泵(2C)和水箱(4),空调机组(5)的发生器(5A)加热蒸汽迸 口通过保温输汽管(2B)与蒸汽集热板(1)上的排汽集管(1D)连通，发生器(5A) 的凝液出口与水箱(4)连通，水箱(4)的出口通过保温回液管(2A)串联微型泵(2C) 后与蒸汽集热板(1)上的回液集管(1C)连通，系统内成真空并充适量液态介质，在 保温输汽管(2B)和保温回液管(2A)之间并联辅助蒸汽炉(6),水箱(4)有补水口(4B)和排水口 (4D)。
全文摘要
本发明公开了真空太阳能蒸汽集热管、其组成的蒸汽集热板及蒸汽热水空调装置。双层夹套真空太阳能集热管的开口端设一密封端盖，其上有排汽口、进液管，内管内腔设置一芯管，在芯管与内管间形成狭隙介质液膜层，进液管串联调节器调节进液状态。多只上述蒸汽集热管并列在背面衬反射板、正面装透光板的框架内，排汽口汇集到排气集管，进液管汇集于回液集管，排气集管与回液集管保温置框架内且接口外露，构成产生蒸汽的集热板。蒸汽集热板的排气集管和回液集管通过输汽管和回液管分别与水箱连接构成汽热式热水器/或与受热器内的冷凝换热器连接构成超导传热的热水器或采暖器。蒸汽集热板连接的输汽管和回液管间串连吸收式空调器，构成蒸汽源太阳能空调器。
文档编号F25B27/00GK101354196SQ20071012896
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月27日
发明者冯典雅, 悦 喜, 喜春野, 郑丽红 申请人:喜春野