專利名稱：一種全玻璃真空管太陽開水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于真空管集熱器技術(shù)及太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及太陽開水器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作。
繼平板太陽集熱器之后，70年代世界出現(xiàn)了真空管式太陽集熱器。由于它采用了選擇性吸收表面和真空絕熱技術(shù)，有效地降低了熱損，明顯地提高了集熱效率和可運(yùn)用溫度。70年代末80年代初，清華大學(xué)電子工程系，上海硅酸鹽所等單位研制了全玻璃真空集熱管及集熱器。由于它結(jié)構(gòu)工藝較簡單，成本較低，在我國不少城鎮(zhèn)獲得推廣運(yùn)用。80年代中后期，清華大學(xué)研制成功的AL－N／AL太陽光譜選擇性吸收表面及連集管，達(dá)到了國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，顯示出明顯的優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于我國真空管太陽集熱器的推廣應(yīng)用產(chǎn)生了較大的影響。這幾年真空管太陽集熱器發(fā)展勢頭很快，但其主要用途是作太陽熱水器，主要供洗澡用。其基本結(jié)構(gòu)是多根真空集熱管并排連接在一起并與一蓄水箱連通，水在集熱管與水箱中循環(huán)，使水溫升高。這種結(jié)構(gòu)很難使水溫達(dá)到100℃以上。
然而，隨著太陽熱水器的逐步推廣，人們對(duì)太陽開水器的需要已日益迫切地提到了日程上。玻璃金屬結(jié)構(gòu)的集熱管可以產(chǎn)生100℃以上的高溫?zé)崴?。但這種集熱管結(jié)構(gòu)、工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，難于推廣使用。
廣州能源所1986年12月鑒定了一種太陽開水器，為三級(jí)太陽能開水器，它由不同類型的太陽集熱器串聯(lián)而成。其第一級(jí)用平板集熱器，第二級(jí)用蜂窩集熱器，第三級(jí)用聚光式集熱器，第三級(jí)的集熱元件為水平放置的真空集熱管。該裝置具體結(jié)構(gòu)為18臺(tái)平板集熱器、7臺(tái)蜂窩集熱器和3臺(tái)真空管集熱器聯(lián)合組成，可產(chǎn)生開水。


圖1表示了三級(jí)串聯(lián)的工作原理。在
圖1中，冷水由平板集熱器1的入口A進(jìn)入，稍被加熱的水從出口B流出后一分為二，同時(shí)流入平板集熱器2和3的入口C’和C”，平板集熱器1、2、3組成第一級(jí)加熱，由D’和D”出來的熱水共同流入蜂窩集熱器4的入口E，經(jīng)該集熱器完成第二級(jí)加熱后，從出口F流入由三組并聯(lián)的真空管集熱器，進(jìn)行第三級(jí)加熱，當(dāng)水被真空管集熱器“燒”開時(shí)，溫控閥門使冷水流進(jìn)，于是開水便從出口H流出。該裝置由于流入真空集熱管的是已被前兩級(jí)加熱了的熱水，集熱管受到的熱沖擊小，不易炸裂。這種開水器的不足之處是一、由于涉及三種不同類型的集熱器，裝置過于復(fù)雜，難以推廣使用；二、作為第三級(jí)產(chǎn)生開水的真空集熱管，由于被水平放置故集熱效率被降低；三、不宜小型化，限制了使用范圍；四、由于平板集熱器在大多數(shù)地區(qū)冬季不能使用，因此該裝置通常不能四季使用，運(yùn)用時(shí)間有較大的局限性。
本實(shí)用新型的目的在于克服上述太陽開水器的不足之處，設(shè)計(jì)出一種全玻璃真空集熱管作為采熱元件而構(gòu)成太陽開水器，使其具有結(jié)構(gòu)簡單、有較高的集熱效率、能全年使用的優(yōu)點(diǎn)。
本申請(qǐng)發(fā)明人關(guān)于集熱管放置方位對(duì)其采熱效率的影響進(jìn)行了大量的理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)分析研究，首次得到集熱管南北方向豎直放置要比東西方向水平放置集熱效率高約10％的結(jié)論。集熱管豎直放置用于開水器的一個(gè)關(guān)鍵問題是開水從集熱管中取出困難，已有的太陽能熱水器的連集管無法使開水順利取出。基于上述研究成果以及存在的困難，本發(fā)明人對(duì)連集管結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，并用它與全玻璃集熱管組合成一種新結(jié)構(gòu)的太陽開水器。
本實(shí)用新型所述的太陽開水器，由連集管、集熱管及反射板等組成，其特征在于所說的集熱管由二只以上單排豎放的全玻璃集熱管構(gòu)成，其中一只以上的集熱管組成低溫區(qū)，一只以上的集熱管組成高溫區(qū)，低溫區(qū)裝有帶閥門的進(jìn)入管，高溫區(qū)有出水管，冷水通過閥門流入低溫區(qū)，開水從高溫區(qū)流出，所說的連集管由與集熱管密封聯(lián)接的聯(lián)接器和聯(lián)接器上的導(dǎo)管組成，導(dǎo)管的一端接于聯(lián)接器的上部，引導(dǎo)該集熱管的出水；另一端接至第二集熱管上的聯(lián)接器，并通過該聯(lián)接器直伸到集熱管下部，成為第二只集熱管的進(jìn)水管。第二只集熱管聯(lián)接器的上部又接另一導(dǎo)管，引導(dǎo)該集熱管出水，另一端接至第三只集熱管聯(lián)接器進(jìn)口…。
本實(shí)用新型所說的反射板可由設(shè)置在低溫區(qū)的平面反射板和高溫區(qū)的曲面或折面反射板所組成。
本實(shí)用新型可采用溫控儀及電磁閥實(shí)現(xiàn)水溫及進(jìn)出水自動(dòng)控制。溫控儀的溫度傳感器安裝在高溫區(qū)的出水處，當(dāng)水溫達(dá)到沸騰溫度時(shí)，電磁閥自動(dòng)打開，則冷水進(jìn)入，開水流出。本實(shí)用新型也可以在高溫區(qū)出水處安裝一水溫計(jì)，當(dāng)水溫到達(dá)100℃時(shí)，打開冷水閥，冷水流入開水流出。
本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)一、僅使用一種全玻璃真空集熱管作集熱元件結(jié)構(gòu)簡單；采用不同反射板和由于進(jìn)水溫度不同形成高低溫兩個(gè)工作區(qū)，管子不易炸裂。
二、集熱管豎向(南北向)放置，對(duì)太陽方位角變化有準(zhǔn)跟蹤性，集熱效率比管子橫放高約10％。
三、發(fā)明了一種連集熱管成功地解決了集熱管單排南北向放置串聯(lián)應(yīng)用的難題，合理地解決了開水平穩(wěn)流出的問題。
本實(shí)用新型在全年均可使用，天氣好，氣溫高的季節(jié)，開水出水間隔短、出水次數(shù)多，氣溫低的季節(jié)，開水出水間隔長些，出水的次數(shù)少些。本實(shí)用新型也可作為熱水器使用，只要將水溫控制在所需的溫度下出水即可。
附圖簡要說明
圖1為已有技術(shù)中的一種太陽開水器示意圖圖2為本發(fā)明的一種實(shí)施例總體結(jié)構(gòu)示意圖圖3為本實(shí)施例連集管管芯結(jié)構(gòu)示意圖圖4為本實(shí)施例的整體連集管的結(jié)構(gòu)示意圖圖5為本實(shí)施例的工作原理示意圖本發(fā)明的實(shí)施例如圖2－圖5所示，結(jié)合附圖詳細(xì)描述如下圖2為由8只全玻璃真空集熱管組成的太陽開水器之整體結(jié)構(gòu)。圖中，21為8只具有AL－N／AL選擇性吸收表面的全玻璃真空集熱管，其中4只間距小的管子構(gòu)成低溫區(qū)，另外4只間距較大構(gòu)成高溫區(qū)。22為低溫區(qū)平板反射面，材料為合金鋁板，23為高溫區(qū)雙拋物面反射曲面，利用在成形的曲面上復(fù)蓋聚酯薄膜鍍鋁反光材料，24為適合于集熱管單排豎放串聯(lián)工作的連集管，25為支承尾座，A為進(jìn)水管口，B為出水管口。
圖3為連集管管芯結(jié)構(gòu)圖。圖中，31為聯(lián)接器，32為進(jìn)水導(dǎo)管33為出水導(dǎo)管，34為聯(lián)接器壓緊圈，35為固定板。聯(lián)接器31為圓柱形腔體，在一個(gè)端面上焊有進(jìn)水導(dǎo)管32與出水導(dǎo)管33，每個(gè)聯(lián)接器上的出水導(dǎo)管與下一個(gè)聯(lián)接器上的進(jìn)水導(dǎo)管通過導(dǎo)管相聯(lián)接(參看圖4)，互相串聯(lián)為一體；在另一個(gè)端面上，開有口徑與集熱管相匹配的圓孔用來插入集熱管，該圓孔與集熱管之間有密封膠圈密封。壓緊圈34套在聯(lián)接器31上，圈上的環(huán)形凹槽恰好扣住聯(lián)接器的凸出圓環(huán)，壓緊圈與固定板35間用螺釘固緊。固定板需有足夠強(qiáng)度，它的作用是將聯(lián)接器安裝成一個(gè)整體，構(gòu)成連集管的核心部分－－連集管芯。
整個(gè)連集管的結(jié)構(gòu)如圖4所示，圖中41為聯(lián)接器，42為出水，進(jìn)入導(dǎo)管，43為集熱管，44為固定板，45為密封膠圈，46為保溫材料(聚氨酯)47為外殼。
圖5為本實(shí)施例工作原理示意圖。
本實(shí)施例設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)不同的兩個(gè)工作區(qū)，低溫區(qū)和高溫區(qū)。圖中集熱管A、B、C、D工作在高溫區(qū)M(開水區(qū))，E、F、G、H工作在低溫區(qū)N(熱水區(qū))。高溫區(qū)采用曲面反射板57，低溫區(qū)采用平板反射板58。冷水從入水管口51進(jìn)入，經(jīng)過流量調(diào)節(jié)閥52和電磁閥53，再經(jīng)導(dǎo)管54依次流過集熱管，開水從出水管口56流出。傳感器55控制電磁閥53，當(dāng)55所在出口的溫度表明水被“燒”開時(shí)，傳感器55命令閥門53打開，冷水流進(jìn)，開水流出。
本實(shí)施例高溫區(qū)集熱管間距大，采用非平面反射面；低溫區(qū)集熱管間距小，采用平面反射面。這樣，高溫區(qū)每只集熱管接受的輻射能大，可縮短啟動(dòng)時(shí)間；當(dāng)?shù)谝淮稳〕鲩_水后，冷水補(bǔ)充到低溫區(qū)，低溫區(qū)已加熱的熱水補(bǔ)充到高溫區(qū)，不僅保證了集熱管不會(huì)炸裂，而且高溫區(qū)熱水又可以較快地?zé)_，及時(shí)獲得開水；具有兩個(gè)溫區(qū)的開水其在最后一次獲得開水后，所余下的不足使熱水再“燒”成開水的輻射量總小于在同樣條件下只有一個(gè)溫區(qū)的開水器不足使冷水再次“燒”開的輻射量。因此前者產(chǎn)生開水量往往大于后者。
本實(shí)施例每只集熱管容水量約1公斤，高溫區(qū)管與管間導(dǎo)水管長，低溫區(qū)管與管之間導(dǎo)水管短，不難算出由于導(dǎo)水管上述長度差而引起的容積差△V＜2CM3，這就是說當(dāng)高溫區(qū)開水全部流出時(shí)，恰好由等量低溫區(qū)熱水補(bǔ)充，表明該設(shè)計(jì)是合理的。
權(quán)利要求1.一種太陽開水器，由連接管、集熱管及反射板所組成，其特征在于所說的集熱管由二只以上單排豎放的全玻璃集熱管構(gòu)成，其中一只以上的集熱管組成低溫區(qū)，一只以上的集熱管組成高溫區(qū)，所說的低溫區(qū)有帶閥門的入水管，高溫區(qū)有出水管；所說的連集管由與所說的集熱管密封聯(lián)接的聯(lián)接器和該聯(lián)接器上的導(dǎo)管組成，該導(dǎo)管的一端接于聯(lián)接器的上部，另一端接至相鄰的集熱管上的聯(lián)接器，并通過該聯(lián)接器直伸到集熱管下部。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽開水器，其特征在于所說的反射板由低溫區(qū)的平面反射板和高溫區(qū)的曲面或折面反射板所組成。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽開水器，其特征在于所說的高溫區(qū)出水處裝有溫度傳感器，所說的入水管裝有電磁閥。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的開水器，其特征在于所說連集管的聯(lián)接器為圓柱腔體，在其一個(gè)端面上接有進(jìn)水導(dǎo)管與出水導(dǎo)管，每個(gè)聯(lián)接器上的出水導(dǎo)管與下一個(gè)聯(lián)接器上的進(jìn)水導(dǎo)管通過導(dǎo)管相聯(lián)接，在其另一個(gè)端面上開有口徑與集熱管相匹配的圓孔，該圓孔與所說的集熱管密封聯(lián)接。
專利摘要本實(shí)用新型屬于太陽開水器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作領(lǐng)域。本裝置由連接管、集熱管及反射板等組成。其特點(diǎn)是采用全玻璃真空管集熱管單排豎放結(jié)構(gòu)，并且集熱管分為低溫區(qū)及高溫區(qū)，連集管由與集熱管密封聯(lián)接的聯(lián)接器和聯(lián)接器上的導(dǎo)管組成。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、有較高的集熱效率、能全年使用等諸多優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F24J2/24GK2175379SQ9324065
公開日1994年8月24日 申請(qǐng)日期1993年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月30日
發(fā)明者吳家慶 申請(qǐng)人:清華大學(xué)