單管口多分支自然循環管式集熱器的製作方法
2023-12-09 12:33:26 4
本發明涉及一種單管口多分支自然循環管式集熱器，屬於集熱器領域。
背景技術：
集熱器是一種能夠吸收能量並以熱能的形式存儲和傳遞能量的裝置。應用最為廣泛的集熱器是太陽能集熱器，太陽能集熱器的分類和種類很多，一般的，按集熱器內是否有真空空間分為：平板型集熱器、管式集熱器、真空管集熱器。按集熱器的傳熱工質的循環方式分為：自然循環和強制循環。平板型集熱器主要有吸熱板、透明蓋板、隔熱層和外殼等幾部分組成。在吸熱板上設有進液管口和出液管口，液體傳熱工質從進液管口進入吸熱板，再從出液管口流出，形成循環；管式集熱器包括按一定形式盤旋排列的金屬管，是將吸熱體換成金屬管的太陽能集熱器，金屬管的一個埠進液，另一個埠出液形成循環；真空管集熱器是將吸熱體與透明蓋層之間的空間抽成真空的太陽能集熱器。真空管集熱器按吸熱體材料種類，可分為兩類：一類是玻璃吸熱體真空管（或稱為全玻璃真空管），一類是金屬吸熱體真空管（或稱為玻璃－金屬真空管）。熱管式真空管是金屬吸熱體真空管的一種，它由熱管、吸熱體、玻璃管和金屬端蓋等主要部件組成。平板型集熱器和管式集熱器一般採用強制循環，真空管集熱器採用自然循環。將一個平板型集熱器和管式集熱器與一個儲水箱連接，或將多個真空管集熱器與一個儲水箱連接可組成太陽能熱水器；將多個太陽能熱水器用管路與一個大的儲水箱連接可組成太陽能鍋爐，太陽能鍋爐由於連接管路設計複雜，太陽能熱水器與大的儲水箱的連接管路需要安裝水泵進行強制循環。太陽能集熱器吸收太陽的輻射能轉換為熱能的能力較強，所以得到了廣泛的應用，屬於可再生清潔能源利用領域。
目前，現有的太陽能集熱器的安裝方式都是採用集熱面與水平面呈傾斜角度的有角度安裝，這樣的安裝方式使得集熱器安裝非常局限，採光面必須向南，才能使集熱器吸收太陽能達到最大化，從而使得集熱器安裝對場地要求較高、佔地面積較大，很難形成大規模的集熱場；而且集熱器安裝採用與水平面呈傾斜角度的安裝，會造成雜質、水垢、水鏽等雜物沉積在集熱管底部，或循環管路低處，隨時間的推移，造成管路堵塞，集熱性能下降。特別是在民用熱水應用領域，當熱水條件變差後，需清除雜質、水垢、管路堵塞，維修費用很大，維修過程中極易造成儲水箱、集熱器、集熱管、循環管路的損壞、報廢，及保溫材料的浪費。現有的太陽能鍋爐，循環管路較多、較長，保溫材料使用也較多，成本高。高溫運行時，管路長、熱阻大，熱量傳送中熱損失大；低溫運行時，管路長，熱損失也大。在寒冷地區使用，冬季管路易凍結、凍壞，造成故障或損壞，使系統不能正常運行。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種無動力自然循環、集熱器的管腔內不結垢、無雜質殘留、熱效率高、抗凍性好、結構緊湊、佔地合理，能夠形成大規模的集熱場的單管口多分支自然循環管式集熱器。
本發明的目的是通過以下方式實現的：
本發明包括主集熱管，其特徵是：主集熱管僅一端開口、另一端封閉的盲管，開口端作為連接埠；在主集熱管的側壁上連接有一個以上的相互獨立的一級分支集熱管，任一n級分支集熱管的側壁上連接有大於等於0個的相互獨立的n+1級分支集熱管，n是正整數；任一分支集熱管均為僅一端開口、另一端封閉的盲管、開口端作為連接端，或為真空管集熱器單元；任一一級分支集熱管的連接端與主集熱管的管腔聯通，任一n+1級分支集熱管的連接端與其連接的n級分支集熱管的管腔聯通；包括主集熱管和n級分支集熱管在內的所有集熱管的中軸線均位於同一平面內，或分別位於相互平行的平面內。
所述真空管集熱器單元是全玻璃真空管、玻璃－金屬真空管或熱管式真空管中的一種，其中的玻璃－金屬真空管中的金屬管為僅一端開口的盲管；
所述主集熱管的橫截面是圓形、橢圓形、多邊形、四個角採用圓弧倒角的長方形中的一種；
所述主集熱管或任一分支集熱管為直管或彎管；
所述主集熱管為金屬管或非金屬管；
所述主集熱管的封閉端採用法蘭連接的堵頭封閉；
所述單管口多分支自然循環管式集熱器僅主集熱管的連接埠與儲熱裝置連接，連接管路上不設動力泵，且所有集熱管的中軸線均與水平面平行；
所述儲熱裝置可以是儲水箱。
本發明的優點是：集熱器與儲熱裝置間連接管路短，結構緊湊，需要的保溫材料少，熱損低；集熱器採用樹杈型多分支結構，可有效利用空間吸收光能或其它熱輻射能，熱效率高；包括主集熱管和n級分支集熱管在內的所有集熱管的中軸線均位於同一平面內，或分別位於相互平行的平面內，這就為集熱器水平安裝奠定了基礎，與儲熱裝置連接，所有集熱管的中軸線均與水平面平行，使得集熱器的集熱面成為向上的與水平面平行的面，吸收太陽能無角度限制，也提高了太陽能的利用率；集熱器僅主集熱管的連接埠與儲熱裝置連接，主集熱管的進水口和出水口為同一個口，同樣，任一一級分支集熱管的連接端與主集熱管的管腔聯通，任一n+1級分支集熱管的連接端與其連接的n級分支集熱管的管腔聯通，即：主集熱管與儲熱裝置之間形成水平運行的單管自然循環，每個一級分支集熱管與主集熱管間也形成了水平運行的單管自然循環，任一n+1級分支集熱管與其連接的n級分支集熱管間也形成了水平運行的單管自然循環；水平運行的單管自然循環溫差小、熱阻小，可實現沸騰傳熱，有超強的傳熱速度和連續傳熱的動力性，有空泡形成和破滅機制，使得集熱管腔體內壁不結垢、集熱管中不易留存雜質，所以對水質要求不高，所有運行中的雜質、浮垢都會被水帶到儲熱裝置中並沉落於底部，只需在儲熱裝置的底部設有排汙管口，可隨時或定期排放；水平運行的單管自然循環，水的循環動力來自於外界溫度差，水在集熱管管腔內自行有序的循環，無需額外增加動力，循環非常順暢，不存在憋管現象，能夠使儲熱裝置中的水達到較高溫度，並可用於生產蒸汽；主集熱管可以管徑很大、長度很長，能夠形成大規模的集熱場。
附圖說明
圖1是實施例1的結構示意圖；
圖2是實施例2的結構示意圖；
圖3是實施例3的結構示意圖；
圖4是實施例4的結構示意圖；
圖5是實施例5的結構示意圖。
具體實施方式
實施例1：
參照附圖1，本發明包括主集熱管1，主集熱管僅一端2有開口、另一端5封閉的盲管，開口端作為連接埠；在主集熱管的側壁上連接有12個相互獨立的一級分支集熱管3，每個一級分支集熱管均為僅一端開口、另一端封閉的盲管，開口端4作為連接端。主集熱管和所有一級分支集熱管均為直管，每個一級分支集熱管的中軸線均與主集熱管的中軸線垂直，所有集熱管的中軸線均在同一平面內，且一級分支集熱管在主集熱管的兩側對稱分布；一級分支集熱管中的任意一個均可以用真空管集熱器單元代替；主集熱管或任一分支集熱管可以是彎管；所述主集熱管的橫截面是圓形、橢圓形、多邊形、四個角採用圓弧倒角的長方形中的一種；所述主集熱管為金屬管或非金屬管。
實施例2：
參照附圖2，本發明包括主集熱管1，主集熱管僅一端2有開口、另一端5封閉的盲管，開口端作為連接埠，封閉端可以採用法蘭連接的堵頭封閉；在主集熱管的側壁上對稱的連接有兩個相互獨立的一級分支集熱管3，每個一級分支集熱管均為僅一端開口、另一端封閉的盲管，開口端4作為連接端。每個一級分支集熱管的中軸線均與主集熱管的中軸線成45°夾角，在每個一級分支集熱管的兩側對稱連接有12個相互獨立的二級分支集熱管6，每個二級分支集熱管均為僅一端開口、另一端封閉的盲管，開口端作為連接端。主集熱管、一級分支集熱管和所有二級分支集熱管均為直管，每個二級分支集熱管的中軸線均與其所連接的一級分支集熱管的中軸線成45°夾角，所有集熱管的中軸線均在同一平面內。
實施例3：
參照附圖3，本發明包括主集熱管1，主集熱管僅一端2有開口、另一端5封閉的盲管，開口端作為連接埠，封閉端可以採用法蘭連接的堵頭封閉；在主集熱管的側壁上對稱的連接有四個相互獨立的一級分支集熱管3，每個一級分支集熱管均為僅一端開口、另一端封閉的盲管，開口端4作為連接端。每個一級分支集熱管的中軸線均與主集熱管的中軸線成45°夾角，在每個一級分支集熱管的兩側對稱連接有12個相互獨立的二級分支集熱管6，每個二級分支集熱管均為僅一端開口、另一端封閉的盲管，開口端作為連接端。主集熱管、一級分支集熱管和所有二級分支集熱管均為直管，每個二級分支集熱管的中軸線均與其所連接的一級分支集熱管的中軸線成45°夾角，所有集熱管的中軸線均在同一平面內；在所述主集熱管和任一分支集熱管的表面均可噴塗吸光塗料。
實施例4：
參照附圖4，本發明包括箱體7、主集熱管1，箱體是正投影為扇形的平板式箱體，主集熱管僅一端2有開口、另一端5封閉的盲管，開口端作為連接埠；主集熱管固定在箱體中對稱中心的位置，開口端從箱體前端伸出。在主集熱管的側壁上對稱連接有八個相互獨立的一級分支集熱管3，每個一級分支集熱管均為僅一端開口、另一端封閉的盲管，開口端4作為連接端。主集熱管和所有一級分支集熱管均為直管，每個一級分支集熱管的中軸線均與主集熱管的中軸線成30°夾角，所有集熱管的中軸線均在同一平面內；在箱體的上部設有透明玻璃蓋板8。
實施例5：
參照附圖5，本發明包括箱體7、集熱器單元10，採用實施例3中結構的集熱器作為本實施例中的集熱器單元10，箱體7為長方體形箱體，在箱體的上部設有透明玻璃蓋板8，集熱器單元固定在箱體中，集熱面水平向上，主集熱管的開口端從箱體一側伸出。在箱體中、集熱器單元的下方傾斜的設有反光板9。
上述所有實施例中，本發明的單管口多分支自然循環管式集熱器在應用中僅主集熱管的連接埠與儲水箱連接，連接管路上不設動力泵，且所有集熱管的中軸線均與水平面平行，主集熱管的進水口和出水口為同一個口，同樣，任一一級分支集熱管的連接端與主集熱管的管腔聯通，任一二級分支集熱管的連接端與其連接的一級分支集熱管的管腔聯通，即：主集熱管與儲水箱之間形成水平運行的單管自然循環、每個一級分支集熱管與主集熱管間也形成了水平運行的單管自然循環，任一二級分支集熱管與其連接的一級分支集熱管間也形成了水平運行的單管自然循環。
本發明的實施例中僅給出了有一級分支集熱管和有二級分支集熱管的結構，事實上，在空間允許的情況下還可以設置更多級的分支集熱管。