一种太阳能真空管矩阵集热系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种太阳能真空管矩阵集热系统，包括用于介质流通的进水总管和出水总管；W个并联连接的太阳能真空管单元，所述每个太阳能真空管单元分别设置在所述进水总管和所述出水总管之间，包括N个串联连接的太阳能真空管组，介质输送泵，以及温度传感器；所述每个太阳能真空管组内设置有M个内部U形金属管并联连接的太阳能真空管，并通过进水主管与出水主管与相邻的太阳能真空管组相连接。采用本实用新型专利技术所述的太阳能真空管矩阵集热系统可廉价高效的获取热能，适用于工业生产，城市供热，热力发电等领域。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种太阳能真空管矩阵集热系统，属太阳能

技术介绍
当今社会倡导可持续性发展，其中，能源问题是制约人类可持续发展的关键问题。 作为能量来源的一种，太阳能取之不尽、用之不竭，地球每年获得的太阳能辐照量是人类全 部能源消耗的数万倍，如果能够对这部分能量加以充分地转化和利用，将会为人类可持续 发展提供能源保障。虽然有大量的研发人员为太阳能的利用付出了很多创造性的劳动，但 是由于人类所能接收到的太阳能的能量密度低、品质低，所以对其进行大规模直接利用的 技术难度仍很大。目前比较成熟的太阳能应用技术主要有光电转化和光热转化两大类。其中，太阳 能光热转化技术包括聚焦集热和真空集热两大类。聚焦集热，包括塔式定日镜聚焦、槽式聚焦和碟式聚焦等技术方法，通过聚焦，提 高了太阳能的能量密度，可以获得高温高压蒸汽，提高了太阳能的品质。但由于技术复杂、 光热转化效率低、热能损失大、聚焦技术投资成本过高等原因，不具备大规模使用的条件， 仍处于科研研发阶段，鲜有应用实例。真空集热，主要是太阳能真空集热管技术，是人类利用太阳能资源的一个成功典 范，以真空集热管为核心的太阳能热水器可以在各种环境、气候条件下应用；目前太阳能真 空集热管具有一定的尺寸规格，鉴于技术和成本问题，太阳能真空集热管不可能做的很大， 现有太阳能真空集热管的尺寸有限，真空集热管的受热面积小，每只真空集热管能够获得 的热能十分有限，在阳光充沛的条件下，一只最大集热效率的常规市售的真空集热管每小 时也仅仅只能够获得50大卡的热能，如果每小时要获得1吨蒸汽，则需要2万只集热管同 时工作才可以实现；而现有供热技术中，根据供热需求的不同，大多数工业锅炉的蒸汽量 远远大于1吨，甚至达到数十吨、数百吨，如果要使用太阳能真空集热管获得如此巨大的热 能，则需要数量极为庞大的真空集热管同时工作，只有合理地将庞大数量的真空集热管进 行布局连接，才可以获得具有经济性的太阳能真空管集热系统。通常的太阳能真空集热管的连接方式包括并联方式和串联方式，对于上述特大规 模的真空集热系统来说，如果采用串联方式，那么串联方式系统整体的阻力等于各串联个 体即每个太阳能真空集热管的阻力之和，个体串联的同时阻力也实现了串联，考虑到成本 与效率等因素，系统的总阻力不可能无限增大，因此系统内太阳能真空集热管的串联数也 不可能无限增大；一般的说，由于真空集热管串联后阻力进行了叠加，所以如果将大量的真 空集热管串联那么将会影响到真空集热管串联系统内介质的流动速度，流动速度太慢容易 在吸热后太阳能真空集热管局部出现高温，这样会使得局部介质汽化，产生气阻，从而在介 质流动过程中在产生汽化的地方介质一旦流经就会被瞬间汽化，无法实现介质在真空集热 管内的顺利流通吸热，影响了吸热效率，所以采用串联方式只能串联十数支，至多不过数十 支真空集热管。对于并联方式而言，现有技术中，中国专利文件CN201355026Y公开了一种介质为 导热油的太阳能蒸汽发生器，所述蒸汽发生器包括由若干个介质为导热油的单元集热器并 联组成的太阳能集热器总成，在每个单元集热器中设置有并联连接的多个太阳能真空集热 管，从而在整体上形成了真空集热管并联形成管组，管组和管组再并联的真空集热排列组 合，上述并联连接方式较之串联连接方式而言，真空集热系统内部的阻力较小，但是其仍然 存在如下问题第一、由于即便规格相同的各个真空集热管的长度都不可能完全相同，而且各个 真空集热管在制造时其焊缝的焊接精度也是不完全相同的，所以导致各个真空集热管内部 的介质流动环境不同，从而表现为在整个真空集热系统中各个真空集热管内部的阻力均不 同，那么就无法实现全系统的阻力匹配。上述阻力不匹配的问题造成各管组之间介质的流 量不同，由于是并联关系，进入管组内部的各个真空集热管内部的介质流量就更加不同，从 而导致经真空集热管后的介质加热不均勻，有些真空集热管内介质流量低，则温度高，有些 真空集热管内介质流量高，则温度低，势必影响真空集热系统的整体效率，也就是说，并联 再并联的方法无法解决流量分配问题，相反地反而放大了流量的不均勻性。第二、采用上述组内并联、管组再并联的真空集热系统，该系统只具有一个进水管 和一个出水管，在所述真空集热系统内部的介质相当于只经过一个真空集热管进行加热， 用热品质很低。为了解决上述在太阳能真空集热系统中单纯使用多个太阳能真空管串联的 方式或者多个太阳能真空管并联的方式所存在的问题，现有技术中，中国专利文献 CN201255519Y就公开了一种将并联和串联方式同时引入的太阳能真空集热系统，该技术主 要涉及的是一种热水器集热栅中U形管的连接结构，该结构将若干一端开口的真空管上下 排列横向安装在集热栅中，每根真空管内对应设有一根U形管，若干U形管通过弯头在真空 管的开口端处串联形成具有一个进水口和一个出水口的集热管组，该技术先对太阳能真空 管进行串联、再对所述经串联后的真空管进行了并联设置，先对太阳能真空管进行串联，容 易由于串联个数较多而产生前述的气阻问题；此外，再对经串联后的真空管进行并联，由于 其没有限定进水主管和U形管的内径关系，所以容易导致并联数量较大时，距离进水主管 较远的太阳能真空管表现为其内部介质流动阻力大，流量急剧下降，也很容易产生气阻问 题。此外，该技术中所述的太阳能真空集热系统其在上述经并联后的真空管之间都是 采用同一根进水管和同一个出水管，这样对于每一组经串联后的真空管而言，都是冷水进 而热水出，然后热水进行集中输出。使用上述技术中的集热管连接方式，每一组经串联后 的真空管中排出的热水的温度只是在经过N个集热管后接收到的太阳能热量后获得的，这 样上述串联后的真空管再经并联后，最终获得的集中输出的热水的温度都是等于上述每一 组经串联后的真空管所获得的热水的温度。实际上，此时获得的热水的温度完全无法达到 100摄氏度，一般情况只能达到80摄氏度，无法将太阳能充分利用进行热能的转化，表现为 太阳能的热能利用率很低。从上述分析可知，目前对于特大规模的太阳能真空集热系统而言，并没有一个合 理的组合连接方式使经组合后的太阳能真空集热系统具有较大的太阳能利用效率和热能 转换效率，并获得高品质的热能。而实际上现有技术中也的确没有数万、数十万、数百万只真空集热管同时工作的真空集热系统。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是现有技术中的太阳能真空管全串联或者全并 联，又或者组内串联后再并联的连接方式，均无法适用于特大规模的太阳能真空集热系统， 无法获得高品质的热能，也无法实现太阳能利用率的提高，进而提供一种可以获得较高温 度的介质、且对太阳能利用率高的太阳能真空集热装置。为解决上述技术问题，本技术提供了一种太阳能真空管矩阵集热系统，包括 进水总管和出水总管；以及设置在所述进水总管和所述出水总管之间的W个并联连接的太阳能真空管 单元；其中，每个所述太阳能真空管单元由N个太阳能真空管管组串联组成，沿介质流 动方向，前一个太阳能真空管管组的出水主管和相邻的下一个太阳能真空管管组的进水主 管相连接；每个所述太阳能真空管管组具有一个进水主管和一个出水主管，在所述进水主管 和所述出水主管之间并联设置M个太阳能真空管，且所述M个太本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于，包括进水总管和出水总管；　　以及设置在所述进水总管和所述出水总管之间的Ｗ个并联连接的太阳能真空管单元；　　其中，每个所述太阳能真空管单元由Ｎ个太阳能真空管管组串联组成，沿介质流动方向，前一个太阳能真空管管组的出水主管和相邻的下一个太阳能真空管管组的进水主管相连接；　　每个所述太阳能真空管管组具有一个进水主管和一个出水主管，在所述进水主管和所述出水主管之间并联设置Ｍ个太阳能真空管，且所述Ｍ个太阳能真空管的进水端连接在所述进水主管上，所述Ｍ个太阳能真空管的出水管连接在所述出水主管上；　　所述太阳能真空管矩阵集热系统的进水总管分别和每个所述太阳能真空管单元中的沿介质流动方向的第一个太阳能真空管管组的进水主管连接，所述太阳能真空管集热系统的出水总管分别和每个所述太阳能真空管单元中的沿介质流动方向的第Ｎ个太阳能真空管管组的出水主管连接；　　其中，所述进水主管和出水主管的内径等于所述太阳能真空管Ｕ形金属导热管内径的５～１５倍，Ｍ小于或者等于２００，所述Ｎ小于或者等于４００，且Ｎ、Ｍ、Ｗ为不等于０的整数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卓卫民，左丽，卓宇轩，袁儒正，张亮，魏稳，高科，熊一峰，
申请(专利权)人：卓卫民，
类型：实用新型
国别省市：32