U管太阳万能器

本发明涉及太阳能应用领域，特别是中高温太阳能应用领域。

在中国专利号为98200835.X和01121394.9中，提出了中高温利用太阳能的技术方案和产品，能够实现中高温利用太阳能，但都不能摆脱热管和与之直接换热的高位水箱或换热的油箱，以及由此水箱或油箱与地面静止容器之间较长的柔性的易损耗热量的连接管道，此高位动水箱和下面的静水箱配合，虽然对于沸水、热水和蒸汽同时并产，以及作为副产品的使家庭自产长寿健美食用水等等是不可少的，但高位水箱影响美观和采光面积，且使用不便。在申请号为01121394.9中，也提出了U型真空管方案，但提出的是闭路循环，要实现则需要高温泵和耐高温的电机，以及与太阳辐照强度相适应的工质流量控制系统，因而成本较高，同时也未提出二维U型管的新概念；也未提出单层透明罩管构成的U采管。

本发明的目的就是要解决上述问题，要提供一种不用高位水箱或油箱的便于增大采光面积的热损更小的且易吸收漫射光的成本更低的中、高温利用太阳能的装置，并提供了几种新的集热管和自动除垢水箱。

本发明是通过如下装置实现的：1、一种U管太阳万能器，涉及太阳能应用领域，包括强制循坏采能管、聚光镜、聚采架、介动管、导液管、液体推进器、电机、贮液腔及管道、太阳电池和自动跟日机，其特殊之处在于：a、在所述聚采架上固定连接有一个强制循环采能管，或者固定连接有许多个强制循环采能管，全部聚光镜的轴承座都与聚采架固定连接，各聚光镜以其转轴与聚采架上的轴承座活动连接，用于使全部聚光镜处在具有共同焦线或共同焦带的位置上的复位弹簧和定位组件，装在各聚光镜框的端边上，复位簧的两端与聚光镜框和聚采架连接，能够把各聚光镜的公共焦线或公共焦带包含于自身吸热元件中的采能管是不可缺少的主采能管，其余采能管叫副采能管；b、所述介动管是可弯曲的挠性管，它的动接头直接或间接的和强制循环采能管的端口相连接，它的定接头和静止管道连接，与强制循环采能管的工质流入端连接通的介动管叫介入管。与强制循环采能管的工质流出端连接通的介动管叫介出管；c、所述液体推进器，是能把液体推向前进而泵送到目的地的器件，它由传力轴和叶轮组成，或者是作直线运动的泵类，所述传力轴与电动机作可传力矩的连接，传力轴与包围液体推进器的外壳活动连接，此外壳与电机都固定在机架上，此外壳和贮液腔连接通，此外壳的一端是开口的，所述传力轴插入此开口中，另一端直接的或通过管道或经过用热空间而间接的和介入管的定接头连接通；d、所述导液管高于贮液腔的液面，导液管的工质进口端直接的或通过管道或经过用热空间而间接的与所述介出管连接通，所述导液管的出口端即末端，和盛在容器中而位于所述末端下面的液体的上表面不接触，但液流能经过该末端而流入该容器，即整个液路是开式循环；e、所述贮液腔和所述包围液体推进器的外壳连接通，其容积应大于全部强制循环采能管的位于罩管内的那一部分芯管的总容积；f、所述太阳电池直接或间接的连接于自动跟日机的载物架，其电极直接或间接的与所述电动机的电极构成一种相关电路作电连接；g、所述自动跟日机由其载物架实现其自动跟踪太阳的动作，所述聚采架直接或间接的与载物架固定连接；h、所述贮液腔和全部管道，除了U型采能管的透明罩管和被包容于用热空间中的那部分管子以外，其余全部由隔热材料包裹。

2、所述强制循环采能管是U型采能管，简称U采管，或者是具有在其罩管两端附近开口的内管的并具有隔热夹层的直通式采能管，用来作为主采能管的U采管是二维U采管，即是在一定罩管所界定的空间内，具有能使二维同时最大限度的接受太阳辐照的芯管的U采管，简称二维U管或双U管，不符合这些条件的U采管就叫一维U管或称单U管。

3、所述最短介动管的动接头位于所述自动跟日机的赤纬轴或高度角轴的延线或其近旁，最短介动管的定接头位于所述自动跟日机的时角轴或方位角轴的延线或其近旁。

4、所述液体推进器的传力轴是空心的或实心的，对于空心轴，导液管的出口端是插入其中而不与空心转轴接触的，液流通过空心轴的下端或园周上的孔流出，对于实心的传力轴或作直线运动的液体推进器，导液管是从其旁边的与贮液腔直接或间接连接通的管道中插入。

5、在介入管的和介出管的定接头之间或其以外，有液通管把它两者之间连接通，在使工质流向介入管的定接头的管道和液通管连接通处，置有用于使工质流向介入管或流向液通管的由电磁操纵器操纵的自动转换阀。

6、在所述贮液腔中有备用的电加热器，此电加器与所述电动机和操纵自动转换阀的电磁操纵器构成相关的另一种电路。

7、所述各聚光镜在其一定的侧边上装有抗风组件，它包括抗风板及其轴和复位簧以及助开板及其轴，抗风板以其轴铰接于聚光镜框边上，助开板以其轴铰接于聚光镜框背面，助开板是杠杆，杠杆的力臂是迎风板，其重臂介于抗风板和聚光镜框的背面之间，靠近抗风板。

8、一种二维U型采能管，简称二维U管或双U管，涉及太阳能应用领域，由U管芯及端封盖和罩管构成，其特殊之处在于：a、U管芯与端封盖连接，端封盖的周边与单层透明罩管的或双层真空管罩管的端部连接，U管芯的两端口伸出于罩管和端封盖之外，U管芯的拐弯端经过定位架支持于罩管的内表面；b、所述U管芯由主热管和回热管及各自端接头构成，主热管由基管和沿基管轴线方向的与基管作传热连接的指向不同方向的吸热板构成，或者主热管只由基管构成；c、所述由基管和吸热板构成的主热管，至少有两个吸热板的方位，是与同时含有主热管轴心线和回热管轴心线的平面相垂直或近似垂直的，带有这种吸热板的U型采能管叫翅片式U管；d、所述位于U型采能管的透明罩管之内的U管芯的外表面，具有太阳能选择吸收膜；e、所述由单层透明罩管和U管芯及端封盖构成的空间是真空。

9、U管芯的仅仅只由基管构成的主热管的横截面积大于回热管的横截面积；这种U管芯叫径差式U管芯，这种U管芯构成的二维U型采能管叫径差式U管。

10、一种用于U管太阳万能器加热水的自动除垢水箱，由内箱及包围内箱的保温箱壳和伸出箱外的阀门、管道构成，其特殊之处在于：a、所述内箱，由内箱壁及套有除垢刷的导热管、滑轮组件、挠传器件、溢通管和与外界连通的通水管嘴及阀门构成，所述导热管是由传热介质流过其中以供在水箱中放热的管道，其进口端和出口端固连于箱壁，内箱中套有能绕该导热管外园周往复旋转的除垢刷，内箱壁上装有滑轮组件，挠传器件的两端固结于除垢刷的侧面，并沿相反方向缠绕除垢刷后，沿着与除垢刷旋转轴线相垂直或近似垂直的方向，从除垢刷引出后，通过固定于水箱内壁上的滑轮组件改变方向，最后由溢通管的上口进入溢通管，从溢通管下口出水箱后，挠传器件的两端固结在有动力驱动的轮子上；b、所述溢通管是以与地面垂直或近似垂直的方向固定在所述内箱的下部壁上的，其上口靠近箱顶但不与其接触，其下口伸出箱外；c、在所述箱壁装有通水管嘴及阀门。

下面列举每种方案的实施例之一，并结合其附图，进一步详述本发明。其他实施例，本专业技术人员可以举一知三的类推。

图1是本发明的主视图，图2是其左侧视图，图3和图4分别是例举的二维U型采能管的主视图和俯视图，图5和图6分别是卧式自动除垢水箱的主视图和俯视图。下面分别说明。

在图1中，1是聚光镜，2是动接头，3是作为主采能管所用的二维U型采能管，简称二维U管或双U管，主采能管由图1中左、右两根串联组成，4是图中左边的主采能管的入口端，其出口端和图示右边主采能管的入口端串接，5是图示右边主采能管的出口端，6是自动跟日机的载物架，7是聚采架，采能管和聚光镜都与它连接，都由它支持。8是赤纬轴，9是时角轴，10是与跟日机的起动复位电机作可传力矩连接的有动力驱动的轮子，11是自动跟日机，例如可以是在自动跟踪太阳工作时不用外界能源之力驱动的具有赤纬轴和时角轴的簧轮自动跟日机，也可以是具有方位角轴和高度角轴的用电机驱动的其它自动跟日机。12是和除垢刷相连接的力传器件，例如钢丝绳。13是电动机，最好是直流电机，以便和光伏电池发的电直接相连，且易于实现随太阳光强变化而改变工质循环速度。14是液体推进器的外壳，即包围它并对它的转轴进行支持的外壳。15是导液管，其液体出口端即其末端，是悬在液体推进器的空心轴19中的。16是电加热器，备用于在无太阳时或太阳光强不够时，继续给用热空间供热。17是液体推进器的叶轮，和空心转轴19固定连接。18是工作介质，简称工质。20是贮液腔。21是自动除垢水箱的内箱壁。22是位于内箱中的有工质流在其中的导热管。23是保温箱壳。24是进、出水管嘴及阀门，其端口可接长管。25是溢通管，竖立并固连于箱底，其上口与箱顶保持一定间距。26是除垢刷，套在导热管外园周可绕其往复旋转，有传器件12缠绕其腰部，因为是立式自动除垢水箱，故力传器件沿着与导热管的轴心线相垂直方向绕过滑轮27后，向上方绕过滑轮拐弯，最终绕过固定于内箱顶部的滑轮后，由溢通管25的上口进入，从溢通管下口穿出后，再绕过若干滑轮，最后，挠传器件的两端固结于由自动跟日机的起动复位电机所驱动的轮子10的周围的例面上。28是立式自动除垢水箱。

29是由电磁操纵器36操纵的自动转换阀(例如三通旋塞阀)，导热管22中的工质在水箱中放热后，由其上部进入阀29，沿图示向上的管路经过图中左边那个定接头31，进入介入管32，最后流经U管芯的主热管的进口端4，进入主采能管3中。有太阳时工质经过主采能管3加热后，进入右边采能管继续加热，此因左边采能管的出口端和右边采能管的进口端是串联的，然后，从右边采能管的出口端5流入介出管33，经过右边的定接头31，流入导液管15，从其末端流入空心轴19，经过空心轴19和贮液腔20进入水箱中的导热管放热。如此循环不已。

到夜晚或阴雨天时，如果三通旋塞阀29的阀芯转过90°，则受液体推进器推动而从导热管出来的工质，因通往介入管32的路已堵塞，工质便将进入夜通管30，流入导液管15，从其末端出来，流入空心轴19，由其周边孔或其下口进入贮液腔，以便被电加热。这样以电为辅助热源，就可昼夜不停的把热量送往各种用热空间(不一定是水箱)。工质可用导热油，它可被加热到很高的温度，能作吸收式或吸附式制冷机的热源，也可用热泵或热水给室内供暖，或用于工农业产品的快速烘干等。

在图2中，34是外壳14的开口端，35是与电机齿轮相啮合的液体推进器轴上的齿轮，36是操纵自动转换阀用的电磁操纵器，其电极和电动机13的及电加热器16的电极及电源构成相关电路，即当电加热器16开始通电时，电磁操纵器36(例如电磁铁组件等)，也要通电，使三通旋塞阀29把导热管22和液通管30连接通，同时接通电机13的电路，使液体推进器的叶轮17工作，推动工质循环。当需要把电加热器断开电源时，电磁操纵器36的电流也要接通一瞬间而使三通旋塞阀29把导热管22和介入管32连接通，然后断电；同时电动机13也要断电。37是保温隔热层。在图1中，除自动除垢水箱28以外，其余各种需保温的器件外围的隔热层已全部卸去末画，这是为了说明其结构的方便。38是聚光镜的定位组件，它和聚光镜轴上的弹簧39(例如扭簧)相互作用，以使聚光镜能把阳光射入主采能管中，41是聚光镜轴，40是其轴承及其座，42是助开板及其轴，43是其重臂，44是复位簧，45是抗风板及其轴，46是太阳光伏电池。

光伏电池46的电极与直流电机13构成与前述不同的另一种电路。只要聚光镜1能使主采能管3工作(加热工质)，光伏电池46也就能使电机13工作，从而使工质进行开式循环而运送热量；随着太阳光强的变化，加热速度和工质的流速或流率就形成共增共减关系。若太阳光强达到不能使光伏电池和采热系统工作(例如夜间或阴雨天)，工质便自动由全部主、副U型采能管流回贮液腔20及各保温管道(因是开式循环)，以减免热损耗，由于管道可弯曲，故很易实现热二极管效应，把热管真空管太阳热水器的长处取来。

主采能管不能吸收漫射光，为了吸收漫射光，可在不遮挡主采能管的条件下，在聚采架上，沿着与聚光镜开口平面的垂直方向上，在东西两方面的聚光镜之间装若干副采能管。副采能管可以是一维U管或二维U管。

图3是翅片式二维U型采能管(简称翅片式U管)的主视图，图4是其剖视图，47是U管芯的两端口的接头，48是端封盖，49是定位架，50、53、54是三个吸热板，作为主采能管安装时，必须使直接射入的阳光永远垂直于或近似垂直于吸热板50和54。51是主热管，52是单层透明罩管，55是回热管，由聚光镜形成的两条聚光焦带或焦线，可以分别照射到位于吸热板50和53之间及53和54之间的主热管表面上，也可以分别照射到位于吸热板54和回热管55之间及副热管55和吸热板50之间的主热管表面上，在这后一种情况下，吸热板53可略去。在由透明罩管52与端封盖48和由主热管51及回热管55构成的空间是真空。全部U管芯的外表面都有太阳能选择吸收膜。

若把图3和图4中的吸热板50、53和54去掉，则图3和图4就变成了径差式二维U管。

所述强制循环的采能管，也包括具有在罩管两端附近开口的内管的并具有隔热夹层的直通式采能管。但若用这种采能管，则至少有一端的介动管将很长，散热较多，且不便于作成大功率的。故本发明所用采能管主要是U形管，故取名为U管太阳万能器。

立式自动除垢水箱的附图，已包含在图1中，只要使自动跟日机的起动复位电机每日反复旋转一瞬间，就能通过传力轮10和力传器件12(例如钢丝绳等)，带动除垢刷26抱住导热管22反复旋转，必能使导热管22永无水垢而导热良好。卧式自动除垢水箱的附图如图5和图6所示，和立式自动除垢水箱一样，在图5和图6中，22是导热管，12是连到传力轮的力传器件，25是溢通管，27是滑轮，23是保温材料，56是力传器件的连接点，26是除垢刷。

总之本发明的优点为：(1)因免去了动热箱，故能在自动跟日机负载不变时，通过增大采光面积而成倍增大功率，降低成本；(2)夜间或阴雨天，开式循环使全部主、副采能管中工质自动放空，并可实现热二极管效应，保温极好；(3)工质循环不要外界能源作动力，所以无电地区照用不误；(4)液体推进器采用直流电机，阳光强时加热快，循环也快；阳光弱时加热慢，循环也慢，即闷晒时间长，有利于热媒工质的温度稳定；(5)易于实现热媒工质的较远距离传送，这对于较高层建筑的太阳能制冷或采暖很有用；(6)克服了重力热管的限制，在用于烧水时可完全把水箱置于聚光镜下，或作成保温水池，不占采光面积；(7)U型采能管可双向安装，在北半球地方，聚光镜可向北扩展，冬天采能管北高南低，在楼顶最北边安装的一列产品，可截获楼外阳光；(8)以导热油等为工质，升温快，温度高，用于制冷空调，制冷系数大；(9)独创的翅片式二维U管，在一定罩管内，既能最大限度的直接吸收阳光，又能最大限度的吸收聚光束；(10)自动除垢水箱，彻底解决了沸水和热水器结垢的难题。