本实用新型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，要实现则需要用高温泵和 潜入液体中的电机，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，同时了也未提出二维U型管的新概念；也未提出单层透明罩管构成的 U采管。

本实用新型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，并提供几种新的集热管和自动除垢水箱。

本实用新型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U型采能管、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U型采能管，或者固定连接有许多个 U型采能管，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，各聚光镜的轴位于其镜片端边的几何平分线之外 (以靠近采能管者称为内)较好，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，装在各聚光镜的端边上，复位簧的两端 与聚光镜和聚采架连接，在各聚光镜的一定的侧边上装有抗风板组件；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，所述主采能管是在一定罩管内能使二维同 时最大限度的接受太阳辐照的U型采能管，这种采能管叫二维U采管，简称二 维U管或双U管，不能使二维同时最大限度接受太阳辐照的U型采能管叫一 维U采管，简称一维U管或单U管；每个U型采能管都是直接或间接的和介 动管连接通的；

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U型采能 管的端口相连接，它的定接头和静止管道连接，与U型采能管的工质流入端连 接通的介动管叫介入管，与U型采能管的工质流出端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 盛在容器中而位于它下面的液体的上表面不接触，但液流能经过其末端而流入 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U 采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或聚采架，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围。

2、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。

3、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。

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

5、在所述贮液腔中有用于无太阳时备用的电加热器，此电加热器与所述电 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。

6、所述由太阳光伏电池和电动机构成的电路中，所述电动机是直流电动机。

7、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管芯各部分的外表面，全都 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。

8、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。

9、一种嵌入式二维U型采能管，简称嵌入式二维U管或嵌入式U管，涉 及太阳能应用领域，由U管芯、端封盖和罩管构成，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口连接，U管芯的两端口 伸出于罩管和端封盖之外，U管芯的拐弯端通过定位架支持于罩管的内表面， 其特殊之处在于：

a、所述U管芯由主热管及回热管和各自端接头构成，主热管的横截面积 大于回热管的横截面积，主热管沿母线方向有凹槽，回热管嵌入此凹槽中，叫 做嵌入式U管芯，为保证嵌入式U管芯不变形，可用加强箍套箍。

b、所述嵌入式U管芯，其主热管和回热管紧密接触的部分没有太阳能选 择吸收膜，除此部分外，其余全部外表面都具有太阳能选择吸收膜。

c、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。

10、一种用于太阳能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、通水管嘴及阀门构成，所述导热管由内箱的下部进入，由内箱的上部伸 出箱外，被包含在内箱中的一部分上，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，挠传器件的两端分别固结于除垢刷的两侧，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的方向进入滑轮园周， 绕过滑轮后，到达内箱上部，绕过内箱上部及顶部的滑轮组件后，由溢通管的 上口进入溢通管，从溢通管下口出箱后，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，进一步详述本实用新型。 其他实施例，本专业技术人员可以举一知三的类推。

图1是本实用新型的主视图，图2是其左侧视图，图3、图4、图5和图6 分别是几种二维U型采能管的主视图和俯视图，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，全部采能管和 全部聚光镜都与它连接，都由它支持。8是赤纬轴，9是时角轴，10是与跟日 机的起动复位电机相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，应该是直流电机， 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，有挠传器件12缠绕其腰部，沿与其转轴心线相垂直 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的周围的两侧 上。28是自动除垢水箱。

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，从其未端出来，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，能作吸收式或及附式制冷机的热源，；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)，也要通电，使三通旋塞阀29把导热管22和夜 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未画，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 抗风板组件，43是太阳光伏电池。

光伏电池43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43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条件下， 在聚采架上，沿着聚光镜开口平面的垂直方向上，在东西两方向的聚光镜之间 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，44是U管芯的两端口的接头，45是端封盖，46是定位架，47、50、51 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47和51。48是主热管，49是单层透明罩管，52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47和50之间 及50和51之间的主热管表面上，也可以分别照射到位于吸热板51和回热管52 之间及副热管52和吸热板47之间的主热管表面上，在这后一种情况下，吸热 板50可略去。在由透明罩管49与端封盖45和由主热管48及回热管52构成的 空间是真空。全部U管芯的外表都有太阳能选择吸收膜。

若把图3和图4中的吸热板47、50和51去掉，则图3和图4就变成了径 差式二维U管。

图5和图6分别是嵌入式二维U管的主视图和剖视图。图中53是U管芯 的两个端口接头，54是其端封盖，55是其透明罩管，56是其定位架，57是主 热管，58是回热管。它与径差式二维U管不同之处是其主热管57沿其母线方 向有凹槽，回热管58的一部分嵌入其中，另外57和58接触处无选择吸收膜， 并且它的主热管57的园孤中心线和罩管55的主线心可以很接近或重合，这种 在聚光镜焦线和罩管轴心线相重合的情况下，主热管57若是园孤吸收表面能得 到聚光束的垂直入射，吸收率高。同时因为自动跟日机的运载，若使主热管的 凹槽永远正对太阳，(恰巧，这时反射式聚光束垂直射入主热管57的弧面)，则 直接吸收的太阳能也是最多的。因为不通过翅片传热，所以这种二维U管的热 效率很高。

自动除垢水箱的附图，已包含在图1中，不必要单独画出，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。

总之本实用新型的优点为：(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，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)独创的嵌入式和翅片式二维 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。