CN102538229A - 一种双排太阳能真空管矩阵集热系统 - Google Patents

Abstract

本发明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个并联连接的太阳能真空管管对，并通过进水主管和出水主管与相邻的太阳能真空管组相连接，所述每个真空管管对包括两个内部U形金属管串联连接的太阳能真空管。采用本发明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。

Description

一种双排太阳能真空管矩阵集热系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能真空管矩阵集热系统，属太阳能技术领域。 

背景技术

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匀，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匀性。 

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。 

发明内容

本发明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，本发明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个太阳能真空管管对，且所述M个太阳能真空管管对内部U形金属管的进水端连接在所述进水主管上，所述M个太阳能真空管管对内部U形金属管的出水端连接在所述出水主管上； 

每个所述太阳能真空管管对由内部U形金属导热管串联连接的两个太阳能真空管组成，所述两个太阳能真空管内部U形金属导热管之间的夹角为α。 

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，α小于或等于180°，且N、M、W、α为不等于0的整数。 

所述M为100～150，N为150～250，α为180°。 

所述M更优选为120，N为180。 

所述进水主管和所述出水主管的内径相同，所述进水总管和所述出水总管的内径相同，所述进水主管和所述出水主管的内径小于所述进水总管和所述出水总管的内径。 

在每个太阳能真空管单元中，沿介质流动方向，在所述第一个太阳能真空管管组的进水主管上连接设置有载热介质驱动泵。 

在每个太阳能真空管单元中，沿介质流动方向，在所述第N个太阳能真空管管组的出水主管上连接设置有温度传感器，在所述载热介质驱动泵上设置有与所述温度传感器相连接的驱动泵转速控制器，所述驱动泵转速控制器接收所述温度传感器发来的数据信号，并将所述数据信号转换为数据信息，所述驱动泵转速控制器根据上述数据信息控制所述载热介质驱动泵进行转速调节。 

在所述太阳能真空管矩阵集热系统的进水总管上设置载热介质驱动泵。 

在所述出水总管的出水口处连接设置有换热蒸发器，所述换热蒸发器的载热介质入口端与所述出水主管相连，所述载热介质出口端与所述进水主管相连，构成集热闭路循环；所述换热蒸发器的用热介质入口端与所述热用户的出口端相连，所述换热蒸发器的用热介质出口端与所述热用户的入口端相连，构成用热闭路循环。 

所述热用户的出口端和所述换热蒸发器的用热介质入口端通过加压泵实现连接。 

所述载热介质为水介质或者有机介质。 

所述太阳能真空管包括玻璃外管和玻璃内管，所述玻璃内管嵌套设置于所述玻璃外管内形成真空夹层，在所述玻璃内管内部还设置有U形金属导热管，所述U形金属导热管的内径为玻璃内管内径的0.05～0.4倍。 

所述太阳能真空管中U形金属导热管的内径为玻璃内管内径的0.1～0.2倍。 

本发明具有如下所述的优点： 

(1)本发明所述的太阳能真空管矩阵集热装置采用了组内串联再并联、组外串联再并联的连接方式实现了大规模太阳能真空管的连接，所述组内串联是指将两个太阳能真空管串联连接，形成一个太阳能真空管对，再将M个太阳能真空管进行并联连接，上述M个太阳能真空管组内并联后形成一个太阳能真空管管组，所述N个太阳能真空管管组再串联连接，实现管组外串联形成一个太阳能真空管单元，再将经串联后的所述W个太阳能真空管单元进行进一步并联从而形成了整体的矩阵结构；相对于现有技术而言，本申请通过设置一定数量的太阳能真空管并联形成所述太阳能真空管管组，一定数量的太阳能真空管管组串联形成所述太阳能真空管单元，同时限定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，这保证了每组太阳能真空管组内部U形金属导热管当量直径与主管直径的合理匹配，使每支U形金属导热管内载热工质的流速不至于过慢或过快，限定了每支U形金属导热管都具有适当的沿程阻力损失，既不会因单支U形管阻力过大，导致系统总阻力过大，也不会因单支U形管内流速过慢，产生层流，影响传热效率，更重要的，具有适当的沿程阻力损失可忽略掉因U形管长度、焊缝等因素造成的有差异的局部阻力损失，实现系统的阻力匹配。 

所述太阳能真空管矩阵集热系统在实现管组外串联时，相邻两个太阳能真空管管组的连接方式沿所述介质流动方式是前一个太阳能真空管管组的出水主管和下一个太阳能真空管管组的进水主管相连接，这样就保证了介质在各个太阳能真空管管组中被多次加热，最终达到理想的温度； 

本发明通过管组串联形成单元后，单元再并联，由于在本申请所述太阳能真空管矩阵集热系统形成太阳能真空管单元后已经解决了阻力不匹配的问题，所以通过上述太阳能真空管单元并联，则可以使得系统获得更多的吸热面积，从而利用更大的吸热面积捕捉太阳能； 

本发明设置所述太阳能真空管矩阵集热系统通过上述串、并、串、并的分段式设置，有效地协调了系统内部的阻力，从而可以更好地提高载热 介质的载热流动效率，提高了太阳能真空管矩阵集热系统的集热和热转化效率。 

经检测证实，本发明所述的太阳能真空管矩阵集热系统经太阳能辐照吸热后可以使得载热介质的温度升高到200摄氏度以上。 

(2)本发明所述的太阳能真空管矩阵集热系统中，设置所述两个太阳能真空管相连接的U形金属导热管之间的夹角α等于180°，从而保证了两个串联连接的U形金属导热管处于平铺状态并吸收太阳光，较之传统的夹角α等于0°的连接状态，两个太阳能真空管的U形金属导热管之间不会相互遮挡，能更充分地吸收太阳光进行热能转换，提高了集热效率； 

此外，设置两个U形金属导热管平铺连接，较之非串联状态的U形金属导热管而言，其只需要设置一个主管，而非串联状态的U形金属导热管则需要两个相同长度的主管连接，由于主管长度的总体加长，主管又是最容易产生热量损耗的地方，所以本发明所述的太阳能真空管矩阵集热系统通过上述设置有效地减少了能量的损耗。 

设置两个U形金属导热管平铺连接增加了系统的结构稳定性，对于自然条件恶劣、风沙很大的地区，这种结构无疑会降低在使用过程中真空管的损坏率；同时，U形金属导热管平铺连接可以使真空管的更换变得十分的简单。 

此外，当两个太阳能真空管内部U形金属导热管之间的夹角α为180°时，可根据当地维度和风沙情况调节每个真空管组与水平面之间的夹角β，β小于90°，使每个真空管组在保证结构稳定性的前提下达到最大的吸热量。 

(3)本发明所述的太阳能真空管矩阵集热系统设置所述进水主管和所述出水主管的内径小于所述进水总管和所述出水总管的内径。上述设置保证了总管与主管间当量直径的匹配，使载热工质从总管流至主管和从主管 流至总管时流速不产生大幅度变化，也保证了系统的阻力匹配。 

(4)本发明所述的太阳能真空管矩阵集热系统在每个太阳能真空管单元中，沿介质流动方向，在所述第一个太阳能真空管管组的进水主管上连接设置载热介质驱动泵，通过所述载热介质驱动泵的设置可以在介质进入每一个太阳能真空管单元时，通过载热介质驱动泵转速的调节更好地去调节进入太阳能真空管单元内的介质的驱动力； 

由于本发明设置的太阳能真空管矩阵集热系统可以通过换热获得高温蒸汽，这些高温蒸汽可以给载热介质驱动泵提供动能，从而实现了载热介质经所述太阳能真空管矩阵集热系统出水总管输出后，可以利用自身转化后获得的蒸汽驱动所述载热介质重新经所述进水总管进入真空管集热装置中，再次进行加热，这样整体也节约了能耗。 

(5)本发明所述的太阳能真空管矩阵集热系统在每个太阳能真空管单元中，沿介质流动方向，在所述第N个太阳能真空管管组的出水主管上连接设置有温度传感器，在所述载热介质驱动泵上设置有与所述温度传感器相连接的驱动泵转速控制器，所述驱动泵转速控制器接收所述温度传感器发来的数据信号，并将所述数据信号转换为数据信息，所述驱动泵转速控制器根据上述数据信息控制所述载热介质驱动泵进行转速调节。在所述第N个太阳能真空管管组的出水主管上设置温度传感器，通过采集出水主管内载热工质的温度，动态调节驱动泵的转速，从而有指导性地实现了对所述每个太阳能真空管管组内各个太阳能真空管内气阻的适应性调节，有效的降低生产的成本。 

(6)本发明所述的太阳能真空管矩阵集热系统设置所述太阳能真空管中U形金属导热管的内径为玻璃内管内径的0.05～0.4，该设置保证了所述U形金属导热管具有适宜的直径，从而进一步保证了所述太阳能真空管系统具有较小的热惯性和较高的热效率，缩短系统的预热时间，从而可以在最短的时间内获得温度的快速升高，且适宜的直径也保证了U形金属导热 管不会由于直径太小在载热介质流通的过程中产生影响介质顺畅流通的气阻；从而缩短了系统的预热时间，可以在最短的时间内获得理想的温度。 

附图说明

为了使本发明的技术内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中： 

图1是本发明所述太阳能真空管管对的侧部结构示意图； 

图2是本发明所述太阳能真空管管组的俯视图； 

图3是本发明所述太阳能真空管单元的结构示意图； 

图4是本发明所述设置有载热介质驱动泵的太阳能真空管矩阵集热系统的结构示意图； 

图5是本发明所述设置有载热介质驱动泵、换热蒸发器、用户端的太阳能真空管矩阵集热系统的结构示意图； 

图6是本发明所述设置有温度传感器、驱动泵转速控制器、载热介质驱动泵、换热蒸发器的太阳能真空管矩阵集热系统的结构示意图。 

附图中各标号分别表示为：太阳能真空管管对-1；玻璃外管-2；玻璃内管-3；U形金属导热管-4；进水总管-5；出水总管-6；进水主管-7；出水主管-8；载热介质驱动泵-9；换热蒸发器-10；加压泵-11，温度传感器-12，太阳能真空管管组-13，保温材料-14，硅胶垫-15，保温箱-16。 

具体实施方式

实施例1

图4显示的是本发明所述太阳能真空管矩阵集热系统的主视图，从图中可以看到所述太阳能真空管管对1呈矩阵式整齐排列，其中，所述太阳能真空管管对1的结构见图1所示，其由两个太阳能真空管串联组成，所述第一个太阳能真空管的U性金属导热管的介质出口和与其连接的第二个太阳能真空管的U形金属导热管的介质进口相连接，从而通过U形金属导热 管连接实现所述两个太阳能真空管的串联连接；所述两个太阳能真空管的连接在一起的U形金属导热管之间具有角度为α的夹角，其中α小于或等于180°；所述U形金属导热管倒置，从所述U形金属导热管的顶端至其连接部利用嵌套在一起的玻璃外管2和玻璃内管3将其套在所述玻璃内管3内部。当α等于180°时，所述太阳能真空管管对的结构图见图1所示。 

在所述进水主管和所述出水主管之间并联设置M个太阳能真空管管对，且所述M个太阳能真空管管对内部U形金属管的进水端连接在所述进水主管上，所述M个太阳能真空管管对内部U形金属管的出水端连接在所述出水主管上； 

所述进水主管和出水主管设置在所述保温箱16内部，在所述保温箱16内部填充有保温材料14，硅胶垫15设置在所述玻璃外管2和所述保温箱16之间，用于实现上述二者之间的保温和隔水。 

本发明所述太阳能真空管矩阵集热系统，将上述管对进行组内并联形成管组(结构参见图2)，管组之间再串联的结构图如图3所示，该图中示出的是上述连接结构的俯视图结构。所述太阳能真空管矩阵集热系统包括两个用于介质流通的总管，其中一个总管为进水总管5，另一个总管为出水总管6；在所述进水总管5和所述出水总管6之间设置有一个太阳能真空管单元，在该太阳能真空管单元中设置有180个所述太阳能真空管管组，每个太阳能真空管管组13都具有一个进水主管7和一个出水主管8，180个太阳能真空管管组13相串联连接，连接时第一个太阳能真空管管组13的进水主管7和所述进水总管5连接，沿介质的流动方向，第180个太阳能真空管管组13的出水主管8和所述出水总管6连接。此外，沿介质流动方向，所述第一个太阳能真空管管组13的出水主管8和与其相邻的第二个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接，依次类推，所述第179个太阳能真空管管组13的出水主管8和第180个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接。 

其中，在每个太阳能真空管管组13内，设置有并联连接的100个太阳能真空管管对1，100个太阳能真空管管对1中每个太阳能真空管管对1内的U形金属导热管4的两端中位于同侧的一端都分别连接在同一个进水主管7上，另一端都分别连接在同一个出水主管8上。 

在本实施例中，设置所述进水总管5和所述出水总管6的直径相同为50mm，所述进水主管7和所述出水主管8的内径相同为45mm，所述玻璃外管2的外径为41mm，玻璃内管3的内径为30mm，所述U形金属导热管的内径为3mm。 

在本实施例中选择所述介质为水介质。 

本实施例所述的太阳能真空管1矩阵集热系统在工作时，水介质经所述进水总管5进入所述集热系统中，并通过所述串联连接的第一个太阳能真空管管组13的进水主管7进入所述第一个太阳能真空管管组13内，在所述第一个太阳能真空管管组13内水介质分别经过并联连接的100个太阳能真空管管对1的进水口，并经相对应的出水口排出，在上述过程中，所述太阳能真空管管对1内部的U形金属导热管4吸收太阳能，介质在流经所述太阳能真空管管对1的过程中，吸收太阳能而实现介质温度升高，升高温度后的水介质都汇集到所述第一组太阳能真空管管组13的出水主管8处；出水主管8将加热后的水介质传输至与其连接的第二组太阳能真空管管组13的进水主管7处，并再次重复前述步骤在100个太阳能真空管管对1中进行进一步吸热升温，并将进一步升温后的水介质汇集到第二组太阳能真空管管组13的出水主管8处；之后再将进一步升温后的水介质传输到所述第三个太阳能真空管管组的进水主管7处，同样重复上述步骤，再升温后将最后得到的载热介质经由第100个太阳能真空管管对的出水主管8输入至所述出水总管6上，经所述出水总管6输出，进行热利用。 

对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为180摄氏度。(测试条件为天气晴，升温时间为2小时) 

实施例2

在本实施例中同样在所述进水总管5和所述出水总管6之间设置一个太阳能真空管单元，在该太阳能真空管单元中设置有250个所述太阳能真空管管组13，每个太阳能真空管管组13都具有一个进水主管7和一个出水主管8，250个太阳能真空管管组13相串联连接，连接时第一个太阳能真空管管组13的进水主管7和所述进水总管5连接，沿介质的流动方向，第250个太阳能真空管管组13的出水主管8和所述出水总管6连接。此外，沿介质流动方向，所述第一个太阳能真空管管组13的出水主管8和与其相邻的第二个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接，依次类推，所述第249个太阳能真空管管组13的出水主管8和第250个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接。 

其中，在每个太阳能真空管管组13内，设置有并联连接的120个太阳能真空管管对1，120个太阳能真空管管对1中每个太阳能真空管管对1内的U形金属导热管4的两端中位于同侧的一端都分别连接在同一个进水主管7上，另一端都分别连接在同一个出水主管8上。 

在本实施例中，设置所述进水总管5和所述出水总管6的直径相同为60mm，所述进水主管7和所述出水主管8的内径相同为50mm，所述玻璃外管2的外径为51mm，玻璃内管3的内径为40mm，所述U形金属导热管4的内径为10mm。 

在本实施例中选择所述介质为水介质。 

对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为190摄氏度。(测试条件为天气晴，升温时间为1小时50分) 

实施例3

在本实施例中同样在所述进水总管5和所述出水总管6之间设置一个 太阳能真空管单元，在该太阳能真空管1单元中设置有150个所述太阳能真空管管组13，每个太阳能真空管管组13都具有一个进水主管7和一个出水主管8，150个太阳能真空管管组13相串联连接，连接时第一个太阳能真空管管组13的进水主管7和所述进水总管5连接，沿介质的流动方向，第150个太阳能真空管管组13的出水主管8和所述出水总管6连接。此外，沿介质流动方向，所述第一个太阳能真空管管组13的出水主管8和与其相邻的第二个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接，依次类推，所述第149个太阳能真空管管组13的出水主管8和第150个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接。 

其中，在每个太阳能真空管管组13内，设置有并联连接的200个太阳能真空管管对1，200个太阳能真空管管对1中每个太阳能真空管管对1内的U形金属导热管4的两端中位于同侧的一端都分别连接在同一个进水主管7上，另一端都分别连接在同一个出水主管8上。 

在本实施例中，设置所述进水总管5和所述出水总管6的直径相同为60mm，所述进水主管7和所述出水主管8的内径相同为50mm，所述玻璃外管2的外径为58mm，玻璃内管3的内径为47mm，所述U形金属导热管4的内径为2.35mm。 

在本实施例中选择所述介质为油介质。 

对该实施例中获得的升温后的油介质进行测温，显示其温度为198摄氏度。(测试条件为天气晴，升温时间为1小时38分) 

实施例4

在本实施例中同样在所述进水总管5和所述出水总管6之间设置一个太阳能真空管单元，在该太阳能真空管单元中设置有400个所述太阳能真空管管组13，每个太阳能真空管管组13都具有一个进水主管7和一个出水主管8，400个太阳能真空管管组13相串联连接，连接时第一个太阳能真 空管管组13的进水主管7和所述进水总管5连接，沿介质的流动方向，第400个太阳能真空管管组13的出水主管8和所述出水总管6连接。此外，沿介质流动方向，所述第一个太阳能真空管管组13的出水主管8和与其相邻的第二个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接，依次类推，所述第399个太阳能真空管管组13的出水主管8和第400个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接。 

其中，在每个太阳能真空管管组13内，设置有并联连接的150个太阳能真空管管对1，150个太阳能真空管管对1中每个太阳能真空管管对1内的U形金属导热管4的两端中位于同侧的一端都分别连接在同一个进水主管7上，另一端都分别连接在同一个出水主管8上。 

在本实施例中，设置所述进水总管5和所述出水总管6的直径相同为60mm，所述进水主管7和所述出水主管8的内径相同为50mm，所述玻璃外管2的外径为58mm，玻璃内管3的内径为47mm，所述U形金属导热管4的内径为18mm。 

在本实施例中选择所述介质为水介质。 

对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为202摄氏度。(测试条件为天气晴，升温时间为1小时44分) 

实施例5

在本实施例中同样在所述进水总管5和所述出水总管6之间设置一个太阳能真空管单元，在该太阳能真空管单元中设置有400个所述太阳能真空管管组13，每个太阳能真空管管组13都具有一个进水主管7和一个出水主管8，400个太阳能真空管管组13相串联连接，连接时第一个太阳能真空管管组13的进水主管7和所述进水总管5连接，沿介质的流动方向，第400个太阳能真空管管组13的出水主管8和所述出水总管6连接。此外，沿介质流动方向，所述第一个太阳能真空管管组13的出水主管8和与其相 邻的第二个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接，依次类推，所述第399个太阳能真空管管组13的出水主管8和第400个太阳能真空管管组13的进水主管7相连接。 

其中，在每个太阳能真空管管组13内，设置有并联连接的150个太阳能真空管管对1，150个太阳能真空管管对1中每个太阳能真空管管对1内的U形金属导热管4的两端中位于同侧的一端都分别连接在同一个进水主管7上，另一端都分别连接在同一个出水主管8上。 

在本实施例中，设置所述进水总管5和所述出水总管6的直径相同为60mm，所述进水主管7和所述出水主管8的内径相同为50mm，所述玻璃外管2的外径为58mm，玻璃内管3的内径为47mm，所述U形金属导热管4的内径为9mm。 

在本实施例中选择所述介质为水介质。 

对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为203摄氏度。(测试条件为天气晴，升温时间为1小时30分) 

实施例6

本实施例中所述的太阳能真空管矩阵集热系统选择在上述实施例1中所述的太阳能真空管1矩阵集热系统的进水总管5和出水总管6之间设置有两组并联单元。 

本实施例所述的太阳能真空管矩阵集热系统在工作时，有机介质经所述进水总管5进入所述集热系统中，并分别经第一个太阳能真空管单元的串联连接的第一个太阳能真空管管组的进水主管7进入所述第一个太阳能真空管单元内，经第二个太阳能真空管单元的串联连接的第一个太阳能真空管管组13的进水主管7进入所述第一个太阳能真空管单元内；在每个所述太阳能真空管1单元内，水介质依次进入第一、第二直至第180个太阳 能真空管管组13内，在进入每一个太阳能真空管管组13后，水介质分别经过并联连接的100个太阳能真空管管对1的进水口，并经相对应的出水口排出，在上述过程中，所述太阳能真空管管对1内部的U形金属导热管4吸收太阳能，介质在流经所述太阳能真空管管对1的过程中，吸收太阳能而实现介质温度升高，升高温度后的水介质都汇集到每个所述太阳能真空管管组13的出水主管8处；出水主管8将加热后的水介质传输至与其连接的第二组太阳能真空管管组13的进水主管7处，并再次重复前述步骤在100个太阳能真空管管对1中进行进一步吸热升温，并将进一步升温后的水介质汇集到第二组太阳能真空管管组13的出水主管8处；之后再将进一步升温后的水介质传输到所述第三个太阳能真空管管组13的进水主管7处，同样重复上述步骤，在升温后将最后得到的载热介质经由第100个太阳能真空管管对1的出水主管8输入至所述出水总管6上，经所述出水总管6输出，进行热利用。 

对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为179摄氏度。(测试条件为天气晴，升温时间为2小时8分) 

实施例7

本实施例中所述的太阳能真空管矩阵集热系统选择在上述实施例2中所述的太阳能真空管矩阵集热系统的进水总管5和出水总管6之间设置有三组并联单元。 

对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为188摄氏度。(测试条件为天气晴，升温时间为1小时58分) 

实施例8

本实施例中所述的太阳能真空管矩阵集热系统选择在上述实施例4中所述的太阳能真空管矩阵集热系统的进水总管5和出水总管6之间设置有30组并联单元。 

对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为196摄氏度。(测试条件为天气晴，升温时间为1小时44分) 

实施例9

本实施例中所述的太阳能真空管矩阵集热系统选择在上述实施例5中所述的太阳能真空管矩阵集热系统的进水总管5和出水总管6之间设置有100组并联单元。 

对该实施例中获得的升温后的水介质进行测温，显示其温度为194摄氏度。(测试条件为天气晴，升温时间为1小时30分) 

实施例10

本实施例所述的太阳能真空管矩阵集热系统均可以在实施例1～10的基础上，在所述每个太阳能真空管单元中沿介质流动方向，在所述第一个太阳能真空管管组13的进水主管7上连接设置载热介质驱动泵9。 

以实施例9作为对比例，设置上述载热介质驱动泵9后，在相同的光强和相同的关照时间条件下，升温后的水介质温度为212摄氏度，升高了18摄氏度。 

实施例11

本实施例所述的太阳能真空管矩阵集热系统均可以在实施例1～10的基础上，在进水总管5上连接设置载热介质驱动泵9。 

以实施例9作为对比例，设置上述载热介质驱动泵9后，在相同的光强和相同的关照时间条件下，升温后的水介质温度为211摄氏度，升高了17摄氏度。 

实施例12

本实施例中，在实施例11(同样以实施例9为对比例)所述太阳能真空管矩阵集热系统中还在每个所述太阳能真空管单元中，沿介质流动方向，在第400个太阳能真空管管组13的出水主管8上连接设置温度传感器12，见图6所示，在所述载热介质驱动泵9上设置与所述温度传感器12相连接的驱动泵转速控制器(图中未示出)，所述驱动泵转速控制器接收所述温度传感器12发来的数据信号，并将所述数据信号转换为数据信息，所述驱动泵转速控制器根据上述数据信息控制所述载热介质驱动泵9进行转速调节。 

通过上述调节后，以实施例9作为对比例，设置上述载热介质驱动泵9后，在相同的光强和相同的关照时间条件下，升温后的水介质温度为215摄氏度，升高了21摄氏度。 

实施例13

本实施例在实施例11的基础上，还在所述出水总管6的出水口连接设置有换热蒸发器10，所述换热蒸发器10的载热介质入口端与所述出水主管相连，所述载热介质出口端与所述进水主管相连，构成集热闭路循环；所述换热蒸发器10的用热介质入口端与所述热用户的出口端相连，所述换热蒸发器的用热介质出口端与所述热用户的入口端相连，构成用热闭路循环，见图6所示。 

作为可以变换的优选实施方式，可通过加压泵11实现所述热用户的出口端和所述换热蒸发器10的用热介质入口端的连接。 

所述载热介质为水介质。 

本实施例所述的太阳能真空管矩阵集热系统在工作时，载热水介质输出后，流入所述换热蒸发器10内，并经所述换热蒸发器10对用户循环系统进行供热，经充分供热后，用户端的换热介质可以获得190摄氏度的温度，而且获得了10kgf/cm²的蒸汽，且蒸汽的温度也高达190摄氏度。经用户端使用后换热介质的温度骤降，之后换热介质将经由所述加压泵11被再 次加压循环至所述换热蒸发器10内进行加热步骤。 

同样地，在所述太阳能真空管矩阵集热系统中输出的载热介质经所述换热蒸发器10后将热量交换给用户端的换热介质，之后温度降低后经由所述载热介质驱动泵9将所述降温后的载热介质输送到原太阳能真空管矩阵集热系统的循环系统中进行再次吸热升温。 

本发明所述的太阳能真空管矩阵集热系统中，介质压力是需要根据进水总管和进水主管内径的大小进行适应性调整。 

此外，本发明中所述的进水总管、出水总管、进水主管和出水主管，并不是指介质只是水，所述介质也可以其其他任何可以适用于太阳能真空集热系统的液体。 

虽然本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，诸如N、M、W的任一选择设置均属于本发明所要保护的范围。 

Claims (11)

1.一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个太阳能真空管管对，且所述M个太阳能真空管管对内部U形金属管的进水端连接在所述进水主管上，所述M个太阳能真空管管对内部U形金属管的出水端连接在所述出水主管上；

每个所述太阳能真空管管对由内部U形金属导热管串联连接的两个太阳能真空管组成，所述两个太阳能真空管内部U形金属导热管之间的夹角为α；

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，α小于或等于180°，且N、M、W、α为不等于0的整数。

2.根据权利要求1所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于：所述M为100～150，N为150～250，α为180°。

3.根据权利要求2所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于：所述M为120，N为180。

4.根据权利要求1或2或3所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于：所述进水主管和所述出水主管的内径相同，所述进水总管和所述出水总管的内径相同。

5.根据权利要求1或2或3所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于：所述进水主管和所述出水主管的内径小于所述进水总管和所述出水总管的内径。

6.根据权利要求4或5所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于：在每个太阳能真空管单元中，沿介质流动方向，在所述第一个太阳能真空管管组的进水主管上连接设置有载热介质驱动泵。

7.根据权利要求6所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于：在每个太阳能真空管单元中，沿介质流动方向，在所述第N个太阳能真空管管组的出水主管上连接设置有温度传感器，在所述载热介质驱动泵上设置有与所述温度传感器相连接的驱动泵转速控制器，所述驱动泵转速控制器接收所述温度传感器发来的数据信号，并将所述数据信号转换为数据信息，所述驱动泵转速控制器根据上述数据信息控制所述载热介质驱动泵进行转速调节。

8.根据权利要求1-7任一所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于：在所述出水总管的出水口处连接设置有换热蒸发器，所述换热蒸发器的载热介质入口端与所述出水主管相连，所述载热介质出口端与所述进水主管相连，构成集热闭路循环；所述换热蒸发器的用热介质入口端与所述热用户的出口端相连，所述换热蒸发器的用热介质出口端与所述热用户的入口端相连，构成用热闭路循环。

9.根据权利要求8所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于：所述热用户的出口端和所述换热蒸发器的用热介质入口端通过加压泵实现连接。

10.根据权利要求1-9任一所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于：所述太阳能真空管包括玻璃外管和玻璃内管，所述玻璃内管嵌套设置于所述玻璃外管内形成真空夹层，在所述玻璃内管内部还设置有U形金属导热管，所述U形金属导热管的内径为玻璃内管内径的0.05～0.4倍。

11.根据权利要求10所述的太阳能真空管矩阵集热系统，其特征在于：所述太阳能真空管中U形金属导热管的内径为玻璃内管内径的0.1～0.2倍。

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