專利名稱：嵌棒承壓式太陽能熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能熱水器，具體地說是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能快速傳遞的承壓式太陽能熱水器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的非承壓太陽能熱水器由于真空集熱管開口端直接置于水箱中，存在有幾個方面缺陷1、真空集熱管與水箱間只依靠橡膠圈密封，不能在根本上解決漏水問題，無法承受管網(wǎng)水壓；2、真空集熱管耐壓性差，在管網(wǎng)水壓的作用下易爆。如果采取加大真空集熱管玻璃厚度提高耐壓性，會大大降低真空集熱管的吸熱能力；3、冬季連續(xù)陰天真空集熱管吸收不到熱時，管內(nèi)水凍結(jié)易引起爆管。
4、由于非承壓，其放出的熱水與自來水混和時，因自來水壓不穩(wěn)定易出現(xiàn)忽冷忽熱現(xiàn)象；5、水箱液面與放水口落差不同，導(dǎo)致出水口水壓的不同，水壓普遍偏低，洗浴舒適性差；6、真空集熱管內(nèi)壁易結(jié)水垢，影響熱傳遞；7、真空集熱管一旦破損，則影響整機(jī)運(yùn)行。
已經(jīng)公開的雙管承壓式太陽能熱水器是在真空集熱管設(shè)置內(nèi)套管，以內(nèi)套管作為導(dǎo)熱管，以導(dǎo)熱管與水箱相連通。這種結(jié)構(gòu)形式存在著兩方面不足，首先導(dǎo)熱管與水箱之間采取連接件活絡(luò)連接，無論是由密封圈密封還是采用螺紋密封連接，都不能從根本上解決漏水滲水問題；其次，采用內(nèi)套管的結(jié)構(gòu)形式由于管內(nèi)填充的仍然是液態(tài)水，沒有最大限度地發(fā)揮金屬材料的優(yōu)良導(dǎo)熱特性，導(dǎo)熱效率沒有最大化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種以嵌入式金屬棒作為導(dǎo)熱體以提高熱傳導(dǎo)速度、提高熱效率的嵌棒承壓式太陽能熱水器。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用技術(shù)方案是本發(fā)明采用承壓水箱和真空集熱管，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是設(shè)置金屬導(dǎo)熱棒，金屬導(dǎo)熱棒以其位于上部的嵌入段插入在水箱內(nèi)膽中，以其位于下部的延伸段插入在真空集熱管中，以金屬導(dǎo)熱棒對真空集熱管所在位置處的水箱內(nèi)膽上的金屬導(dǎo)熱棒嵌入口形成封堵，真空集熱管管口置于承壓水箱的保溫層中或處在水箱外殼的預(yù)留口中。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于
金屬導(dǎo)熱棒可以通過其與水箱內(nèi)膽焊接的方式對水箱內(nèi)膽上的金屬導(dǎo)熱棒嵌入口形成封堵。
金屬導(dǎo)熱棒中的嵌入段和延伸段采取分體設(shè)置，相互之間采用螺紋連接，金屬導(dǎo)熱棒以其嵌入段的中部與水箱內(nèi)膽焊接的方式對水箱內(nèi)膽上的金屬導(dǎo)熱棒嵌入口形成封堵。
在真空集熱管內(nèi)可充入有作為導(dǎo)熱介質(zhì)的導(dǎo)熱油，金屬導(dǎo)熱棒的延伸段浸沒在所述導(dǎo)熱油中。
導(dǎo)熱油采用耐高溫超過150℃、凝固點(diǎn)不高于-45℃的變壓器油或硅油等不易揮發(fā)的液態(tài)物質(zhì)。
還可以在導(dǎo)熱油中添加納米級的銅鋁等金屬粉?；蚴葘?dǎo)熱非金屬粉粒，形成納米流體導(dǎo)熱介質(zhì)，提高導(dǎo)熱性能。
本發(fā)明可以采用直接焊接方式以金屬導(dǎo)熱棒對承壓水箱內(nèi)膽上的金屬導(dǎo)熱棒嵌入口進(jìn)行封堵，這種方式的有益效果在如下兩個方面得到體現(xiàn)1、通過金屬導(dǎo)熱棒對水箱與真空集熱管之間的隔阻，達(dá)到兩者內(nèi)部不通連的設(shè)計，一方面使水箱達(dá)到了承壓要求，另一方面又使真空集熱管不再承壓，能有效避免爆管；2、提高熱傳導(dǎo)效率。由于真空集熱管吸收的熱能向水箱傳遞的快慢，取決于和水箱內(nèi)膽接觸的導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱性能以及導(dǎo)熱體的橫截面積大小。目前使用的鍍膜真空集熱管經(jīng)過反復(fù)改進(jìn)，技術(shù)日臻完善，吸熱效率接近100％，已達(dá)到極限，進(jìn)一步改進(jìn)的空間不大。單單靠增大真空集熱管口徑并不能增大導(dǎo)熱體與水箱內(nèi)殼相對接觸截面積(因?yàn)榧療峁芪鼰崦娣e與導(dǎo)熱體接觸截面同比例變化)，只能考慮通過改進(jìn)導(dǎo)熱體的導(dǎo)熱性能來提高真空集熱管與水箱之間的熱傳導(dǎo)效率。顯然本發(fā)明在不改變真空集熱管的前提下，能實(shí)現(xiàn)三個方面創(chuàng)造性突破，一是在導(dǎo)熱材料上突破，采用導(dǎo)熱性遠(yuǎn)大于水的金屬作為導(dǎo)熱體，可將導(dǎo)熱速度提高上百倍，水導(dǎo)熱系數(shù)λ＝0.67W/m℃，而金屬的導(dǎo)熱系數(shù)λ＝50W/m℃～400W/m℃。二是在導(dǎo)熱體結(jié)構(gòu)上突破，導(dǎo)熱體設(shè)計成實(shí)心棒狀體比空心管狀體可進(jìn)一步增大導(dǎo)熱截面，能在管狀體基礎(chǔ)上提高導(dǎo)熱速度70％以上(因?yàn)閷?dǎo)熱速度與導(dǎo)熱體在內(nèi)膽接觸截面大小成正比，相同外經(jīng)的實(shí)心導(dǎo)熱棒與空心厚壁導(dǎo)熱管有效截面相比可提高70％，若相對于薄壁空心管則可提高更多)。三是在導(dǎo)熱介質(zhì)上可以形成突破，真空集熱管使用的熱能傳媒介質(zhì)傳統(tǒng)采用的是水，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式中，采用了具有耐150℃以上高溫、-45℃以下低凝固點(diǎn)、揮發(fā)性小等特性的變壓器油、硅油之類的液體作為導(dǎo)熱介質(zhì)，不僅可減少維護(hù)，防止結(jié)垢，防止因凍爆管，而且通過引入納米技術(shù)可進(jìn)一步改進(jìn)液體導(dǎo)熱介質(zhì)的導(dǎo)熱性，即在液體導(dǎo)熱介質(zhì)中添加納米級的導(dǎo)熱性好的銅或鋁等金屬粉?；蚴确墙饘俜哿＃挂后w導(dǎo)熱介質(zhì)形成納米流體，能進(jìn)一步提高導(dǎo)熱介質(zhì)的導(dǎo)熱性能。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果還體現(xiàn)在由于金屬導(dǎo)熱棒是由金屬材料制成，其導(dǎo)熱性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于水的導(dǎo)熱性，所以與非承壓式熱水器的熱冷水直接循環(huán)交換和雙管承壓式太陽能熱水器空心導(dǎo)熱管導(dǎo)熱相比較，金屬導(dǎo)熱棒的實(shí)心棒狀結(jié)構(gòu)設(shè)計更有利于真空集熱管內(nèi)的熱能導(dǎo)入水箱。而且導(dǎo)熱棒采取焊接方式固定在水箱上，使承壓水箱只有進(jìn)水和出水兩個開口，更便于密封解決漏水問題和實(shí)現(xiàn)水箱的承壓設(shè)計。進(jìn)而解決冷熱水混和因自來水壓不穩(wěn)定引起冷忽熱的問題。同時可大大提高出水口水壓，提高洗浴舒適度。真空集熱管在金屬導(dǎo)熱棒的隔離下，與水箱中的水不再通連，水箱中的水壓對真空集熱管不發(fā)生作用，避免了因真空集熱管耐壓性差引起爆管現(xiàn)象發(fā)生，個別集熱管破損時不影響整機(jī)運(yùn)行。真空集熱管內(nèi)油類導(dǎo)熱介質(zhì)的不易揮發(fā)性，使集熱管不需要經(jīng)常維護(hù)。
本發(fā)明通過嵌入金屬導(dǎo)熱棒的創(chuàng)新設(shè)計，不僅達(dá)到了水箱承壓需求和提高熱傳導(dǎo)效率的目的，解決了非承壓太陽能熱水器和雙管承壓式太陽能熱水器的諸多問題，而且結(jié)構(gòu)簡單，易于加工安裝，造價低廉，運(yùn)行可靠，大大提高了太陽能熱水器的使用性能。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明中承壓水箱、集熱管和金屬導(dǎo)熱棒間裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明中承壓水箱、集熱管和金屬導(dǎo)熱棒間裝配順序示意圖。
圖中標(biāo)號1承壓水箱、2水箱內(nèi)膽、3水箱保溫層、4水箱外殼、5金屬導(dǎo)熱棒、6金屬導(dǎo)熱棒嵌入口、7環(huán)形焊接縫、8嵌入段、9延伸段、10底托、11預(yù)留口、12真空集熱管、13導(dǎo)熱介質(zhì)、14水箱支架。
以下通過具體實(shí)施方式
，并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式參見圖1，采用承壓水箱1和真空集熱管12，設(shè)置金屬導(dǎo)熱棒5，金屬導(dǎo)熱棒5以其位于上部的嵌入段8嵌入在水箱內(nèi)膽2中，以其位于下部的延伸段9插入在真空集熱管12中，以金屬導(dǎo)熱棒5對真空集熱管12所在位置處的水箱內(nèi)膽2上的金屬導(dǎo)熱棒嵌入口6形成封堵，真空集熱管12的管口置于承壓水箱1的水箱保溫層3和外殼4的預(yù)留口11中。
具體實(shí)施中，金屬導(dǎo)熱棒5以其與水箱內(nèi)膽2焊接的方式對水箱內(nèi)膽2上的金屬導(dǎo)熱棒嵌入口6形成封堵。
為了便于裝配和運(yùn)輸，金屬導(dǎo)熱棒5中的嵌入段8和延伸段9可以采用分體設(shè)置的結(jié)構(gòu)形式，相互之間采用螺紋連接，金屬導(dǎo)熱棒5以其嵌入段8的底端與水箱內(nèi)膽2之間焊接的方式對水箱內(nèi)膽上的金屬導(dǎo)熱棒嵌入口6形成封堵。
為了節(jié)省材料、降低成本，延伸段9可采用中空的管狀體，但嵌入段8須采用實(shí)心棒狀體，這樣可增大導(dǎo)熱有效截面積，更有利于真空集熱管內(nèi)的熱能更快地導(dǎo)入水箱，此外，在真空集熱管內(nèi)充入有作為導(dǎo)熱介質(zhì)的導(dǎo)熱油，金屬導(dǎo)熱棒的延伸段浸沒在導(dǎo)熱油中。導(dǎo)熱油具體可以采用耐高溫150℃以上、凝固點(diǎn)不高于-45℃、揮發(fā)性小的變壓器油或硅油之類液態(tài)物質(zhì)，還可以利用納米顆粒在液體介質(zhì)中的布朗運(yùn)動能抵御重力引起的聚沉，從而長時間懸浮在液體導(dǎo)熱介質(zhì)中的理論，在導(dǎo)熱油中添加納米級的導(dǎo)熱性好的銅鋁等金屬粉?；蚴确墙饘俜哿?，使液體導(dǎo)熱介質(zhì)形成納米流體，能進(jìn)一步提高液體導(dǎo)熱介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，增強(qiáng)導(dǎo)熱性，據(jù)報導(dǎo)該理論已被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
參見圖2、圖3，首先在水箱內(nèi)膽2上預(yù)留出金屬導(dǎo)熱棒嵌入口6，并在水箱保溫層3和水箱外殼4的對應(yīng)位置處預(yù)留供真空集熱管12嵌入的預(yù)留開口11，再將金屬導(dǎo)熱棒5的嵌入段8置入金屬導(dǎo)熱棒嵌入開口6后，沿環(huán)形焊接縫7實(shí)施無縫焊接。
安裝時先將金屬導(dǎo)熱棒5的延伸段9與嵌入段8螺紋連接在一起，再將適量的納米流體導(dǎo)熱介質(zhì)13注入真空集熱管12后，沿金屬導(dǎo)熱棒5的軸向?qū)⒄婵占療峁?2開口端置入預(yù)留開口11，其間不需要密封，再用水箱支架14的底托10將真空集熱管12的封閉端固定即可，這樣真空集熱管12內(nèi)吸收的熱能即可通過金屬導(dǎo)熱棒5快速傳遞給水箱內(nèi)膽2中的水，實(shí)現(xiàn)快速熱交換，并達(dá)到水箱承壓目的。
權(quán)利要求
1.嵌棒承壓式太陽能熱水器，采用承壓水箱(1)和真空集熱管(12)，其特征是設(shè)置金屬導(dǎo)熱棒(5)，所述金屬導(dǎo)熱棒(5)以其位于上部的嵌入段(8)插入在水箱內(nèi)膽(2)中，以其位于下部的延伸段(9)插入在真空集熱管(12)中，以所述金屬導(dǎo)熱棒(5)對真空集熱管(12)所在位置處的水箱內(nèi)膽(2)上的金屬導(dǎo)熱棒嵌入口(6)形成封堵，真空集熱管(12)的管口置于承壓水箱(1)的保溫層(3)和外殼(4)的預(yù)留口(11)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水器，其特征是所述金屬導(dǎo)熱棒(5)以其與水箱內(nèi)膽(2)焊接連接對水箱內(nèi)膽(2)上的金屬導(dǎo)熱棒嵌入口(6)形成封堵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水器，其特征是所述金屬導(dǎo)熱棒(5)中的嵌入段(8)和延伸段(9)為分體設(shè)置，相互之間采用螺紋連接，金屬導(dǎo)熱棒(5)以其嵌入段(8)的中部與水箱內(nèi)膽(2)焊接連接對水箱內(nèi)膽(2)上的金屬導(dǎo)熱棒嵌入口(6)形成封堵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水器，其特征是所述延伸段(9)采用中空的管狀體，所述嵌入段(8)采用實(shí)心棒狀體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水器，其特征是在所述真空集熱管(12)內(nèi)充入有作為導(dǎo)熱介質(zhì)的導(dǎo)熱油(13)，金屬導(dǎo)熱棒(5)的延伸段(9)浸沒在所述導(dǎo)熱油(13)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱水器，其特征是所述導(dǎo)熱油(13)為耐高溫超過150℃、凝固點(diǎn)不高于-45℃的導(dǎo)熱油。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的熱水器，其特征是在所述導(dǎo)熱油(13)中加入有納米級的金屬粉?；?qū)岱墙饘俜哿！?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱水器，其特征是所述金屬粉粒為銅或鋁金屬粉粒，所述非金屬粉粒為石墨粉粒。
全文摘要
嵌棒承壓式太陽能熱水器，采用承壓水箱和真空集熱管，其特征是設(shè)置金屬導(dǎo)熱棒，金屬導(dǎo)熱棒以其位于上部的嵌入段插入在水箱內(nèi)膽中，以其位于下部的延伸段插入在真空集熱管中，以金屬導(dǎo)熱棒對真空集熱管所在位置處的水箱內(nèi)膽上的金屬導(dǎo)熱棒嵌入口形成封堵，真空集熱管管口置于承壓水箱的保溫層和外殼的預(yù)留口中。本發(fā)明金屬導(dǎo)熱棒不僅能快速傳熱、提高熱傳導(dǎo)效率。而且通過采用焊接的方式使水箱內(nèi)膽除出水口和進(jìn)水口之外被完全密封，以達(dá)到承壓設(shè)計目的，有效解決了凍管、爆管、出水口水壓偏低和混水時熱時冷等問題。
文檔編號F24J2/30GK1948859SQ200610097598
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者尚誠德, 徐寶 申請人:尚誠德