專利名稱：四季高效熱管式太陽(yáng)能熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于太陽(yáng)熱能利用技術(shù)，具體地說(shuō)它屬于一種太陽(yáng)能集熱裝置。
在能源緊張的時(shí)代，太陽(yáng)能綜合利用已成為科學(xué)界十分關(guān)注的課題，其中，太陽(yáng)能熱水器已廣泛的應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活之中，已成為了重要的能源轉(zhuǎn)換裝置。目前用于日常生活中的太陽(yáng)能熱水器主要是提供日常洗浴熱水。其結(jié)構(gòu)分為兩大類，第一類為直流式平板熱水器，所需熱水直接流通平面型集熱排管完成與太陽(yáng)能的熱交換。這種類型太陽(yáng)能熱水器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，但熱交換效率低，而且只能應(yīng)用于陽(yáng)光充足且室外溫度較高的季節(jié)，冬季根本無(wú)法應(yīng)用。第二類型改進(jìn)的太陽(yáng)能熱水器采用重力熱管式結(jié)構(gòu)，利用熱管中的低沸點(diǎn)相變工質(zhì)的蒸發(fā)和凝結(jié)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能與水的熱交換，并利用相變工質(zhì)的重力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)，由于相變工質(zhì)冰點(diǎn)低，吸熱性能良好，在熱交換器部分可以采取保溫措施從而較好地解決了太陽(yáng)能集熱器的防凍問(wèn)題，使單一季節(jié)應(yīng)用擴(kuò)展到四季均可應(yīng)用。中國(guó)專利局87年10月3日公開(kāi)的CN86202023U號(hào)專利申請(qǐng)即屬于第二類太陽(yáng)能熱水器的一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的結(jié)構(gòu)主要分為兩部分，一部分為集熱器，在集熱器組成中包括集熱器外殼，可透過(guò)陽(yáng)光的透明蓋板，及處在殼體內(nèi)的部分熱管。太陽(yáng)光穿過(guò)透明蓋板射在熱管上，靠相變工質(zhì)的吸熱蒸發(fā)把熱量收集為內(nèi)能。熱管的另個(gè)一部分設(shè)置在熱交換器內(nèi)。在熱交換器中設(shè)有循環(huán)水，熱交換器的外殼是帶有進(jìn)出水口、排氣口、溢流口的絕熱箱體。相變工質(zhì)蒸發(fā)后沿?zé)峁苓M(jìn)入熱交換器內(nèi)冷凝并放熱量傳給循環(huán)水，這樣就實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為水的熱能。這種結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能熱水器雖然較好地解決了冬季防凍問(wèn)題，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造難度大，特別是其熱管采用并列且端頂連通的整體型結(jié)構(gòu)，十分不利于裝配，特別是管路損壞后維修十分不方便。其次這種結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能熱水器集熱效率并不高，特別是熱管的排列分配方式及集熱器內(nèi)保溫措施處理不當(dāng)則影響更大。此外，太陽(yáng)能熱水器，因季節(jié)變化后太陽(yáng)光入射角度相差很大(北方地區(qū)差40℃以上)因而缺乏集板角度調(diào)整也是目前眾多防凍太陽(yáng)能熱水器的很大缺陷。
本實(shí)用新型的目的在于發(fā)明一種防凍四季高效太陽(yáng)能熱水器的新結(jié)構(gòu)，使其具有較高的集熱效率，以保證冬季應(yīng)用時(shí)的水溫能達(dá)到洗浴的溫度，又要有極方便的拆裝方式，便于維修和簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，特別是拆裝熱管，同時(shí)又要達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和造價(jià)低廉的實(shí)用目的。
本實(shí)用新型的主要構(gòu)思是將重力熱管采用隔離式的獨(dú)立結(jié)構(gòu)，每根重力熱管自成為一個(gè)密閉獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)，然后并排設(shè)置在太陽(yáng)能熱水器之中。每根重力熱管均分為上下兩段，上段為冷凝段插入熱交換器的水中，下段為蒸發(fā)段置在集熱器之內(nèi)，兩段之間采用填料函式的密封結(jié)構(gòu)隔離，這樣的密封隔離結(jié)構(gòu)拆裝十分方便，如果有某根熱管出現(xiàn)故障，則可旋松填料函方便地抽出來(lái)更換。太陽(yáng)能熱水器的支撐部件設(shè)計(jì)成為可調(diào)節(jié)式的，這樣在季節(jié)發(fā)生變化時(shí)可隨時(shí)調(diào)整集熱板與地面的傾斜夾角，以保證集熱板與太陽(yáng)光線總保證垂直，以獲得最佳采光角度，從而提高單位集熱面積的采熱效率。為了進(jìn)一步提高采熱效率，可在透明蓋板下與熱管之間增加保溫增益填料，增益填料可采用高透光率的的聚丙烯薄片或玻璃園管，從而阻尼集熱箱內(nèi)熱空氣的相對(duì)流動(dòng)減少熱耗散，這類增益填料的厚度一般控制在0.05mm以下。為進(jìn)一步保證集熱效率的提高但又不提高本裝置的制造成本，其關(guān)鍵的技術(shù)在于選擇重力熱管的根數(shù)與分布，以及每根熱管充填低沸點(diǎn)相變工質(zhì)的數(shù)量。
下面我們結(jié)合附圖及給出的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的目的是如何實(shí)現(xiàn)的。
附


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)裝配示意圖。
附圖2為附
圖1的正視圖。
附圖3為填料函式密封結(jié)構(gòu)局部放大圖。
附圖中1為熱交換器的箱體，2為進(jìn)出水口，3為集熱器殼體，4為熱管，4A為熱管的冷凝段，4B為熱管的蒸發(fā)段，5為增益填料，6為溢流口，7為排氣口，8為空心緊固螺絲，9為密封墊片，10為熱交換器箱體殼，11為緊固螺母，12為填料函，13為填料函壓蓋，14為透照蓋板，15為活動(dòng)絞鏈，16為伸縮性拉桿，17鎖緊螺絲，18為支架套管座，19為集熱翼板，20為絕熱材料。
從圖2可以看出，重力熱管均可自由拆裝，并且獨(dú)自成為一個(gè)熱循環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)置入集熱器內(nèi)的蒸發(fā)段4B受到太陽(yáng)光幅照時(shí)，低沸點(diǎn)相變工質(zhì)即蒸發(fā)吸收了太陽(yáng)能，隨蒸氣進(jìn)入冷凝段4A吸收熱能放出至水中，相變工質(zhì)重新冷凝恢復(fù)液態(tài)，并依靠重力沿管壁回流至蒸發(fā)段4B，這樣每根熱管即獨(dú)自完成熱交換的循環(huán)過(guò)程，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)為水溫升高，所有熱管的集合即可使太陽(yáng)能熱水器達(dá)到理想的技術(shù)指標(biāo)。這里的關(guān)鍵在于如何用最少的熱管設(shè)置達(dá)到最高的熱量交換，根據(jù)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和篩選的結(jié)果，采用單根分立式重力熱管結(jié)構(gòu)，不但給安裝與維修帶來(lái)極大方便，而且在采取合理的管徑和排布，以及合理的蒸發(fā)段，冷凝段配比后可達(dá)到較高的熱交換增益，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)每根重力熱管冷凝段4A和蒸發(fā)段4B之比可取值在14－12.5之間，其中最佳取值為12.5。重力熱管的根數(shù)與長(zhǎng)度均根據(jù)所獲熱交換器大小而定，但反復(fù)的實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)后確定，每根重力熱管并排平行均布，每根熱管之間的距離為管徑的6－8倍為適宜，可取得較理想的性能價(jià)格比。此時(shí)，重力熱管可采取0.75－1.0mm的薄壁紫銅管，或者鋁管、鋼管也可代替，管中密封有丙銅、氯仿之類的低沸點(diǎn)相變工質(zhì)，其液態(tài)相變工質(zhì)的體積為重力熱管容積的25－32％。
為配合分立式單根重力熱管并排分布的的設(shè)計(jì)思想，使結(jié)構(gòu)拆裝方便，以徹底改進(jìn)工藝特性，有利于降低成本和使用壽命。本實(shí)用新型在熱交換器與集熱器之間的熱管貫穿部位采用了填料函式的密封固定組合構(gòu)件，構(gòu)件中包括空心緊固螺絲8、密封膠墊9、緊固螺母11、填料函12，填函壓蓋13組成。空心緊固螺絲8、密封膠墊9與緊固螺母11相配合將組件密封固定在熱交換器的箱體殼10上，重力熱管4從空心緊固螺母8中穿過(guò)，并依靠填料函12和壓蓋13實(shí)現(xiàn)密封緊固，這樣不但實(shí)現(xiàn)了重力熱管的密封貫穿，而且使其拆裝極為方便，如有損壞或熱效率下降，即可旋松壓蓋13退出填料函，抽下該根熱管即可更換。
為達(dá)到方便實(shí)用高增益的目的，在集熱器內(nèi)陽(yáng)光透照蓋板14和熱管4之間設(shè)置有增益填料5，附圖給出的是丙烯波紋片，所增設(shè)的波紋片將集熱箱的有效空間分割為無(wú)數(shù)相隔離小空間，增加了由于集熱后產(chǎn)生溫度梯度而造成相對(duì)流動(dòng)阻尼，從而有效地防止了熱耗損，增加了集熱器本身增益率。
為了進(jìn)一步提高熱效率，在熱管的蒸發(fā)段4B管側(cè)可加裝銅或鋁片制成的集熱翼板19以提高對(duì)太陽(yáng)能吸收的面積，集熱翼板19也可以省略，以減少工藝復(fù)雜程度和降低生產(chǎn)成本。
提高增益的措施還在于把太陽(yáng)能熱水器相對(duì)太陽(yáng)光的入射角度做成可調(diào)節(jié)式的，
圖1中給出這種可調(diào)節(jié)構(gòu)思的一個(gè)實(shí)例，它由支架套管座18和兩根可水平垂直伸縮拉桿16，連同接在熱水器外殼上的兩個(gè)鉸鏈15組成，靠?jī)缮炜s拉桿調(diào)整集熱器相對(duì)太陽(yáng)光的角度。調(diào)整好后用緊固螺母17鎖緊，即可保持在一段時(shí)間內(nèi)太陽(yáng)光垂直于透照蓋板面，從而維持較理想的采光角度。
按照以上的基本構(gòu)思設(shè)計(jì)成的熱管式太陽(yáng)熱水器，可以實(shí)現(xiàn)與地面夾角25－60°連續(xù)可調(diào)節(jié)，適應(yīng)于不同地冬夏兩季使用時(shí)的要求，保證太陽(yáng)光的垂直入射。由于具體結(jié)構(gòu)為分立式熱管，使工藝大為簡(jiǎn)化，拆裝十分方便，特別是使用中維修改動(dòng)已經(jīng)不成為阻礙推廣應(yīng)用的障礙，因而受到用戶的歡迎，特別是本實(shí)用新型采用的單管分立，均勻排列的布局，以極少數(shù)量熱管保證了較高熱交換效率，其可在冬季正常陽(yáng)光下使熱交換器水溫保持45℃以上。一般情況下可連續(xù)應(yīng)用而無(wú)須另外處理，而成本卻低于現(xiàn)有熱管式太陽(yáng)能熱水器。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，效果良好，有可能逐步取代為普通水回流式平板太陽(yáng)能熱水器而成為我國(guó)人民大眾，特別是北方大眾一種不可缺少的能源裝置。
權(quán)利要求1.一種以低沸點(diǎn)相變工質(zhì)重力熱管為主要吸換熱元件的高增益太陽(yáng)能熱水器，具體結(jié)構(gòu)中包括由殼體3、透照蓋板14，增益填料5，部分熱管組成的集熱器，由帶有進(jìn)出水口2、排氣口7的箱體1、絕熱材料20和部分熱管組成的熱交換器以及相關(guān)緊固、連接和支撐件，其特征在于重力熱管4采取彼此分立的獨(dú)立結(jié)構(gòu)，并排設(shè)置在太陽(yáng)能熱水器之中，每根重力熱管的蒸發(fā)段4B設(shè)置在集熱器內(nèi)，冷凝段4A在熱交換器中的水中，兩段之間采用填料函式結(jié)構(gòu)的密封支撐，支撐部件可調(diào)節(jié)集熱器與地面夾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的太陽(yáng)能熱水器，其特征在于重力熱管4的冷凝段4A與蒸發(fā)段4B之比為14－12.5，每根重力熱管4均勻平行排列，熱管元件之間的距離為熱管管徑的6－8倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所說(shuō)的太陽(yáng)能熱水器，其特征在于所說(shuō)的重力熱管4可采用0.75－1.0mm簿壁紫銅管、鋁管或鋼管制成，里面密封丙酮，氯仿類低沸點(diǎn)相變工質(zhì)占管內(nèi)總?cè)莘e的25－32％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的太陽(yáng)能熱水器，其特征在于集熱器與熱交換器之間的重力熱管貫穿部位采用填料函式密封固定件，其包括空心緊固螺絲8、密封膠墊9，緊固絲母11，填料函12，填料函壓蓋13，裝配在熱交換器的箱體殼板10上，重力熱管4從填料函12中穿過(guò)分別插入集熱器和熱交換器之中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽(yáng)能熱水器，其特征在于重力熱管的蒸發(fā)段可配裝有紫銅或鋁片制成的集熱翼片19。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱水器，其特征在于調(diào)節(jié)集熱器與地面夾角的支撐部件包括支撐架套管座18、可伸縮拉桿16、鎖緊螺絲17，可伸縮拉桿16通過(guò)絞鏈與熱交換器外殼體連在一起。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新的重力熱管式太陽(yáng)能熱水器。具體采用單管分立式排列結(jié)構(gòu)，將原來(lái)復(fù)雜的熱管循環(huán)系統(tǒng)改造成一根根、直立平行排列，獨(dú)立實(shí)現(xiàn)熱交換循環(huán)。每根熱管的出發(fā)段設(shè)置在集熱器內(nèi)，冷凝段設(shè)置在熱交換器的水中，中間采用填料函式的密封固定結(jié)構(gòu)。這樣，不但可以高增益完成太陽(yáng)能的熱交換，而且可方便地組裝和維修更換重力熱管。本設(shè)計(jì)為提高增益還增加了集熱器中的增益填料和采光角度調(diào)節(jié)裝置。
文檔編號(hào)F24J2/24GK2076657SQ90201299
公開(kāi)日1991年5月8日 申請(qǐng)日期1990年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月9日
發(fā)明者李勤忠, 胡雪英, 李秀芬, 竇恒迅, 蔡雙衛(wèi), 戴彥霞 申請(qǐng)人:河北省輕工業(yè)研究所, 河北省深縣微分電機(jī)廠