專利名稱：單管蛇形抗凍太陽能熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于太陽能熱水器技術(shù)。
在冬季可結(jié)凍的地區(qū)，普通太陽能熱水器因不能抵抗凍裂的破壞而無法使用，這不但造成設(shè)備利用率，而且也易于損壞，不能滿足冬季供應(yīng)熱水的需要。目前的解決辦法有雙回路式(如熱管式、相變式、不凍液式等)、真空管式和幾何變形式三種。然而雙回路式因多增加一次換熱過程導(dǎo)致了熱水器熱效率的降低，真空管式用于產(chǎn)出低溫熱水時性能又不能充分發(fā)揮，幾何變形式可以避免這些問題，但已有的不銹鋼扁盒式結(jié)構(gòu)形式需通過整體沖壓再予滾焊來進行加工制造，其工藝裝備一次投資較大，而且適于此種工藝和使用條件的特制不銹鋼(Cr18Mo2Ti)薄板往往還難以解決。一些橡膠、塑料熱水器也具有抗凍能力，但目前多管式結(jié)構(gòu)的模具費用太高，也不能避免紫外老化的影響。
本實用新型的目的在于給出一種經(jīng)獨特設(shè)計利用幾何變形吸收冰凍膨脹的蛇形抗凍太陽能熱水器，以簡化對材料、工藝的要求，降低造價，達到全天候廣泛使用的需要。
單管蛇形太陽能集熱器流道的布置如圖(1)所示。為了使其抗凍，單管蛇形流道應(yīng)在水結(jié)冰時具幾何變形能力而又不致于產(chǎn)生凍裂現(xiàn)象，同時還要能滿足熱水器對水力、熱工和加工工藝性能等眾多的相互制約條件的要求。為此，本實用新型經(jīng)優(yōu)化計算和綜合考慮性能價格比后給出以下關(guān)鍵部分設(shè)計參數(shù)和作法。
1、流道當使用金屬材料時，其斷面形狀基本為一橢園，平放，如圖(2)所示，其偏心率K＝C／A＝0.8～0.9，具體的(a，b)尺寸約在(17，8～9)到(20，9～10)之間，對應(yīng)的當量直徑約為φ21～φ24，其周長與之相等的幾何園直徑約為φ25～φ30。根據(jù)不同使用要求適當選擇，如在自然循環(huán)時斷面尺寸就應(yīng)選大一些。若使用橡膠、塑料材料時，其斷面可以是園形的(當然有些橢園度更好)，其直徑為φ20～φ25。
流道的金屬材料可以是冷拔紫銅管、冷拔超低碳無少鎳不銹無縫鋼管，若為非金屬材料時，可以是聚丙稀、高密度低壓聚乙稀等塑料和耐熱耐寒性好的橡膠園管。
為使流道內(nèi)的水不斷地向上流動，在其平直部分應(yīng)多少向上傾斜一些，可考慮為i＝0.01～0.02。
2、管間距使用金屬材料時，其尺寸范圍為200±10。使用橡膠、塑料時，其尺寸范圍為160±10。
3、翅片同金屬流道配合，使用冷軋鋁板或鋁帶時，厚度為0.9±0.15，若為冷軋紫銅帶時，厚度為0.45±0.10。若同橡膠、塑料流道配合，使用冷軋鋁板或鋁帶時，其厚度為0.70±0.15。
當金屬流道為扁狀，為盡量提高翅片效率，對于銅管銅翅者，應(yīng)將翅片以釬焊方法焊于扁管兩側(cè)，如圖(3)所示；若為銅管鋁翅或鋼管鋁翅者，翅片可在流道處壓成正反交錯的相等弧形，扁管從中緊密穿過，如圖(4)所示；若為橡膠或塑料園管者，仍以鋁板為翅片、其上沖壓單向園弧，扣蓋在園管上，通過與另一側(cè)的弧形抱卡緊密固定使園管與翅片上的園弧良好接觸，如圖(5)所示，這種作法可遮蓋流道管表面不直接受日光輻照、避免了橡料、塑料材料而受紫外老化影響這一老問題，可延長其使用壽命。
在以上翅片與流道的接觸配合中，為減少接觸熱阻，可在其接觸處涂以導(dǎo)熱粘結(jié)劑或?qū)峁柚?br> 4、外廓尺寸為了降低局部流動阻力損失，蛇形流道需盡量減少彎頭，因而其相應(yīng)的外廓一般應(yīng)讓其橫向尺寸大一些，如圖(1)所示。而縱向尺寸是受管間距的影響的，參考尺寸可為850(1個金屬橫管，管距205；或5個橡、塑管，管距160)、1000(5個金屬橫管，管距194；或6個橡、塑管，管距160)、1200(6個金屬橫管，管距195；或7個橡、塑管，管距167)。
當外廓尺寸為2000×1000時，其水力、熱工特性與現(xiàn)有全銅多管組合式集熱器相當。
5、蛇形管布置圖(6)給出四種蛇形管布置方式，其圖(6)(a)宜用于緊湊式熱水器，如圖(7)(a)、圖(6)(b)應(yīng)用于分離式熱水器，如圖(7)(b)、圖(7)中1為儲熱水箱，2為循環(huán)連接管，3為集熱器。
在熱水器中蛇形管的進出應(yīng)盡量作到讓冷水管與熱水管并靠布置，如圖(6)(b)，這時可采用十水硫酸鈉、石臘等低溫相變材料進行相變儲能保溫以防凍結(jié)，其示意結(jié)構(gòu)如圖(8)。
其中4為保溫層，5為相變材料層，6為連接管。
采用本實用新型提出的結(jié)構(gòu)參數(shù)和作法使單管蛇形集熱器的抗凍成為可能，從而大大簡化了抗凍熱水器的選材和生產(chǎn)工藝，降低了成本，而且由于本實用新型對設(shè)計、加工的具體核心細節(jié)均明確給出數(shù)據(jù)和方法，因而一般稍具機械加工能力的車間和工廠均能較容易地實施和生產(chǎn)。
權(quán)利要求1.一種抗凍太陽能熱水器，其特征在于它的集熱流道在使用金屬材料時是一種斷面為橢園形的蛇形管，在使用橡膠塑料時是一種斷面為園形的蛇形管。
2.根據(jù)權(quán)利(1)所述的抗凍太陽能熱水器，其特征是使用金屬材料時它的橢園形斷面的偏心率K＝0.8～0.9，斷面長、短軸尺寸(a，b)的范圍為(17，8～9)到(20，9～10)，相應(yīng)等周長的園直徑為φ25～φ30，相應(yīng)的水力當量直徑為φ21～φ24。使用橡膠，塑料時，園管直徑為φ20～φ25。
3.根據(jù)權(quán)利(1)所述的抗凍太陽能熱水器，其特征是在使用金屬材料時管間距尺寸為200±10，在使用橡膠、塑料時，管間距尺寸為160±10。
4.根據(jù)權(quán)利(1)所述的抗凍太陽能熱水器，其特征是翅片同金屬流道配合，使用冷軋鋁板或鋁帶時，厚度為0.9±0.15；采用紫銅帶時為0.45±0.10。翅片同橡膠、塑料流道配合，使用冷軋鋁板或鋁帶時，其厚度為0.70±0.15。
5.根據(jù)權(quán)利(1)所述的抗凍太陽能熱水器，其特征是以橡膠、塑料為材料制作蛇形管時，翅片緊密復(fù)蓋在管子上阻擋了紫外光對材料老化的影響。
6.根據(jù)權(quán)利(1)所述的抗凍太陽能熱水器，其特征是集熱器與水箱之間的循環(huán)連接管采用了低溫相變儲能材料與外層保溫的抗凍措施。
專利摘要用幾何變形吸收冰凍膨脹的原理并綜合水力、熱工、加工工藝和性能與價格比的要求而提出的有關(guān)斷面形狀尺寸、管間距、翅片厚度等參數(shù)和一些作法所構(gòu)成的單管蛇形太陽能熱水器，具有抗凍能力，能全天候地工作。特別是在上表面覆蓋吸熱翅片的橡膠、塑料管之蛇形太陽能熱水器，防止了紫外老化、能節(jié)省銅材和不銹鋼的使用，使之成為一種廉價的可抗凍太陽能熱水器。
文檔編號F24J2/48GK2086399SQ9022348
公開日1991年10月9日 申請日期1990年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月11日
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