專(zhuān)利名稱(chēng)：一種抗凍太陽(yáng)能熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種集熱熱水器，尤其是一種在吸熱體內(nèi)貯水的抗凍太陽(yáng)能熱水器。
現(xiàn)有的太陽(yáng)能熱水器通常是由水箱和集熱器組成，水箱設(shè)在集熱器的上方并與集熱器中的吸熱體相連通，吸熱體通常是由集熱排管、上集管和下集管以及上循環(huán)管和下循環(huán)管所組成，集熱排管為金屬集熱條，由于水在結(jié)凍為冰時(shí)其體積膨脹約10％，因此現(xiàn)有的用無(wú)彈性膨脹材料制成的吸熱體均不具有抗凍性能。目前為使現(xiàn)有的太陽(yáng)能熱水器能夠具有抗凍性能，主要是通過(guò)用能夠彈性膨脹的材料來(lái)制作吸熱體，使得吸熱體中的水在結(jié)凍時(shí)，靠彈性材料的膨脹使吸熱體具有抗凍性能，尤其是北京市太陽(yáng)能研究所在專(zhuān)利號(hào)為901083100的專(zhuān)利文件中所公開(kāi)的抗凍太陽(yáng)能熱水器，該太陽(yáng)能熱水器的特點(diǎn)是吸熱體中的集熱排管為金屬集熱條，上下集管為能夠彈性膨脹的橡膠管，該太陽(yáng)能熱水器是以吸熱體的集熱排管有序凍結(jié)和上下集管的彈性膨脹為抗凍原理，從而使吸熱體中的水在結(jié)凍時(shí)不會(huì)賬壞吸熱體，但根據(jù)北京市太陽(yáng)能研究所的江希年等人為上述抗凍太陽(yáng)能熱水器在太陽(yáng)能學(xué)報(bào)1991年第12卷第3期231-236頁(yè)所發(fā)表的題目為《順序凍結(jié)太陽(yáng)熱水器的實(shí)驗(yàn)研究》一文中所公布的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，上述抗凍太陽(yáng)能熱水器在應(yīng)用時(shí)吸熱體中集熱排管的兩端仍將承受較太的膨脹應(yīng)力。由于上述抗凍太陽(yáng)能熱水器吸熱體的上下集管在承受膨脹應(yīng)力時(shí)要能夠向外彈性膨脹，因此上述抗凍太陽(yáng)能熱水器的吸熱體存在著允許使用壓力低，吸熱體各部仍承受較高膨脹應(yīng)力，而且制作技術(shù)復(fù)雜等缺點(diǎn)。
另外盡管現(xiàn)有的用玻璃真空管制成的太陽(yáng)能熱水器可在冬季使用，但當(dāng)環(huán)境溫度特別低時(shí)，或環(huán)境溫度較低而且連續(xù)幾天陰天使玻璃管基本受不到光照時(shí)，玻璃真空管內(nèi)的水仍會(huì)結(jié)凍，當(dāng)已結(jié)凍的玻璃真空管在經(jīng)過(guò)了一段短時(shí)間的解凍后，則該玻璃真空管內(nèi)的冰則會(huì)上浮，如果在此在時(shí)該玻璃真空管又進(jìn)入二次結(jié)凍狀態(tài)，則該玻璃真空管內(nèi)的水在二次結(jié)凍時(shí)，則會(huì)在浮冰停留處先完成結(jié)凍，使得浮冰下部的水因在結(jié)凍時(shí)所產(chǎn)生的體積膨脹脹裂玻璃真空管，因此現(xiàn)有的貯水空間呈圓柱形的玻璃真空管在二次結(jié)凍時(shí)不具有抗凍性能。由于能夠造成玻璃真空管被凍裂的氣候條件較難遇到，所以現(xiàn)有的用貯水空間呈圓柱形玻璃真空管制成的太陽(yáng)能熱水器可以在冬季使用。但是當(dāng)玻璃玻璃真空管使用了數(shù)年后，則真空度已降低的真空管內(nèi)的水將容易完成結(jié)凍，即真空度已降低的玻璃真空管較易被凍裂，即在使用中將容易出現(xiàn)“炸管”現(xiàn)象。
本實(shí)用新型的目的是提供一種吸熱體為無(wú)彈性膨脹材料的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且不存在因水膨脹而產(chǎn)生高壓的抗凍太陽(yáng)能熱水器。
為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的發(fā)明目的，本實(shí)用新型所提出的技術(shù)方案如下一種抗凍太陽(yáng)能熱水器，它由水箱和集熱器組成，水箱設(shè)在集熱器的上方，集熱器中有數(shù)個(gè)無(wú)彈性的集熱排管，每個(gè)集熱排管的下端封堵，上端與水箱相連通，集熱排管的上部，其貯水空間呈上截面積不小于下截面積的直柱形狀，該部分在集熱器中的長(zhǎng)度，不小于集熱排管長(zhǎng)度的1/20；使得因集熱排管上端不受光照而解凍慢的冰，均在集熱排管的上部。集熱排管的形狀符合如下公式0.2(Vj/Sj)＜Vy/Sy＜1.1(Vj/Sj)Vj——距水箱近處單位長(zhǎng)度的貯水空間體積，Vy——距水箱遠(yuǎn)處單位長(zhǎng)度的貯水空間體積，Sj——Vj在集熱排管壁外側(cè)所對(duì)應(yīng)的等效吸散熱面積，Sy——Vy在集熱排管壁外側(cè)所對(duì)應(yīng)的等效吸散熱面積；從而使得集熱排管[2]中的水在首次結(jié)凍時(shí)，能按自下而上的順序逐步完成結(jié)凍，又能使已結(jié)凍的吸熱體在解凍時(shí)，除了集熱排管上部的冰以外，都能按自上而下的順序解凍。另外，在集熱排管貯水空間的下端部，設(shè)有固冰裝置，以阻止集熱排管內(nèi)的冰在解凍時(shí)上浮。
上述的抗凍太陽(yáng)能熱水器，在首次結(jié)凍時(shí)，集熱排管內(nèi)的水是按照自下而上的順序逐步完成結(jié)凍。集熱排管在解凍時(shí)，由于集熱排管內(nèi)上部的溫度高于下部的溫度，而且集熱排管內(nèi)的冰不會(huì)上浮，因此集熱排管中的冰除了集熱排管上部?jī)?nèi)的冰以外，都是按照自上而下的順序逐步解凍，從而使得正在解凍的集熱排管，無(wú)論在何時(shí)進(jìn)入二次結(jié)凍狀態(tài)，集熱排管中的水在結(jié)凍時(shí)所產(chǎn)生的體積膨脹仍能將其上部的水推入水箱中，或?qū)⒃诩療崤殴苌喜康谋?，尤其是在集熱排管上端的冰順利的推向水箱，因此上述的抗凍太?yáng)能熱水器，在首次和二次結(jié)凍時(shí)均具有抗凍性能。
上述抗凍太陽(yáng)能熱水器的優(yōu)點(diǎn)是利用現(xiàn)有金屬集熱條的形狀，不必進(jìn)行過(guò)多的加工即使得制成的太陽(yáng)能熱水器具有抗凍性能。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型提出的抗凍太陽(yáng)能熱水器的實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。


圖1是抗凍太陽(yáng)能熱水器的正視示意圖圖2是固冰裝置為彎曲貯水空間的抗凍太陽(yáng)能熱水器的側(cè)剖視圖圖3是固冰裝置為曲線狀金屬的抗凍太陽(yáng)能熱水器的側(cè)剖視圖圖4是集熱排管為玻璃真空管的抗凍太陽(yáng)能熱水器正剖視圖參見(jiàn)
圖1、圖2。一種抗凍太陽(yáng)能熱水器，它由水箱[1]和集熱器[5]組成，水箱設(shè)在集熱器的上方，集熱器中的數(shù)個(gè)集熱排管[2]為金屬集熱條，每個(gè)集熱排管的下端封堵，上端與水箱相連通，集熱排管[2]的上部，其貯水空間呈上截面積不小于下截面積的直柱形狀，該部分在集熱器中的長(zhǎng)度，不小于集熱排管[2]長(zhǎng)度的1/20。集熱排管[2]的形狀符合如下公式0.2(Vj/Sj)＜Vy/Sy＜1.1(Vj/Sj)Vj——距水箱近處單位長(zhǎng)度的貯水空間體積，Vy——距水箱遠(yuǎn)處單位長(zhǎng)度的貯水空間體積，Sj——Vj在集熱排管壁外側(cè)所對(duì)應(yīng)的等效吸散熱面積，Sy——Vy在集熱排管壁外側(cè)所對(duì)應(yīng)的等效吸散熱面積。
在本實(shí)施例中集熱排管[2]的形狀還滿(mǎn)足Vj＝Vy，Sj＝Sy。也就說(shuō)在集熱器中為吸熱體的集熱排管上下的吸散熱面積相同，而且集熱排管上下的貯水空間厚度相等。固冰裝置為彎集熱排管[3]，彎集熱排管[3]的貯水空間與集熱排管[2]的貯水空間相連通，彎集熱排管[3]的貯水空間相對(duì)于集熱排管[2]的貯水空間是呈向集熱器前方彎曲的形狀，彎集熱排管[3]為與集熱排管[2]相同的金屬集熱條。
當(dāng)上述的下端部設(shè)有彎集熱排管[3]的集熱排管[2]，其內(nèi)部已結(jié)凍的冰在解凍時(shí)，由于在彎集熱排管[3]內(nèi)的冰與集熱排管[2]內(nèi)的冰呈一夾角，從而保證了集熱排管內(nèi)的冰在解凍時(shí)不會(huì)向上浮起。彎集熱排管[3]呈向集熱器前方彎曲的形狀，不僅使集熱排管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且能有效利用集熱器的內(nèi)部空間。
參見(jiàn)圖3。本實(shí)用新型抗凍太陽(yáng)能熱水器的固冰裝置還可為其它的結(jié)構(gòu)形式，如固冰裝置為一端固定在集熱排管[2]內(nèi)壁的曲線狀金屬絲[4]。
參見(jiàn)圖4。本實(shí)用新型抗凍太陽(yáng)能熱水器還可為其它的結(jié)構(gòu)形式，如集熱排管為數(shù)個(gè)貯水空間呈圓柱形的玻璃真空管[2]，每個(gè)玻璃真空管[2]的下端封堵，上部與水箱[1]相連通，在每個(gè)玻璃真空管貯水空間的下部設(shè)有固冰裝置[3]，固冰裝置[3]為有一定重量的曲線狀金屬，固冰裝置[3]的重量大于所在玻璃真空管貯水重量的7％，使玻璃真空管內(nèi)的冰在解凍時(shí)，冰的浮力被結(jié)凍在冰內(nèi)的固冰裝置重量所抵消，從而使冰在解凍時(shí)不會(huì)上浮。
權(quán)利要求1.一種抗凍太陽(yáng)能熱水器，它由水箱[1]和集熱器[5]組成，水箱[1]設(shè)在集熱器的上方，集熱器中有數(shù)個(gè)無(wú)彈性的集熱排管[2]，每個(gè)集熱排管[2]的下端封堵，上端與水箱相連通，其特征在于集熱排管[2]的上部，其貯水空間呈上截面積不小于下截面積的直柱形狀，該部分在集熱器中的長(zhǎng)度，不小于集熱排管[2]縱向長(zhǎng)度的1/20，集熱排管[2]的形狀符合如下公式0.2(Vj/Sj)＜Vy/Sy＜1.1(Vj/Sj)另外，在集熱排管[2]貯水空間的下端部，設(shè)有固冰裝置[3]或[4]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗凍太陽(yáng)能熱水器，其特征在于集熱排管[2]的形狀為Vj＝Vy，Sj＝Sy。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗凍太陽(yáng)能熱水器。其特征在于集熱排管[2]為金屬集熱條。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗凍太陽(yáng)能熱水器，其特征在于固冰裝置為彎集熱排管[3]，彎集熱排管[3]的貯水空間與集熱排管[2]的貯水空間相連通，彎集熱排管[3]的貯水空間相對(duì)于集熱排管[2]的貯水空間是呈向集熱器前方彎曲的形狀，彎集熱排管[3]為與集熱排管[2]相同的金屬集熱條。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗凍太陽(yáng)能熱水器，其特征在于固冰裝置為一端固定在集熱排管[2]內(nèi)壁的曲線狀金屬絲[4]。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗凍太陽(yáng)能熱水器，其特征在于集熱排管為數(shù)個(gè)貯水空間呈圓柱形的玻璃真空管[2]，每個(gè)玻璃真空管的下端封堵，上部與水箱相連通，在每個(gè)玻璃直空管貯水空間的下部設(shè)有固冰裝置[3]，固冰裝置[3]為有一定重量的曲線狀金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的抗凍太陽(yáng)能熱水器，其特征在于固冰裝置[3]的重量大于所在玻璃真空管貯水重量的7％。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種抗凍太陽(yáng)能熱水器,集熱器(5)中有數(shù)個(gè)無(wú)彈性膨脹、下端封堵、上端與水箱(1)相連通的集熱排管(2),集熱排管為金屬集熱條或玻璃真空管,集熱排管上部的貯水空間呈上截面不小于下截面的直柱形狀,該部分在集熱器中的長(zhǎng)度,不小于集熱排管長(zhǎng)度的1/20。集熱排管(2)的形狀符合一特定的公式,在集熱排管(2)貯水空間的下端部設(shè)有固冰裝置。具有該形狀特點(diǎn)的熱水器,在首次結(jié)凍時(shí)和在二次結(jié)凍時(shí)均具有抗凍性能。
文檔編號(hào)F24J2/04GK2284933SQ9624835
公開(kāi)日1998年6月24日 申請(qǐng)日期1996年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月10日
發(fā)明者位紹建 申請(qǐng)人:位紹建