專利名稱：：承壓式太陽能熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種太陽能熱水器，尤其是一種承壓式太陽能熱水器，屬于太陽能應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：據(jù)申請人了解，現(xiàn)有太陽能熱水器主要有非承壓式和承壓式兩類。非承壓式太陽能熱水器的儲(chǔ)水容器直接與太陽能集熱管連通，因此用戶直接使用太陽能加熱的熱水，沒有中間換熱環(huán)節(jié)。由于儲(chǔ)水容器內(nèi)沒有壓力，因此存在使用時(shí)水流沖擊力不足的缺點(diǎn)；此外，由于水中無法添加防凍液，因此與太陽能集熱管連"^妄的外置水管在寒冷季節(jié)存在凍結(jié)的可能。承壓式太陽能熱水器的儲(chǔ)水容器(通常稱為內(nèi)膽)通過換熱結(jié)構(gòu)與太陽能集熱管循環(huán)吸熱耦合連接。由于內(nèi)膽不與太陽能集熱管直接連通，因此可以具有內(nèi)壓，從而輸出沖擊力強(qiáng)勁的水流；同時(shí)太陽能集熱管的循環(huán)傳熱介質(zhì)中可以加入防凍液，從而避免凍結(jié)。檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮?1216199.3的中國專利公開了一種真空集熱管太陽能集熱器，包括若干根全玻璃真空太陽集熱管、連集管、支架和反光板，連集管與若干根全玻璃真空太陽集熱管連通，其特征是連集管內(nèi)膽內(nèi)設(shè)置換熱管道，該換熱管道的兩端從連集管內(nèi)膽側(cè)面穿出，經(jīng)連接管道與儲(chǔ)熱水箱連接。該結(jié)構(gòu)存在的明顯缺點(diǎn)是，由于換熱管道從連集管內(nèi)膽側(cè)面穿出，因此熱交換面積小，熱效率低，并且結(jié)構(gòu)不緊湊，外形不工整，制造、安裝都比較困難。此外，申請?zhí)枮?1216418.6的中國專利^Hf了一種承壓式真空集熱管太陽能集熱器，包括全玻璃真空集熱管、反射^^反、聯(lián)集管、支架和設(shè)在聯(lián)集管內(nèi)膽上的進(jìn)水口、出水口組成，其特征是在聯(lián)集管內(nèi)膽內(nèi)增設(shè)多根u形承壓換熱管，u形承壓換熱管與聯(lián)集管貫穿的部位均密封連接。該產(chǎn)品由于釆用了u形管，因此克服了上述專利申請熱交換面積小、結(jié)構(gòu)不緊湊、外形不工整的缺點(diǎn)，但卻存在熱交換原理上的問題由于U形承壓換熱管左、右兩側(cè)的管路對(duì)稱分布，進(jìn)水和出水口處于同一高度，理論上難以在進(jìn)水和出水口之間形成因溫差而產(chǎn)生的熱虹吸現(xiàn)象，啟動(dòng)水流自然循環(huán)十分困難，因此熱效率很低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和問題，提出一種不僅交換面積大、而且換熱效率高的承壓式太陽能熱水器，同時(shí)應(yīng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形工整的優(yōu)點(diǎn)，從而便于切實(shí)推廣應(yīng)用。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的承壓式太陽能熱水器包括儲(chǔ)水內(nèi)膽和太陽能集熱裝置，所述太陽能集熱裝置主要由^f黃向集熱管和縱向聯(lián)箱構(gòu)成；所述集熱管的一端與聯(lián)箱連通，形成第一級(jí)熱交換循環(huán)回路；所述聯(lián)箱傾斜安置，內(nèi)裝具有兩支管的U型換熱管；所述U型換熱管隨聯(lián)箱傾斜，兩支管分別處于高位和低位；處于高位和處于低位的兩支管分別向上延伸與所述儲(chǔ)水內(nèi)膽對(duì)應(yīng)的循環(huán)接口連通，形成第二級(jí)熱交換循環(huán)回^各。本發(fā)明由于將U型換熱管傾斜安置，支管形成了高位和低位，因此使之形成了高低溫差，從而可以借助熱虹吸作用，啟動(dòng)第二級(jí)熱交換循環(huán)回路，解決了技術(shù)上的難題。此外，本發(fā)明不僅具有良好的換熱性能，而且結(jié)構(gòu)緊湊，外形工整，制造安裝方便，美觀實(shí)用，便于推廣應(yīng)用。理論上，U型換熱管隨聯(lián)箱傾斜時(shí)與鉛垂方向的夾角可以是1°一90°。實(shí)驗(yàn)表明，U型換熱管隨聯(lián)箱傾斜時(shí)其對(duì)稱中心線與鉛垂方向的夾角5°—90°為宜。本發(fā)明的進(jìn)一步完善是，各集熱管內(nèi)增加一根套管，以減少真空集熱管內(nèi)的介質(zhì)容積，進(jìn)一步提高換熱效率，縮短啟動(dòng)第一級(jí)熱交換循環(huán)的時(shí)間。總之，本發(fā)明以科學(xué)合理的管路布置，巧妙解決了技術(shù)難題，為自然循環(huán)的承壓太陽能熱水器開辟了一條經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高效的換熱途徑。實(shí)驗(yàn)證明，其換熱效果更充分，散熱更少，比常規(guī)承壓太陽能熱水器單位面積日得熱量提高了20-30%。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1實(shí)施例的側(cè)^f見圖。圖3為圖1實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖1實(shí)施例的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖，用以反映熱虹吸啟動(dòng)熱交換循環(huán)原理。具體實(shí)施例方式實(shí)施例本實(shí)施例為一種承壓的壁掛式太陽能熱水器，如圖1、圖2和圖3所示，主要由儲(chǔ)水內(nèi)膽和太陽能集熱裝置構(gòu)成。殼體l中包裹保溫層2的內(nèi)膽主體4呈橫置圓柱狀，內(nèi)膽主體4內(nèi)的上部設(shè)有接熱水龍頭的熱水出水管3，下部設(shè)有接自來水源的冷水進(jìn)水管5,因此其中具有一定的內(nèi)壓。內(nèi)膽主體4的底部設(shè)有太陽能循環(huán)管路循環(huán)出口套管6和循環(huán)出口套管7。太陽能集熱裝置為適合安置在陽臺(tái)外側(cè)的壁掛式太陽能集熱器，含有一組橫向(水平)的在下套管真空集熱管13和在上(最高處)的功能真空集熱管16,以及縱向(垂向)的聯(lián)箱。套管真空集熱管13由真空集熱管內(nèi)增加一根套管構(gòu)成，這樣可以減少真空集熱管內(nèi)的介質(zhì)容積，進(jìn)一步提高換熱效率，縮短啟動(dòng)第一級(jí)熱交換循環(huán)的時(shí)間。在上的功能真空集熱管留有膨脹空間，可以只充約一半的介質(zhì)，另外一半容積預(yù)留用作膨脹管。聯(lián)箱由聯(lián)箱外殼12與其中的聯(lián)箱內(nèi)管11構(gòu)成。套管真空集熱管13和功能真空集熱管16的一端插裝支撐在垂直的尾托架15,另一端插裝在聯(lián)箱外殼12上，與聯(lián)箱內(nèi)管11連通，形成第一級(jí)熱交換循環(huán)回路。聯(lián)箱傾斜安置，內(nèi)裝具有兩支管的U型不銹鋼波紋換熱管10。該U型不銹鋼波紋換熱管10隨聯(lián)箱傾斜，兩支管分別處于高位和低位。處于高位和處于低位的兩支管分別向上延伸，通過循環(huán)管路8和9，與儲(chǔ)水內(nèi)膽對(duì)應(yīng)的循環(huán)接口——循環(huán)出口套管6和循環(huán)出口套管7連通，形成第二級(jí)熱交換循環(huán)回路。一組套管真空集熱管相互平行，U型換熱管兩支管中心線所處平面與各套管真空集熱管中心線所處平面相交。本實(shí)施例的核心創(chuàng)新之處是，申請人經(jīng)過反復(fù)摸索實(shí)驗(yàn)，找到了通過巧妙在聯(lián)箱內(nèi)布置具有安裝角度E的U型換熱器，配合蓄熱水箱內(nèi)換熱循環(huán)管高低差讓系統(tǒng)自然形成高低溫差，從而提供微小初始啟動(dòng)動(dòng)力，讓整個(gè)熱交換循環(huán)回路得以實(shí)現(xiàn)自然對(duì)流換熱(參見圖4)。工作時(shí)，各套管真空集熱管13吸收的太陽能由管中換熱介質(zhì)的熱虹吸作用，經(jīng)第一級(jí)熱交換循環(huán)回路，集聚到聯(lián)箱內(nèi)管11。當(dāng)集熱裝置換熱介質(zhì)受熱膨脹后，進(jìn)入預(yù)留了一半空管的功能真空集熱管16內(nèi)，啟動(dòng)該功能真空集熱管由熱虹吸循環(huán)，把熱量也帶入聯(lián)箱內(nèi)管11，經(jīng)由設(shè)置在聯(lián)箱內(nèi)管11中的不銹鋼波紋換熱管10間壁換熱，把熱量傳給位于管內(nèi)的承壓循環(huán)水。U型不銹鋼波紋換熱管10內(nèi)的承壓循環(huán)水由于存在高、低溫差，將產(chǎn)生熱虹吸對(duì)流，把熱量帶入高位點(diǎn)的儲(chǔ)水內(nèi)膽。實(shí)驗(yàn)表明，本實(shí)施例的單位面積集熱器熱水得量比通規(guī)格的現(xiàn)有產(chǎn)品提高20-30%，效果十分顯著。詳見以下比較本方案樣機(jī)與某品牌壁掛太陽能熱水器熱性能對(duì)比測試數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>此外，為了避免換熱介質(zhì)液的熱膨脹導(dǎo)致真空集熱管產(chǎn)生內(nèi)壓以及便于補(bǔ)液，在聯(lián)箱內(nèi)管11上方設(shè)置與大氣連通的冒氣補(bǔ)液口14,這樣可以一舉兩^尋地解決泄壓與補(bǔ)液問題。實(shí)踐證明，將U型結(jié)構(gòu)的換熱器設(shè)置在集熱器聯(lián)箱內(nèi)結(jié)構(gòu)較為簡單，并且不減小儲(chǔ)水內(nèi)膽的儲(chǔ)水空間。更為重要的是，由于采用U型結(jié)構(gòu)，所以金屬換熱器都在聯(lián)箱內(nèi)，外部沒有多余循環(huán)管路，不光可以有效增大換熱面積，而且可以減少系統(tǒng)散熱，外型美觀、避免換熱器冬天凍裂危險(xiǎn)。另外由于集熱裝置內(nèi)的換熱介質(zhì)受熱存在膨脹現(xiàn)象，一般常規(guī)的做法是在集熱裝置上增加一個(gè)膨脹罐，本實(shí)施例巧妙賦予最上面一根真空集熱管擔(dān)當(dāng)集熱和膨脹的雙重功能一一由于最上面一根真空集熱管的一段約100mra采用了鍍膜遮擋工藝，所以在充介質(zhì)時(shí)可以清晰地從最上面一根真空集熱管沒有鍍膜的部分看到聯(lián)箱及真空集熱管內(nèi)換熱介質(zhì)液位情況。安裝時(shí)，最上面一根真空集熱管只充約一半的介質(zhì)，另外一半容積預(yù)留用作膨脹管，這樣不僅可以降低成本，而且由于有效的避免了熱介質(zhì)膨脹能量的損失，因此更有利于提高換熱性能。總之，本實(shí)施例具有以下主要優(yōu)點(diǎn)1、高效換熱由于非承壓的集熱裝置和承壓的換熱系統(tǒng)均采用一次對(duì)流換熱，而且非承壓集熱裝置高溫介質(zhì)膨脹量依然保留在集熱器內(nèi)，因此單位面積集熱器熱7JC彈量比通規(guī)格的現(xiàn)有產(chǎn)品提高20-30%，效果十分顯著。2、成本經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)簡單，切實(shí)可行，制造成本明顯低于現(xiàn)有"膽中膽"或盤管換熱結(jié)構(gòu)，且不占內(nèi)膽的儲(chǔ)水空間。3、有效抗凍由于U型不銹鋼波紋換熱管使換熱器冷熱段均布置在集熱器聯(lián)箱內(nèi)，因此有效降低了換熱器冬天凍裂的風(fēng)險(xiǎn)。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。例如，U型換熱管也可以是U型金屬蛇型換熱管、金屬直管換熱管或金屬翅片換熱管等。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.一種承壓式太陽能熱水器，包括儲(chǔ)水內(nèi)膽和太陽能集熱裝置，所述太陽能集熱裝置主要由橫向集熱管和縱向聯(lián)箱構(gòu)成；所述集熱管的一端與聯(lián)箱連通，形成第一級(jí)熱交換循環(huán)回路；其特征在于所述聯(lián)箱傾斜安置，內(nèi)裝具有兩支管的U型換熱管；所述U型換熱管隨聯(lián)箱傾斜，兩支管分別處于高位和低位；處于高位和處于低位的兩支管分別向上延伸與所述儲(chǔ)水內(nèi)膽對(duì)應(yīng)的循環(huán)接口連通，形成第二級(jí)熱交換循環(huán)回路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承壓式太陽能熱水器，其特征在于各集熱管內(nèi)增設(shè)有套管，構(gòu)成套管集熱管。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的承壓式太陽能熱水器，其特征在于所述集熱管為真空集熱管，包括在下的一組套管真空集熱管和在上的功能真空集熱管，所述套管真空集熱管由真空集熱管內(nèi)增加一根套管構(gòu)成，所述功能真空集熱管內(nèi)留有膨脹空間。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的承壓式太陽能熱水器，其特征在于所述一組套管真空集熱管相互平行，所述U型換熱管兩支管中心線所處平面與各所述套管真空集熱管中心線所處平面相交。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的承壓式太陽能熱水器，其特征在于所述聯(lián)箱由聯(lián)箱外殼與其中的聯(lián)箱內(nèi)管構(gòu)成，所述套管真空集熱管和功能真空集熱管的一端插裝支撐在垂直的尾托架，另一端插裝在聯(lián)箱外殼上，與聯(lián)箱內(nèi)管連通，形成第一級(jí)熱交換循環(huán)回路。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的承壓式太陽能熱水器，其特征在于所述聯(lián)箱內(nèi)管上方設(shè)置與大氣連通的冒氣補(bǔ)液口。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的承壓式太陽能熱水器，其特征在于所述U型換熱管隨聯(lián)箱傾斜時(shí)其對(duì)稱中心線與鉛垂方向的夾角5°—90。。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的承壓式太陽能熱水器，其特征在于所述U型換熱管為U型金屬波紋換熱管、U型金屬蛇型換熱管、U型金屬直管換熱管或U型金屬翅片換熱管之一。全文摘要本發(fā)明涉及一種承壓式太陽能熱水器，屬于太陽能應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域：
。該熱水器主要由儲(chǔ)水內(nèi)膽和太陽能集熱裝置構(gòu)成，太陽能集熱裝置主要由橫向集熱管和縱向聯(lián)箱構(gòu)成；集熱管的一端與聯(lián)箱連通，形成第一級(jí)熱交換循環(huán)回路；聯(lián)箱傾斜安置，內(nèi)裝具有兩支管的U型換熱管；U型換熱管隨聯(lián)箱傾斜，兩支管分別處于高位和低位；處于高位和處于低位的兩支管分別向上延伸與儲(chǔ)水內(nèi)膽對(duì)應(yīng)的循環(huán)接口連通，形成第二級(jí)熱交換循環(huán)回路。本發(fā)明以科學(xué)合理的管路布置，巧妙解決了技術(shù)難題，為自然循環(huán)的承壓太陽能熱水器開辟了一條經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高效的換熱途徑。實(shí)驗(yàn)證明，其換熱效果更充分，散熱更少，單位面積日得熱量提高了20-30％。文檔編號(hào)F24J2/46GK101435632SQ200810243590公開日2009年5月20日申請日期2008年12月16日優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日發(fā)明者敖凱平申請人:艾歐史密斯(中國)熱水器有限公司