專利名稱：太陽能熱水器的內(nèi)置導(dǎo)流體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽能熱水器的內(nèi)置導(dǎo)流體。
背景技術(shù)：
太陽能熱水器由集熱器、貯熱水箱、控制器、管道等部件組成。集熱器是太陽能熱水器的核心元件，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到太陽能的利用效率。常用的太陽能集熱器有多種結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì)，其中全玻璃真空管集熱器由于采用了真空夾層，消除了氣體的對流與傳導(dǎo)熱損，并應(yīng)用選擇性吸收涂層，使集熱器的輻射吸收達到最大，相反輻射熱損則降到最低，又由于其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、可靠性強、生產(chǎn)成本低、適宜在低中溫中運行等諸多突出的優(yōu)點，在集熱器產(chǎn)品種類中占據(jù)了很大的市場份額。全玻璃真空管集熱器(以下簡稱:真空管)像一個拉長變細的暖水瓶膽。有一個一端封閉的內(nèi)玻璃管(以下簡稱:內(nèi)管)和一個同軸的外玻璃管(以下簡稱:外管)組成，內(nèi)、夕卜管的開口端熔封在一起，管間的夾層抽成高真空，并封入帶支架的吸氣劑，一方面支撐內(nèi)玻璃管的封閉圓頭，另一方面當(dāng)吸氣劑蒸散后吸收真空集熱管在存放及工作過程中所釋放的微量氣體，選擇性吸收涂層沉積在內(nèi)管的外表面上。把二十根左右的真空管的開口端并排插入水平放置的圓柱形貯熱水箱底部，用內(nèi)膽橡膠密封圈和外筒橡膠密封圈使真空管和水箱連為一體的太陽能熱水器，稱為緊湊式全玻璃真空管太陽能熱水器(以下簡稱:真空管太陽能熱水器)。這種太陽能熱水器始于20世紀80年代末，因其比分離式熱水器簡單，比平板式熱水器得熱效率高，很快獲得了推廣和普及。它的光熱轉(zhuǎn)換原理是:利用真空管所具有的高太陽吸收比和低發(fā)射比涂層，將吸收的太陽輻射轉(zhuǎn)換成熱能，加熱內(nèi)管，通過內(nèi)管的傳導(dǎo)作用，加熱管中的冷水，再利用熱水密度小、冷水密度大的特點，在管內(nèi)及水箱中形成熱虹吸壓力，產(chǎn)生熱水上浮、冷水下沉的自然循環(huán)，最終使整個水箱內(nèi)的水溫升高。隨著太陽能熱水器的廣泛應(yīng)用，并伴隨著真空管制造技術(shù)的日趨成熟，新的設(shè)計理念不斷呈現(xiàn)，采用新結(jié)構(gòu)集熱器的太陽能熱水器也不斷公布于眾。出現(xiàn)了應(yīng)用“熱管真空管(包括全玻璃真空管內(nèi)插熱管和金屬熱管真空管)”、“U型真空管”、“CPC真空管熱管”等集熱器生產(chǎn)的太陽能熱水器。但由于全玻璃真空管太陽能熱水器具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便、可靠性強、造價便宜、能滿足一般家庭對暖水的需求等優(yōu)點，深受廣大用戶歡迎而沒有被淘汰,相反,幾十年來一直占據(jù)著市場的主導(dǎo)地位。不可否認，與熱管真空管相比，全玻璃真空管太陽能熱水器存在著:管熱容大、熱啟動慢、傳熱和流動性差和不可用熱水量比例高等不足。究其原因是真空管的冷、熱水共用一個對流通道所致，這在真空管誕生后的幾十年中，已被許多學(xué)者的研究所證實。據(jù)《全玻璃真空太陽能熱水器內(nèi)流場的影響因素分析》(工程熱物理學(xué)報，2010年4月，聞素英等)的研究結(jié)論:全玻璃真空管太陽能熱水器，“沿著軸線方向，從管頂部到管底部，軸向速度逐漸降低，溫度均勻降低，由于冷水在沿管壁下降過程中不斷被加熱，未到達管底部便被管壁上部的上升流帶走；在管口與水箱連接處，由于存在水箱中的冷水向管內(nèi)的循環(huán)流動，使得軸向速度梯度增加，在接近箱體入口時受到從水箱回流的冷流體影響，使得流體循環(huán)受到影響，形成渦流，不利于熱交換，渦流現(xiàn)象的存在造成了管上部、下部和中部熱、冷流體的混和，使得上升流體溫度降低，下降流體溫度升高，有時甚至出現(xiàn)流體的短路，將降低對流換熱效率，使得流體流動不穩(wěn)定，對換熱過程不利，應(yīng)采取措施抑制，以確保管內(nèi)對流換熱流動的有序性?！币婵展艿拇祟惾毕?，必須改變現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)新型真空管。這意味需要重新投入資金，改造原有的真空管生產(chǎn)線。這對當(dāng)前的廠商來說還不能接受，因為，目前性能優(yōu)越的全玻璃真空管太陽能熱水器的日有用得熱量已超過了日太陽輻照量的50%，在民用太陽能產(chǎn)品中太陽能的利用率算是最高的，且?guī)资甑膶嵺`證明能滿足廣大家庭的日常需求。若僅僅為了提聞百分之十左右的得熱效率，使購買成本在原有的基礎(chǔ)上有較大地提聞，對絕大多數(shù)家庭來說也不是明智的選擇。經(jīng)過20多年的發(fā)展，全玻璃真空管在結(jié)構(gòu)上沒有變化。為了改進真空管太陽能熱水器存在著管熱容大、熱啟動慢、傳熱和流動性差和熱水利用率較低等不足。出現(xiàn)了 U型管熱水系統(tǒng)和熱管熱水系統(tǒng)，這兩種方法都是讓真空管內(nèi)沒有水，可以解決上述問題，但同時帶來了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料與工藝成本高等問題，因此在市場上還沒有普及。近十年來，為了克服管熱容量大、熱啟動慢、熱水利用率較低的不足，出現(xiàn)了在真空管內(nèi)設(shè)置“管中管”或“內(nèi)插棒”的實驗研究，通過減少真空管內(nèi)的水量來解決上述問題；為了改善對流環(huán)境，提高對流傳熱效率，出現(xiàn)了在真空管中加裝冷、熱水導(dǎo)流管的設(shè)計構(gòu)想。但由于存在“內(nèi)插棒”或“導(dǎo)流管”位置不易固定的問題，實際的工程中并不容易實現(xiàn)這類方案，因此諸如此類的改進研究并沒有得到太陽能熱水器行業(yè)的積極響應(yīng)，無法實現(xiàn)商品化。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種太陽能熱水器的內(nèi)置導(dǎo)流體，讓太陽能熱水器更加高效地發(fā)揮節(jié)能、節(jié)水的作用。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:太陽能熱水器的內(nèi)置導(dǎo)流體，包括管體，所述管體的外側(cè)沿軸向均布有三條片狀筋，所述管體的兩端設(shè)有封頭。作為優(yōu)選，所述管體由硬質(zhì)塑料制成，所述三條片狀筋中一條為硬質(zhì)塑料條，另兩條為橡膠條。作為優(yōu)選，所述橡膠條鑲嵌于所述管體向外延伸的U形支撐條的中間。作為優(yōu)選，所述管體的內(nèi)徑為16mm,外徑為20mm。作為優(yōu)選，所述管體的內(nèi)徑為26mm,外徑為30mm。本實用新型由于采用了上述技術(shù)方案，在不改變真空管原有結(jié)構(gòu)和不增加熱水器安裝難度的前提下，將導(dǎo)流體內(nèi)置固定在真空管中，使管內(nèi)形成三條對流傳熱通道，讓不同溫度的水流各行其道，減少管內(nèi)冷、熱水之間的循環(huán)混和，使真空管獲得的太陽輻射能量快速傳遞到水箱，減少真空管因溫度過高而產(chǎn)生的熱損，提高光熱轉(zhuǎn)換效率；同時，利用導(dǎo)流體體積的排水效果，達到明顯減少管內(nèi)不可用水量及提升熱啟動速度的目的。讓技術(shù)成熟、成本低廉、普及最廣的太陽能熱水器更加高效地發(fā)揮節(jié)能、節(jié)水的作用。

[0016]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步描述。圖1所示為本實用新型太陽能熱水器的內(nèi)置導(dǎo)流體，包括管體1，所述管體I的外側(cè)沿軸向均布有三條片狀筋，所述管體I的兩端設(shè)有封頭。所述管體I由硬質(zhì)塑料制成，所述三條片狀筋中一條為硬質(zhì)塑料條2，另兩條為橡膠條3。所述橡膠條鑲嵌于所述管體I向外延伸的U形支撐條4的中間。內(nèi)徑為16mm,外徑為20mm的管體適于管徑為Φ47ι πι的真空管；內(nèi)徑為26mm,外徑為30mm的管體適于管徑為Φ58ι πι的真空管。該內(nèi)置導(dǎo)流體插入真空管后，利用橡膠條的彈性，一方面使導(dǎo)流體準確、牢固、定位于管內(nèi)的軸線上，另一方面使真空管內(nèi)形成相互隔離的三通道對流層，能確保對流換熱流動的有序性，提聞得熱效率。確定設(shè)計參數(shù)的依據(jù)及改善對流環(huán)境的分析:根據(jù)有限空間自然對流導(dǎo)熱的特征，不均勻的溫度場造成了不均勻的密度場，而不均溫度場僅發(fā)生在靠近管壁附近的薄層之內(nèi)，一般為幾毫米，因此夾層越薄，水升溫越快，產(chǎn)生的浮力就越大，對流循環(huán)的速度越大，但根據(jù)流體力學(xué)規(guī)律，夾層越薄，水的粘性越明顯，反過會減小對流循環(huán)速度，影響對流導(dǎo)熱效率，綜合考慮并參閱已有研究成果，決定采用7mm厚對流層(由公式:內(nèi)管直徑減去導(dǎo)流體圓柱體直徑再除以2可求得薄層厚度)。一般太陽能真空集熱管的安裝角度是按照當(dāng)?shù)鼐暥仁?100朝南安裝，以獲得最多熱量，由于一天中太陽相對于地球的位置自東向西不斷變化，使真空管吸收陽光直射的投影面也在不斷繞真空管軸線旋轉(zhuǎn)，考慮相鄰真空管的遮檔，陽光直射投影面的旋轉(zhuǎn)范圍大約為1200，因此采用三通道對流循環(huán)層，可使上部二側(cè)的對流通道隨吸收太陽輻照量不同產(chǎn)生不同的上升對流速度，互不影響，而下部的一個對流通道由于僅吸收漫反射輻照，獲取的熱量遠比上面二個通道少，因此，該通道水的升浮力遠小于上面二個通道的升浮力，根據(jù)流體的連續(xù)性原理，下面通道的水只能從管口向管底方向流動，三通道導(dǎo)流體能有效抑制管口及管口附近冷水回流與熱水上升所出現(xiàn)的隨機渦流，確保對流換熱流動的有序性。采用非金屬材料是基于:一是非金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)較小，在較高溫度下的產(chǎn)生熱膨脹量較小，不會損壞真空管，同時在夜間通過熱傳導(dǎo)使熱量倒流的損失可以忽略不計；二是制造簡單、成本低廉，若選用耐高溫塑料擠塑成型，可制成空心節(jié)省原材料，實現(xiàn)批量生產(chǎn)。導(dǎo)流體距管底約70mm，是考慮到管底溫度較低且粘滯阻力較大，空間過小將會影響對流速度。首次提出在全玻璃真空管中設(shè)置三通道對流傳熱的設(shè)計思想，在不改變真空管原有結(jié)構(gòu)和不增加熱水器安裝難度的前提下，將導(dǎo)流體內(nèi)置固定在真空管中，使管內(nèi)形成三條對流通道，讓不同溫度的水流各行其道，減少管內(nèi)冷、熱水之間的循環(huán)混和，使真空管獲得的太陽輻射能量快速傳遞到水箱，減少真空管因溫度過高而產(chǎn)生的熱損，提高光熱轉(zhuǎn)換效率；二是，利用三通道導(dǎo)流體的結(jié)構(gòu)，巧妙地設(shè)置橡膠密封條，從工程上解決“內(nèi)插棒”或“導(dǎo)流管”等因不易固定，而使有關(guān)改進設(shè)想難以實際應(yīng)用的問題；三是，利用導(dǎo)流體體積的排水效果，達到明顯減少管內(nèi)不可用水量及提升熱啟動速度的目的。
權(quán)利要求1.太陽能熱水器的內(nèi)置導(dǎo)流體，其特征在于:包括管體，所述管體的外側(cè)沿軸向均布有三條片狀筋，所述管體的兩端設(shè)有封頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能熱水器的內(nèi)置導(dǎo)流體，其特征在于:所述管體由硬質(zhì)塑料制成，所述三條片狀筋中一條為硬質(zhì)塑料條，另兩條為橡膠條。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述太陽能熱水器的內(nèi)置導(dǎo)流體，其特征在于:所述橡膠條鑲嵌于所述管體向外延伸的U形支撐條的中間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能熱水器的內(nèi)置導(dǎo)流體，其特征在于:所述管體的內(nèi)徑為16mm，外徑為 20mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能熱水器的內(nèi)置導(dǎo)流體，其特征在于:所述管體的內(nèi)徑為26mm，外徑為 30mm。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能熱水器的內(nèi)置導(dǎo)流體，包括管體，所述管體的外側(cè)沿軸向均布有三條片狀筋，所述管體的兩端設(shè)有封頭。本實用新型由于采用了上述技術(shù)方案，在不改變真空管原有結(jié)構(gòu)和不增加熱水器安裝難度的前提下，將導(dǎo)流體內(nèi)置固定在真空管中，使管內(nèi)形成三條對流傳熱通道，讓不同溫度的水流各行其道，減少管內(nèi)冷、熱水之間的循環(huán)混和，使真空管獲得的太陽輻射能量快速傳遞到水箱，減少真空管因溫度過高而產(chǎn)生的熱損，提高光熱轉(zhuǎn)換效率；同時，利用導(dǎo)流體體積的排水效果，達到明顯減少管內(nèi)不可用水量及提升熱啟動速度的目的。讓技術(shù)成熟、成本低廉、普及最廣的太陽能熱水器更加高效地發(fā)揮節(jié)能、節(jié)水的作用。
文檔編號F24J2/46GK203036896SQ201320053700
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者江建 申請人:嘉興學(xué)院