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(shí)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?zé)崴畷r(shí)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(jìn)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(fèi)用太高，也不能避免紫外老化的影響。
本實(shí)用新型的目的在于給出一種經(jīng)獨(dú)特設(shè)計(jì)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(duì)材料、工藝的要求，降低造價(jià)，達(dá)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(shí)具幾何變形能力而又不致于產(chǎn)生凍裂現(xiàn)象，同時(shí)還要能滿足熱水器對(duì)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(shí)用新型經(jīng)優(yōu)化計(jì)算和綜合考慮性能價(jià)格比后給出以下關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)參數(shù)和作法。
1、流道當(dāng)使用金屬材料時(shí)，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(duì)應(yīng)的當(dāng)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(dāng)選擇，如在自然循環(huán)時(shí)斷面尺寸就應(yīng)選大一些。若使用橡膠、塑料材料時(shí)，其斷面可以是園形的(當(dāng)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(shí)，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(dòng)，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(shí)，其尺寸范圍為200±10。使用橡膠、塑料時(shí)，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(shí)，厚度為0.9±0.15，若為冷軋紫銅帶時(shí)，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(shí)，其厚度為0.70±0.15。
當(dāng)金屬流道為扁狀，為盡量提高翅片效率，對(duì)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(cuò)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(dòng)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(gè)金屬橫管，管距205；或5個(gè)橡、塑管，管距160)、1000(5個(gè)金屬橫管，管距194；或6個(gè)橡、塑管，管距160)、1200(6個(gè)金屬橫管，管距195；或7個(gè)橡、塑管，管距167)。
當(dāng)外廓尺寸為2000×1000時(shí)，其水力、熱工特性與現(xiàn)有全銅多管組合式集熱器相當(dāng)。
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(chǔ)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(jìn)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(shí)可采用十水硫酸鈉、石臘等低溫相變材料進(jìn)行相變儲(chǔ)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(shí)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(shí)用新型對(duì)設(shè)計(jì)、加工的具體核心細(xì)節(jié)均明確給出數(shù)據(jù)和方法，因而一般稍具機(jī)械加工能力的車間和工廠均能較容易地實(shí)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(shí)是一種斷面為橢園形的蛇形管，在使用橡膠塑料時(shí)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(shí)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(dāng)量直徑為φ21～φ24。使用橡膠，塑料時(shí)，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(shí)管間距尺寸為200±10，在使用橡膠、塑料時(shí)，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(shí)，厚度為0.9±0.15；采用紫銅帶時(shí)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(shí)，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(shí)，翅片緊密復(fù)蓋在管子上阻擋了紫外光對(duì)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(chǔ)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(jià)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(jià)的可抗凍太陽能熱水器。
文檔編號(hào)F24J2/48GK2086399SQ9022348
公開日1991年10月9日 申請(qǐng)日期1990年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月11日
發(fā)明者高元運(yùn) 申請(qǐng)人:高元運(yùn)