一種抗凍太陽能熱水器的製作方法
2023-06-20 23:50:36
專利名稱：一種抗凍太陽能熱水器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種集熱熱水器，尤其是一種在吸熱體內貯水的抗凍太陽能熱水器。
現有的太陽能熱水器通常是由水箱和集熱器組成，水箱設在集熱器的上方並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管和下循環管所組成，集熱排管為金屬集熱條，由於水在結凍為冰時其體積膨脹約10％，因此現有的用無彈性膨脹材料製成的吸熱體均不具有抗凍性能。目前為使現有的太陽能熱水器能夠具有抗凍性能，主要是通過用能夠彈性膨脹的材料來製作吸熱體，使得吸熱體中的水在結凍時，靠彈性材料的膨脹使吸熱體具有抗凍性能，尤其是北京市太陽能研究所在專利號為901083100的專利文件中所公開的抗凍太陽能熱水器，該太陽能熱水器的特點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，該太陽能熱水器是以吸熱體的集熱排管有序凍結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凍時不會帳壞吸熱體，但根據北京市太陽能研究所的江希年等人為上述抗凍太陽能熱水器在太陽能學報1991年第12卷第3期231-236頁所發表的題目為《順序凍結太陽熱水器的實驗研究》一文中所公布的試驗數據，上述抗凍太陽能熱水器在應用時吸熱體中集熱排管的兩端仍將承受較太的膨脹應力。由於上述抗凍太陽能熱水器吸熱體的上下集管在承受膨脹應力時要能夠向外彈性膨脹，因此上述抗凍太陽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力，而且製作技術複雜等缺點。
另外儘管現有的用玻璃真空管制成的太陽能熱水器可在冬季使用，但當環境溫度特別低時，或環境溫度較低而且連續幾天陰天使玻璃管基本受不到光照時，玻璃真空管內的水仍會結凍，當已結凍的玻璃真空管在經過了一段短時間的解凍後，則該玻璃真空管內的冰則會上浮，如果在此在時該玻璃真空管又進入二次結凍狀態，則該玻璃真空管內的水在二次結凍時，則會在浮冰停留處先完成結凍，使得浮冰下部的水因在結凍時所產生的體積膨脹脹裂玻璃真空管，因此現有的貯水空間呈圓柱形的玻璃真空管在二次結凍時不具有抗凍性能。由於能夠造成玻璃真空管被凍裂的氣候條件較難遇到，所以現有的用貯水空間呈圓柱形玻璃真空管制成的太陽能熱水器可以在冬季使用。但是當玻璃玻璃真空管使用了數年後，則真空度已降低的真空管內的水將容易完成結凍，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「炸管」現象。
本實用新型的目的是提供一種吸熱體為無彈性膨脹材料的，結構簡單且不存在因水膨脹而產生高壓的抗凍太陽能熱水器。
為實現本實用新型的發明目的，本實用新型所提出的技術方案如下一種抗凍太陽能熱水器，它由水箱和集熱器組成，水箱設在集熱器的上方，集熱器中有數個無彈性的集熱排管，每個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於下截面積的直柱形狀，該部分在集熱器中的長度，不小於集熱排管長度的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——距水箱近處單位長度的貯水空間體積，Vy——距水箱遠處單位長度的貯水空間體積，Sj——Vj在集熱排管壁外側所對應的等效吸散熱面積，Sy——Vy在集熱排管壁外側所對應的等效吸散熱面積；從而使得集熱排管[2]中的水在首次結凍時，能按自下而上的順序逐步完成結凍，又能使已結凍的吸熱體在解凍時，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，設有固冰裝置，以阻止集熱排管內的冰在解凍時上浮。
上述的抗凍太陽能熱水器，在首次結凍時，集熱排管內的水是按照自下而上的順序逐步完成結凍。集熱排管在解凍時，由於集熱排管內上部的溫度高於下部的溫度，而且集熱排管內的冰不會上浮，因此集熱排管中的冰除了集熱排管上部內的冰以外，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，無論在何時進入二次結凍狀態，集熱排管中的水在結凍時所產生的體積膨脹仍能將其上部的水推入水箱中，或將在集熱排管上部的冰，尤其是在集熱排管上端的冰順利的推向水箱，因此上述的抗凍太陽能熱水器，在首次和二次結凍時均具有抗凍性能。
上述抗凍太陽能熱水器的優點是利用現有金屬集熱條的形狀，不必進行過多的加工即使得製成的太陽能熱水器具有抗凍性能。
以下結合附圖對本實用新型提出的抗凍太陽能熱水器的實施例做進一步詳細的描述。
圖1是抗凍太陽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能熱水器的側剖視圖圖3是固冰裝置為曲線狀金屬的抗凍太陽能熱水器的側剖視圖圖4是集熱排管為玻璃真空管的抗凍太陽能熱水器正剖視圖參見
圖1、圖2。一種抗凍太陽能熱水器，它由水箱[1]和集熱器[5]組成，水箱設在集熱器的上方，集熱器中的數個集熱排管[2]為金屬集熱條，每個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於下截面積的直柱形狀，該部分在集熱器中的長度，不小於集熱排管[2]長度的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——距水箱近處單位長度的貯水空間體積，Vy——距水箱遠處單位長度的貯水空間體積，Sj——Vj在集熱排管壁外側所對應的等效吸散熱面積，Sy——Vy在集熱排管壁外側所對應的等效吸散熱面積。
在本實施例中集熱排管[2]的形狀還滿足Vj＝Vy，Sj＝Sy。也就說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]的貯水空間相對於集熱排管[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。
當上述的下端部設有彎集熱排管[3]的集熱排管[2]，其內部已結凍的冰在解凍時，由於在彎集熱排管[3]內的冰與集熱排管[2]內的冰呈一夾角，從而保證了集熱排管內的冰在解凍時不會向上浮起。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構簡單，而且能有效利用集熱器的內部空間。
參見圖3。本實用新型抗凍太陽能熱水器的固冰裝置還可為其它的結構形式，如固冰裝置為一端固定在集熱排管[2]內壁的曲線狀金屬絲[4]。
參見圖4。本實用新型抗凍太陽能熱水器還可為其它的結構形式，如集熱排管為數個貯水空間呈圓柱形的玻璃真空管[2]，每個玻璃真空管[2]的下端封堵，上部與水箱[1]相連通，在每個玻璃真空管貯水空間的下部設有固冰裝置[3]，固冰裝置[3]為有一定重量的曲線狀金屬，固冰裝置[3]的重量大於所在玻璃真空管貯水重量的7％，使玻璃真空管內的冰在解凍時，冰的浮力被結凍在冰內的固冰裝置重量所抵消，從而使冰在解凍時不會上浮。
權利要求1.一種抗凍太陽能熱水器，它由水箱[1]和集熱器[5]組成，水箱[1]設在集熱器的上方，集熱器中有數個無彈性的集熱排管[2]，每個集熱排管[2]的下端封堵，上端與水箱相連通，其特徵在於集熱排管[2]的上部，其貯水空間呈上截面積不小於下截面積的直柱形狀，該部分在集熱器中的長度，不小於集熱排管[2]縱向長度的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，設有固冰裝置[3]或[4]。
2.根據權利要求1所述的抗凍太陽能熱水器，其特徵在於集熱排管[2]的形狀為Vj＝Vy，Sj＝Sy。
3.根據權利要求1或2所述的抗凍太陽能熱水器。其特徵在於集熱排管[2]為金屬集熱條。
4.根據權利要求1所述的抗凍太陽能熱水器，其特徵在於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]的貯水空間相對於集熱排管[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.根據權利要求1或2所述的抗凍太陽能熱水器，其特徵在於固冰裝置為一端固定在集熱排管[2]內壁的曲線狀金屬絲[4]。
6.根據權利要求1或2所述的抗凍太陽能熱水器，其特徵在於集熱排管為數個貯水空間呈圓柱形的玻璃真空管[2]，每個玻璃真空管的下端封堵，上部與水箱相連通，在每個玻璃直空管貯水空間的下部設有固冰裝置[3]，固冰裝置[3]為有一定重量的曲線狀金屬。
7.根據權利要求6所述的抗凍太陽能熱水器，其特徵在於固冰裝置[3]的重量大於所在玻璃真空管貯水重量的7％。
專利摘要本實用新型涉及一種抗凍太陽能熱水器,集熱器(5)中有數個無彈性膨脹、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於下截面的直柱形狀,該部分在集熱器中的長度,不小於集熱排管長度的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有固冰裝置。具有該形狀特點的熱水器,在首次結凍時和在二次結凍時均具有抗凍性能。
文檔編號F24J2/04GK2284933SQ9624835
公開日1998年6月24日 申請日期1996年11月10日 優先權日1996年11月10日
發明者位紹建 申請人:位紹建