单管蛇形抗冻太阳能热水器制造技术

用几何变形吸收冰冻膨胀的原理并综合水力、热工、加工工艺和性能与价格比的要求而提出的有关断面形状尺寸、管间距、翅片厚度等参数和一些作法所构成的单管蛇形太阳能热水器，具有抗冻能力，能全天候地工作。特别是在上表面覆盖吸热翅片的橡胶、塑料管之蛇形太阳能热水器，防止了紫外老化、能节省铜材和不锈钢的使用，使之成为一种廉价的可抗冻太阳能热水器。（*该技术在2000年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于太阳能热水器技术。在冬季可结冻的地区，普通太阳能热水器因不能抵抗冻裂的破坏而无法使用，这不但造成设备利用率，而且也易于损坏，不能满足冬季供应热水的需要。目前的解决办法有双回路式(如热管式、相变式、不冻液式等)、真空管式和几何变形式三种。然而双回路式因多增加一次换热过程导致了热水器热效率的降低，真空管式用于产出低温热水时性能又不能充分发挥，几何变形式可以避免这些问题，但已有的不锈钢扁盒式结构形式需通过整体冲压再予滚焊来进行加工制造，其工艺装备一次投资较大，而且适于此种工艺和使用条件的特制不锈钢(Cr18Mo2Ti)薄板往往还难以解决。一些橡胶、塑料热水器也具有抗冻能力，但目前多管式结构的模具费用太高，也不能避免紫外老化的影响。本技术的目的在于给出一种经独特设计利用几何变形吸收冰冻膨胀的蛇形抗冻太阳能热水器，以简化对材料、工艺的要求，降低造价，达到全天候广泛使用的需要。单管蛇形太阳能集热器流道的布置如图(1)所示。为了使其抗冻，单管蛇形流道应在水结冰时具几何变形能力而又不致于产生冻裂现象，同时还要能满足热水器对水力、热工和加工工艺性能等众多的相互制约条件的要求。为此，本技术经优化计算和综合考虑性能价格比后给出以下关键部分设计参数和作法。1、流道当使用金属材料时，其断面形状基本为一椭园，平放，如图(2)所示，其偏心率K＝C／A＝0.8～0.9，具体的(a，b)尺寸约在(17，8～9)到(20，9～10)之间，对应的当量直径约为φ21～φ24，其周长与之相等的几何园直径约为φ25～φ30。根据不同使用要求适当选择，如在自然循环时断面尺寸就应选大一些。若使用橡胶、塑料材料时，其断面可以是园形的(当然有些椭园度更好)，其直径为φ20～φ25。流道的金属材料可以是冷拔紫铜管、冷拔超低碳无少镍不锈无缝钢管，若为非金属材料时，可以是聚丙稀、高密度低压聚乙稀等塑料和耐热耐寒性好的橡胶园管。为使流道内的水不断地向上流动，在其平直部分应多少向上倾斜一些，可考虑为i＝0.01～0.02。2、管间距使用金属材料时，其尺寸范围为200±10。使用橡胶、塑料时，其尺寸范围为160±10。3、翅片同金属流道配合，使用冷轧铝板或铝带时，厚度为0.9±0.15，若为冷轧紫铜带时，厚度为0.45±0.10。若同橡胶、塑料流道配合，使用冷轧铝板或铝带时，其厚度为0.70±0.15。当金属流道为扁状，为尽量提高翅片效率，对于铜管铜翅者，应将翅片以钎焊方法焊于扁管两侧，如图(3)所示；若为铜管铝翅或钢管铝翅者，翅片可在流道处压成正反交错的相等弧形，扁管从中紧密穿过，如图(4)所示；若为橡胶或塑料园管者，仍以铝板为翅片、其上冲压单向园弧，扣盖在园管上，通过与另一侧的弧形抱卡紧密固定使园管与翅片上的园弧良好接触，如图(5)所示，这种作法可遮盖流道管表面不直接受日光辐照、避免了橡料、塑料材料而受紫外老化影响这一老问题，可延长其使用寿命。在以上翅片与流道的接触配合中，为减少接触热阻，可在其接触处涂以导热粘结剂或导热硅脂。4、外廓尺寸为了降低局部流动阻力损失，蛇形流道需尽量减少弯头，因而其相应的外廓一般应让其横向尺寸大一些，如图(1)所示。而纵向尺寸是受管间距的影响的，参考尺寸可为850(1个金属横管，管距205；或5个橡、塑管，管距160)、1000(5个金属横管，管距194；或6个橡、塑管，管距160)、1200(6个金属横管，管距195；或7个橡、塑管，管距167)。当外廓尺寸为2000×1000时，其水力、热工特性与现有全铜多管组合式集热器相当。5、蛇形管布置图(6)给出四种蛇形管布置方式，其图(6)(a)宜用于紧凑式热水器，如图(7)(a)、图(6)(b)应用于分离式热水器，如图(7)(b)、图(7)中1为储热水箱，2为循环连接管，3为集热器。在热水器中蛇形管的进出应尽量作到让冷水管与热水管并靠布置，如图(6)(b)，这时可采用十水硫酸钠、石腊等低温相变材料进行相变储能保温以防冻结，其示意结构如图(8)。其中4为保温层，5为相变材料层，6为连接管。采用本技术提出的结构参数和作法使单管蛇形集热器的抗冻成为可能，从而大大简化了抗冻热水器的选材和生产工艺，降低了成本，而且由于本技术对设计、加工的具体核心细节均明确给出数据和方法，因而一般稍具机械加工能力的车间和工厂均能较容易地实施和生产。权利要求1.一种抗冻太阳能热水器，其特征在于它的集热流道在使用金属材料时是一种断面为椭园形的蛇形管，在使用橡胶塑料时是一种断面为园形的蛇形管。2.根据权利(1)所述的抗冻太阳能热水器，其特征是使用金属材料时它的椭园形断面的偏心率K＝0.8～0.9，断面长、短轴尺寸(a，b)的范围为(17，8～9)到(20，9～10)，相应等周长的园直径为φ25～φ30，相应的水力当量直径为φ21～φ24。使用橡胶，塑料时，园管直径为φ20～φ25。3.根据权利(1)所述的抗冻太阳能热水器，其特征是在使用金属材料时管间距尺寸为200±10，在使用橡胶、塑料时，管间距尺寸为160±10。4.根据权利(1)所述的抗冻太阳能热水器，其特征是翅片同金属流道配合，使用冷轧铝板或铝带时，厚度为0.9±0.15；采用紫铜带时为0.45±0.10。翅片同橡胶、塑料流道配合，使用冷轧铝板或铝带时，其厚度为0.70±0.15。5.根据权利(1)所述的抗冻太阳能热水器，其特征是以橡胶、塑料为材料制作蛇形管时，翅片紧密复盖在管子上阻挡了紫外光对材料老化的影响。6.根据权利(1)所述的抗冻太阳能热水器，其特征是集热器与水箱之间的循环连接管采用了低温相变储能材料与外层保温的抗冻措施。专利摘要用几何变形吸收冰冻膨胀的原理并综合水力、热工、加工工艺和性能与价格比的要求而提出的有关断面形状尺寸、管间距、翅片厚度等参数和一些作法所构成的单管蛇形太阳能热水器，具有抗冻能力，能全天候地工作。特别是在上表面覆盖吸热翅片的橡胶、塑料管之蛇形太阳能热水器，防止了紫外老化、能节省铜材和不锈钢的使用，使之成为一种廉价的可抗冻太阳能热水器。文档编号F24J2/48GK2086399SQ9022348公开日1991年10月9日 申请日期1990年11月11日 优先权日1990年11月11日专利技术者高元运 申请人:高元运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗冻太阳能热水器，其特征在于：它的集热流道在使用金属材料时是一种断面为椭园形的蛇形管，在使用橡胶塑料时是一种断面为园形的蛇形管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高元运，
申请(专利权)人：高元运，
类型：实用新型
国别省市：62[中国|甘肃]