專利名稱：全真空太陽能熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種全真空太陽能熱水器的隔熱保溫、強化傳熱和防凍堵工藝技術(shù)。本技術(shù)方案的真空儲水箱除替代目前太陽能熱水器的聚氨質(zhì)保溫儲水箱外，還可用于大型太陽能集熱系統(tǒng)的保溫儲水箱；強化傳熱和防凍堵技術(shù)可用普通單體太陽能熱水器及大型太陽能的集熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前市場應(yīng)用的太陽能熱水器儲存熱水的水箱采用一定厚度的聚氨質(zhì)整體發(fā)泡保溫。對水箱的保溫效果，本人經(jīng)過連續(xù)幾天進行觀測，觀測水箱熱水溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計詳見下表太陽能熱水器水箱熱水溫度變化統(tǒng)計表地點遼寧盤錦 天氣晴

統(tǒng)計表的數(shù)據(jù)表明，連續(xù)29小時觀測的每天最低溫度發(fā)生在上午10:00，最高溫度發(fā)生在14:15。一日之內(nèi)太陽能水箱水溫升高的時間只有4.25小時，占一日總時間的17.7％，而82.3％的時間水箱對大氣放熱，并且使水箱中的熱水溫度下降了17℃。統(tǒng)計表清晰的表明了一日之內(nèi)太陽能熱水器熱水熱能的吞吐變化情況，白天吸收熱量迅速升溫，之后長時間對大氣放熱。如果在冬季或陰天太陽能熱水器水箱水溫升溫時間會更短，并且水箱中的水溫也會下降得更快。顯然在不同季節(jié)，不同地區(qū)及不同型號的太陽能熱水器上述觀測的數(shù)據(jù)會有所不同，但是上述的普遍現(xiàn)象在不同地區(qū)都是成立的。
為此本實用新型的目的是提供一種高性能保溫水箱，進而減弱太陽能熱水器水箱熱水對大氣放熱。此外目前市場應(yīng)用的太陽能熱水器中，水的循環(huán)是靠水的密度差自然循環(huán)，循環(huán)速度較小，升溫時傳熱速度較小，為此在全真空太陽能熱水器循環(huán)系統(tǒng)增設(shè)一種管道循環(huán)泵，在升溫時間內(nèi)強化傳熱，進而大幅度提高其熱能吸收效率，冬季間隙運行此泵又可防止管線凍堵。
實用新型內(nèi)容為達到本實用新型的目的，本實用新型將原太陽能保溫水箱改為具有較高真空度的雙層水箱，水箱內(nèi)壁鍍涂黑度系數(shù)很小的金屬材料。為減少傳熱的熱點，真空集熱管不直接與水箱相連，而與真空集熱匯管相連，真空集熱匯管再通過高低循環(huán)管與水箱端部的平面開口相連接，這種作法的優(yōu)點是1.水箱中的開口數(shù)量與原普通太陽能熱水器比較減少80％至90％，而且使水箱對外傳熱的熱點數(shù)量也減少80-90％以上；2.雙層水箱便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，制造成本低；3.雙層水箱屬于清潔產(chǎn)品，能形成較高的真空度，并且密封時真空度不發(fā)生損失；4.可安裝管道泵。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細(xì)說明


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖2是管道循環(huán)泵總成[1]的結(jié)構(gòu)安裝示意圖。
由
圖1可知，本實用新型有管道循環(huán)泵總成[1]、水箱端部壓蓋[2]、管道泵連接管[3]、管道泵連接管O型膠圈[4]、密封頭[5]、水箱外殼[6]、上水管[7]、聚氨質(zhì)保溫層[8]、雙層水箱[9]、水箱內(nèi)筒鍍層[10]、水箱外筒內(nèi)壁鍍層[11]、低循環(huán)管[12]、出氣管[13]、出氣孔密封頭[14]、出氣孔密封O型膠圈[15]、水箱真空孔[16]、低循環(huán)管真空孔[17]、管道泵系統(tǒng)最外保溫層[18]、密封O型膠圈[19]、低循環(huán)管密封頭[20]、真空集熱管[21]、真空集熱匯管[22]、聚氨質(zhì)保溫層[23]、真空集熱管真空孔[24]、高循環(huán)管[25]、高循環(huán)管真空孔[26]。
圖1中的管道循環(huán)泵連接管[3]開口位置略高于低循環(huán)管[12]，目的是管道循環(huán)泵總成[1]不工作時，也能利用水的密度差產(chǎn)生自然循環(huán)。
在圖2中管道循環(huán)泵的出水管與太陽能水箱連接采用插接方式連接，與
圖1的高循環(huán)管[3]采用法蘭方式連接。管道循環(huán)泵通過機械密封來實現(xiàn)密封和提升功能。圖2給出了管道循環(huán)泵總成[1]的3個主要零部件，這3個零件部件分別是管道泵馬達(1)、管道泵油封(2)、管道泵葉片(3)。
管道循環(huán)泵總成[1]的運行由室內(nèi)多功能控制器按設(shè)計程序控制其運行，控制器設(shè)有管道循環(huán)泵總成[1]的正常運行指示燈，便于掌握其正常運行狀況。
具體實施方式
雙層水箱制造雙層水箱材料可采用3.3硼硅玻璃，雙層水箱抗外壓及抗內(nèi)壓均不小于0.15Mpa。水箱最高工作溫度不小于100℃，水箱適用最大溫差不小于90℃，目前我國配套生產(chǎn)的3.3硼硅玻璃均能滿足上述參數(shù)要求。雙層水箱內(nèi)壁涂鍍金屬銀或金屬鋁，要求鍍涂后黑度系數(shù)小于0.04。鍍涂后雙層水箱按
圖1開口位置，左右兩端進行封口，封口后要求內(nèi)筒外筒不同軸度允差不大于0.5mm，水箱右端預(yù)留抽真空的真空孔。雙層水箱制造材料也可以采用聚酰亞胺材料，此時制造工藝與3.3硼硅玻璃有所不同，但要求其內(nèi)壁必須涂鍍黑度系數(shù)很小的金屬材料。
真空集熱匯管、高低循環(huán)管制造用聚酰亞胺材料制造雙層真空集熱匯管、高、低循環(huán)管。該材料耐溫達260℃以上、強度高、不揮發(fā)，且適用高度真空環(huán)境工況。用注射成型法替代F-4冷壓燒結(jié)成型方法，該方法可工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低，制造時各配件均留有抽真空的真空孔。
抽真空采用旋片泵和羅茨泵或擴散泵組成串聯(lián)機組抽真空。一次抽多只雙層水箱、真空集熱匯管、高、低循環(huán)管等配件。當(dāng)真空表讀數(shù)小于0.3Pa，穩(wěn)定1小時后封閉真空孔。
安裝聚氨質(zhì)保溫層及相關(guān)配件按
圖1安裝聚氨質(zhì)保溫層[8]，水箱外殼[6]、聚氨質(zhì)保溫層[23]、水箱端部壓蓋[2]、安裝管道泵連接管[3]、管道泵[1]、高循環(huán)管[25]、低循環(huán)管[12]、上水管[7]、出氣管[13]、真空集熱管匯管[22]等，全真空太陽能熱水器其余部分安裝與普通太陽能熱水器相同。
有益效果全真空太陽能熱水器結(jié)構(gòu)設(shè)計增加管道循環(huán)泵、真空集熱管匯管、高低循環(huán)管等配件。這些材料均為3.3硼硅玻璃或聚酰亞胺材料，材料成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于304不銹鋼成本，當(dāng)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)后，其成本將大幅度下降，經(jīng)測算，與普通太陽能比較每臺成本只增加350元。
以全真空太陽能熱水器水箱容積150升為例。
設(shè)內(nèi)壁涂鍍后的C1＝C2＝0.2大卡/.h.0k4；C1＝C2＝灰體輻射能力。
C0＝4.9大卡/m2.h.0k4；C0＝黑體輻射能力。
F1＝1.83m2，F(xiàn)2＝2.0m2；水箱內(nèi)壁溫度＝T內(nèi)＝93℃，水箱外壁溫度＝T外＝15℃，C12＝1/[1/C1+F1/F2(1/C2-1/C0)]＝1/[1/0.2+1.83m2/2.0m2(1/0.2-1/4.9)]＝0.11大卡/m2h0k4，Q＝C1.2*F1{[(93+273)/100]4-[(15+273)/100]4}＝0.11*1.83[(366/100)4-(288/100)4]＝22.3大卡/h，每小時降溫＝Q/G.*C＝22.3大卡/h/150公斤*大卡/公斤℃＝0.15℃/h，20h后降溫＝0.15℃/h*20h＝3℃。
考慮水箱存在熱點，則水箱溫度會比無熱點下降得多，考慮水箱外層有聚氨質(zhì)保溫層，則水箱溫度又會升高，設(shè)二者升降溫度相互抵消，水箱20h后溫度最終下降3℃。原太陽能熱水器每天水箱水溫下降17℃，則本太陽能熱水器水箱水溫提高17℃-3℃＝14℃，加之采用管道循環(huán)泵強化傳熱，預(yù)計水箱水溫比原太陽能熱水器再提高3℃，則水箱水溫最終提高17℃。以每年每天平均產(chǎn)熱水120公斤計算，則每天多產(chǎn)生熱量為120公斤/天×1大卡/公斤·℃×17℃＝2040大卡/天＝8527.2kJ/天。1度電＝860大卡＝3595kJ，折合每天節(jié)電為8527.2kJ/天÷3595kJ/度＝2.37度/天，每度電0.61元，則每天節(jié)省人民幣1.45元，1年節(jié)省人民幣1.45元/天×365天/年＝529.6元/年，太陽能熱水器所投入資金在不到1年就可收回。太陽能熱水器無故障使用壽命預(yù)計8年，則創(chuàng)十分可觀的經(jīng)濟效益。
權(quán)利要求1.一種全真空太陽能熱水器，它包括管道循環(huán)泵總成、雙層水箱、高循環(huán)管、低循環(huán)管、真空集熱管、真空集熱匯管等，其特征在于雙層水箱[9]有較高真空度，且水箱內(nèi)壁涂鍍黑度系數(shù)很小的金屬材料，雙層水箱[9]左右兩端開口，并與管道泵連接管[3]及高循環(huán)管[25]、低循環(huán)管[12]相連接，高循環(huán)管[25]及低循環(huán)管[12]又與真空集熱匯管[22]相連接，真空集熱匯管[22]再與真空集熱管[21]相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全真空太陽能熱水器，其特征在于高循環(huán)管[25]上設(shè)有管道循環(huán)泵總成[1]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全真空太陽能熱水器，其特征在于真空集熱匯管[22]由雙層不揮發(fā)的清潔材料制造，并有真空孔[24]，抽真空后具有較高的真空度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全真空太陽能熱水器，其特征在于低循環(huán)管[12]由雙層不揮發(fā)的清潔材料制造，并有真空孔[17]，抽真空后具有較高的真空度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全真空太陽能熱水器，其特征在于高循環(huán)管[25]由雙層不揮發(fā)的清潔材料制造，并有真空孔[26]，抽真空后具有較高的真空度。
專利摘要本實用新型公開了一種全真空太陽能熱水器。這種太陽能熱水器采用真空雙層水箱，且水箱內(nèi)壁涂鍍黑度系數(shù)很小的金屬材料，來增強太陽能熱水器儲水箱的隔熱保溫功能，儲水箱的保溫層傳導(dǎo)熱阻是普通太陽能熱水器儲水箱傳導(dǎo)熱阻的5.6倍以上。循環(huán)管路中采用間隙運行的管道循環(huán)泵，來增強太陽能熱水器的強化傳熱并防止冬季循環(huán)管路的凍堵事故。本方案的結(jié)構(gòu)特征是在儲水箱左右兩端面上開口并與循環(huán)管相連接，循環(huán)管和真空集熱管匯管是具有較高真空度的雙層管，循環(huán)管連接真空集熱匯管，真空集熱匯管連接真空集熱管，水箱開口數(shù)量比原太陽能熱水器開口數(shù)量減少80－90％。本技術(shù)應(yīng)用于普通單體太陽能熱水器及大型太陽能集中供熱系統(tǒng)。
文檔編號F24J2/05GK2637988SQ0327612
公開日2004年9月1日 申請日期2003年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月15日
發(fā)明者孟范中 申請人:孟范中