專利名稱:帶加熱管的太陽能熱水器的制作方法
本發(fā)明涉及一種帶加熱管的太陽能熱水器。
現(xiàn)有的太陽能熱水器中有些具有所要求數量的平行布置的加熱管，加熱管上有帶狀散熱翹片，每根加熱管的一端直接伸進一個熱水箱中。因此，在普通太陽能熱水器中，加熱管必須分別以完全密封的方式接在熱水箱上。管子的連接工藝復雜，并且由于密封不當箱內的水還可能泄漏。如果伸進熱水箱中的加熱管破裂，工作流體將流進入熱水箱，使熱水變得不能用。
本發(fā)明提供了一種帶加熱管的太陽能熱水器，并避免了上述問題。
本發(fā)明的太陽能熱水器的特征在于，它有一個板狀加熱管，工作流體封閉在其中，該加熱管包括一個集熱器和一個散熱器，集熱器有平行的管形部分，散熱器有空心部分與該管形部分相通。它還有一個裝在該加熱管散熱器上的具有金屬底板的熱水箱，加熱管上集熱器與散熱器面積比為60～90%至40～10%，集熱器管形部分間距為10至500mm，每個管形部分的截面積為5至150mm2。
本發(fā)明的太陽能熱水器制造容易，因為加熱管能方便地接在熱水箱上。加熱管的傳熱能力強，能非常有效地提供熱水。加熱管還有高的耐壓能力，因而不易破裂;即使由于加熱管破裂或某些其它原因造成工作流體泄漏，它也不會與箱中的熱水混合，因而熱水總能使用，不受任何故障的影響。
結合下面的附圖，本發(fā)明將得到更詳細的說明。
圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的太陽能熱水器的帶局部剖視右向視圖，板狀加熱管與它組合在一起;
圖2是放大的俯視圖，僅表示出了加熱管;
圖3是圖1所示熱水器的局部放大圖;
圖4是板狀加熱管另一實施例的局部放大圖;
圖5是板狀加熱管又一實施例的局部放大圖;
圖6是熱水箱裝配前的透視圖;
圖7是熱水箱裝配時的局部分解圖;
圖8是熱水箱裝好后的局部剖視圖;
圖9是太陽能熱水器另一種實施例的作了局部剖視的透視圖;
圖10是太陽能熱水器另一種實施例的部件分解透視圖;
圖11是裝配就位的圖9所示熱水箱的前面部分的局部放大圖;
圖12是裝配就位的圖9所示熱水箱的后面部分的局部放大圖;
這里所采用的用語“前面”、“后面”、“右面”和“左面”都是對圖2而言的?！扒懊妗笔菍D2左側說的，“后面”是對圖2的右側說的，“右面”和“左面”是從熱水器的前面向后看左右兩面相對而言的。
圖1至圖3所示的太陽能熱水器具有一個板狀加熱管1，工作流體封閉在其中，和一個裝在加熱管1上的熱水箱2。加熱管1包括一個集熱器3和一個散熱器4，集熱器3有平行的管形部分5，散熱器4有空心部分6與管形部分5相通。熱水箱2布置在加熱管1的散熱器4上，并有一個金屬底板7。
板狀加熱管1由上下兩塊滾焊在一起的鋁板8和9組成。
加熱管1上的集熱器3具有從頭至尾平行筆直延伸的管形部分5，一個將管形部分5的頭部聯(lián)通的聯(lián)管10，一個工作流體進口11布置在加熱管1的前端，和許多各自將相鄰的管形部5聯(lián)通的通道12。位于進口11左右兩側的相鄰管形部分5之間的通道12是朝進口11傾斜的。管形部分5和通道12最好是數量要多，而橫截面和間距要小。
加熱管1的散熱器4在與管形部分5相通并適于與熱水箱2底部接觸的空心部分6之間有許多小的不隆起的部分13。集熱器3的每個靠近散熱器4的管形部分5開有孔14以防止夜間熱量散失。集熱器3的整個表面有一層選擇性吸熱薄膜。
管形部分5、聯(lián)管10、通道12和空心部分6內充滿了氟里昂或類似的工作流體，使形成的組件能起加熱管的作用。
板狀加熱管1上集熱器3與散熱器4面積比為60～90%至40～10%。如果集熱器3面積小于60%，散熱器4面積大于40%，加熱管1的吸熱面積就要減小，結果加熱管1本身就需做得較大，以保證所需的吸熱面積，成本也隨之增加;如果集熱器3面積大于60%，散熱器4面積小于10%，集熱器3吸收的太陽熱就不能充分通過散熱器4傳給熱水箱2，熱交換效率就要降低。這樣的面積比會導致熱阻增加，使集熱器3溫度升高許多，增加的熱量會由集熱器3散放出去，而這是不希望出現(xiàn)的。
集熱器3的管形部分5的間距為10至500mm，最好是20至100mm。如果間距小于10mm，將上下鋁板8和9焊成板狀加熱管1就變得困難;間距要是超過500mm，管形部分5之間的翹片部分的傳熱效率就要降低，單位面積內管形部分5的數量就會減少，從而嚴重降低集熱器3的傳熱能力。
集熱器3的管形部分5的截面積為5至150mm2，最好為10至50mm2。如果橫截面積小于5mm2，就會導致熱量傳遞不充分，并降低熱傳導效率。要是這個面積超過150mm2，管形部分由于耐壓能力差發(fā)生變形或破裂的可能性就會增加。
當工作流體通過進口11灌入加熱管1時，加熱管1是直立的，進口11朝上，里面的空氣就會被灌入的工作流體排出。由于通道12是朝進口11傾斜的，空氣可以非常迅速，容易地排除干凈。
通道12與管形部分5軸線的垂線的傾斜角為10至50度，最好是15至30度。如果傾斜角小于10度，加熱管1制成時空氣將不能排除干凈，太陽能熱水器使用期間工作流體很可能在重力作用下平穩(wěn)地流動。如果傾斜角大于50度，就不可能獲得所要求數量的通道12，要增強集熱器的耐壓能力就變得困難，因為通道12與管形部分5的方向是密切相關。
加熱管1的板狀本體在注入工作流體前是經過加熱的，注入工作流體后封閉進口11，然后再使本體冷卻下來。
由于集熱器3有平行布置的管形部分5和許多通道12，加之被滾焊的材料形成鼓肚時被加工硬化，加熱管1的耐壓強度得到了提高。因此加熱管1即使在不利的情況下，例如在缺水的情況下使用，也能有效地防止彎曲、扭曲和局部變形。
由于有許多通道12和平行管部分5，加熱管1的傳熱能力得到了提高，并大大改善了集熱能力。小橫截面積的管形部分5和通道12，顯著增強了加熱管1的耐壓能力，保證迅速地將太陽熱由集熱器表面?zhèn)髦羶炔康墓ぷ髁黧w，從而減少了熱能損失，提高了效率。如前所述，集熱器內的空氣已被工作流體排除干凈，封閉的工作流體能滿意地傳熱，其集熱性能得到改善。
按照上述實施例，加熱管1是由可滾焊的材料制成的，這樣就可通過使用粘結的材料制成的型芯制成平行管形部分5的許多傾斜通道12，這樣制成的加熱管1具有生產成本低的優(yōu)點。
板狀加熱管1也可不用可滾焊材料制成，而用兩塊用壓力加工形成所要求的凹槽的鋁板粘接而成。不局限于使用鋁板，銅板或其它金屬的板材也可使用。
熱水箱2基本由一個帶底孔的箱形本體21，前面提到過的蓋住該底孔的金屬底板7，包住主體21的一層絕熱層23，罩在絕熱層外的一個外殼24和箱形本體21內的若干筋板25所組成。熱水箱2用螺栓26緊固在熱水器的矩形框架15的相對側邊框上。熱水箱2側面有一個進水管27，一個熱水排出管28和一個溢流管29。加熱管1的集熱器3上蓋了一塊玻璃板16，與集熱器3相互平行。加熱管1底部有一層絕熱層17。
熱水箱2的本體21可用聚乙烯、聚丙烯、玻璃鋼以及類似的有用材料制成。底板7用不銹鋼、銅、帶鋼或類似材料制成。
所述的太陽能熱水器構件通常是安裝在屋頂或類似的地方，使熱水箱2朝上傾斜放置。這樣，白天加熱管1內的工作流體就在下部集熱器3內蒸發(fā)，流進上部散熱器4，在里面冷凝后回到集熱器3，從而將熱量從集熱器3傳給散熱器4。另一方面，晚間集熱器3的溫度比散熱器4低，但前面已說過加熱管1是傾斜的，它不可能進行工作，因而也就不會有熱量散失。由于集熱器3靠近散熱器4部分有橫向布置的熱阻孔14，熱水箱2中白天儲蓄的熱量，不會在夜間通過加熱管1的金屬壁緩慢散失出去，孔14可以是圓形、矩形或正方形，其形狀并無特殊要求?？?4越大越好，但其尺寸也應適度，過大了就會降低加熱管1的強度。
圖4是板狀加熱管1的另一個實施例。從圖上可以看出，加熱管1的上下鋁板8、9的外表面都犧牲了一層由鋁鋅合金形成的陰極保護層。該保護層18可以由鋁與銦、錫、鎵等元素的合金組成，或由至少含有鋅、銦、錫、鎵等金屬其中二種的鋁合金組成，所形成的合金能起陰極保護作用就可以了。鋁板8和9所用的材料是純鋁或是鋁與一種金屬的合金，而不是上面提到的那些材料。
當加熱管1在容易加快腐蝕的高溫和高濕度的不利條件下工作時，加熱管1表面的鋁鋅合金組成的保護層18，18中的鋅起著陰極保護的作用，防止腐蝕蔓延至鋁板8和9的心部。這個保護層預防加熱管1的散熱器4部分發(fā)生電化學腐蝕，同時也避免加熱管1與絕熱層17接觸的下表面發(fā)生腐蝕。當保護層發(fā)生腐蝕時，被腐蝕部分變白，但這種現(xiàn)象僅出現(xiàn)在加熱管1的背面和散熱器4的表面。集熱器3的干燥表面不會呈現(xiàn)表層腐蝕，因而其顏色不會改變，其吸收太陽能的效率也不會改變。
鋁板8、9或表面保護層18，18的厚度加厚時，加熱管1的耐用度能顯著提高。
盡管上面說到加熱管1的上下鋁板8、9外表面都有表面保護層18，實際上也只在上鋁板8的外表面加上保護層18。
這時加熱管1可以獲得滿意的傳熱能力，同時也能有效地避免在不同的兩種金屬互相接觸的散熱器4處發(fā)生表面腐蝕和電化學腐蝕。這樣形成的保護層提高了熱水器的耐用度，同時也防止了用涂附辦法加上保護層時可能出現(xiàn)脫落的情況。
圖5是板狀加熱管1的又一種實施例。從圖上可以看出，加熱管1由上下兩塊鋁板8和9組成，每塊鋁板表面都有許多軋制形成的凹槽19。兩塊鋁板8和9在受壓焊接在一起時，同時進行軋制的。更準確地說，是將前述的不粘接材料制成的型芯放在兩塊鋁板8和9中的一塊上，當另一塊鋁板加壓焊接在這塊鋁板上時，同時用軋輥對兩塊鋁板進行軋制。這樣加工成的許多凹槽19最好深為100μm左右長為1至2mm左右。凹槽19的深度當然應隨板材的厚度而變化，要是深度太深，鋁板很可能在形成鼓肚時破裂。鋁板8和9是純鋁或鋁合金制成的。
由于加熱管1的上下兩塊鋁板是經過軋制的，鋁板被加工硬化，從而加熱管1的剛性和耐壓強度得到極大提高。這樣，當板狀加熱管1放進太陽能熱水器外殼并沿加熱管縱向用隔開的兩點或三點支撐時既不會出現(xiàn)彎曲或扭曲，也不會產生別的任何變形。鋁板8和9的工作硬化減小了它們的表面磨擦阻力，由于有凹槽和凸臺存在，即使有磨損也顯露不出來。此外，加熱管1也不易局部變形或弄臟或污染。例如當這種加熱管1摞起來運輸時，管子之間墊上泡沫人造樹脂或柔軟分隔紙就能保護表面形成的選擇吸熱薄膜，勿需放入通常使用的特制板。這樣加熱管的處理就極其簡單。涂了選擇性吸熱薄膜的加熱管1表面的凹槽增加了加熱管1的表面積，能更有效地吸收太陽熱。當這種板狀加熱管1裝入太陽能熱水器經過實際運行試驗表明它比普通加熱管吸熱效率高2至3%。
上述實施例中的加熱管1的兩塊鋁板8和9的外表面，或者至少上鋁板8的外表面有軋制成的許多凹槽19。
圖6至圖8表明熱水箱2是如何裝配的。為將本體21和金屬底板7裝進熱水箱2，本體21側壁34的下緣34a處有一個翻邊35，同時底板7沿著這個周邊有一圈由內壁37、底壁38和外壁39形成的槽36(圖7)。在槽36的內部，或至少在內壁37和底壁38的拐角處涂有硅密封膠40，它在固化前是可流動的。然后在槽36內放上一塊硅密封墊41，蓋在密封膠上(圖7)。再將本體21側壁的下緣34a裝入槽36。通過加壓將形成槽36的外壁39的上緣39a翻卷或折疊在翻邊35上，迫使硅密封膠40流入形成槽36的內壁37和本體21的側壁的下緣34a之間的縫隙42內，用硅密封膠40填滿整個間隙42(圖8)。
硅密封膠40耐熱性對，符合食品衛(wèi)生規(guī)定，因而適用于這種熱水器。硅密封膠41對硅密封墊41這類襯墊和用不銹鋼或其它金屬制成的底板7具有良好的粘接性能，固化后具有高的粘接強度。
熱水箱2用上述方法裝成后，金屬底板7的周邊部分能完全防止在間隙42處發(fā)生腐蝕，從而大大提高了熱水箱2的耐用度。由于密封膠40是在底板7翻卷或折疊前涂在槽36里面的，這比本體21和底板7裝配好后再將密封膠40填滿間隙42簡便易行。
圖9至圖12是本發(fā)明的再一種實施例。它與圖1至3所示的實施例不同之處在于熱水箱21的固定方法有所不同。
板狀加熱管1和熱水箱2放在一個具有底壁20的矩形鋁框架15內。熱水箱2放在加熱管1后部散熱器4上。一個擠壓成形的中間鋁橫梁30在矩形框架15的相對側框15a、15b間沿熱水箱2的前壁下緣延伸，并連接在兩個側框上。兩個從側面看通常是倒“U”字形的緊固件31，31固定在熱水箱2上。兩個緊固件31是槽形件，其相對的兩個側邊在前端31a和尾端31b處是被去掉的，僅讓槽底向外伸出。前端31a是彎曲的并用螺釘固定在橫梁30上，尾端31b也是彎曲的，并用螺釘固定在框架15的后框15c上。
絕熱層23在兩個緊固件31上，蓋住熱水箱2。外殼24罩在絕熱層23上，其相對的側壁和后壁下緣處有外伸翻邊，并用螺釘在翻邊處將外殼固定在矩形框架15上。熱水箱前壁下緣側邊部分用螺釘固定在橫梁30上。外殼24有一個前窗，用一個反光板32封閉起來。在熱水箱2前壁下緣和橫梁30間有一個集水槽33，用螺釘固定在橫梁30上。玻璃板16的后邊用上下襯墊43和44塞進橫梁30并夾在兩個襯墊之間。玻璃板16的其余三邊用未表示出來的夾持件連接在矩形框架15上。
盡管上面說了用兩個緊固件31，實際用一個也可以，最好1至3個。
按照上述實施例，至少有一個從一側看是近似倒“U”字形的緊固件31包住熱水箱2，并且其兩端31a，31b固定在橫梁30和后框15c上。這樣，熱水箱2就可以牢牢固定在矩形框架15上，熱水箱2的前壁和反光板32就不會出現(xiàn)任何變形，也不會破壞整個組件的外形，還可防止熱水箱2掉下來，安全性也得以大大改善。
權利要求
1.一種太陽能熱水器，它有一個板狀加熱管，工作流體封閉在其中，該加熱管包括一個集熱器和一個散熱器，集熱器有平行的管形部分，散熱器有空心部分與該管形部分相通，它還一個具有金屬底板的熱水箱，裝在該加熱管的散器上，加熱管上集熱器與散熱器面積比為60-90%至40-10%，集熱器管形部分間距為10至500mm，每個管形部分的截面積為5至150mm2。
2.一種如權利要求
1所述的太陽能熱水器，其中加熱管上的集熱器具有平行的管形部分，它們是從頭至尾直線布置的，一個聯(lián)管將管形部分的頭部聯(lián)通，一個在加熱管的前端有一個開口的工作流體進口，和許多通道，每個通道將相鄰的兩個管形部分聯(lián)通，位于進口左右兩側的相鄰部分之間的通道是朝進口傾斜的。
3.一種如權利要求
1所述的太陽能熱水器，其中板狀加熱管由上下兩塊除管形部分和空心部分外都焊在一起的鋁板組成，兩塊鋁板中至少上板外表面有一層保護層。
4.一種如權利要求
1所述的太陽能熱水器，其中板狀加熱管由上下兩塊除管形部分和空心部分外都焊在一起的鋁板組成，兩塊鋁板中至少上板外表面有許多軋制成的凹槽。
5.一種如權利要求
1所述的太陽能熱水器，其中熱水箱由一個本體和金屬底板組成，本體的側壁下緣有一圈外伸的翻邊，沿底板周邊有一圈由內壁、底壁和外壁形成的槽，一種固化前可流動的密封膠涂在該槽里面，或者至少涂在內壁和底壁間的拐角處，本體側壁下緣加上一塊夾在底壁和該下緣間的密封墊固定在該槽內，槽形結構外側壁上部加壓向內翻卷與該外伸翻邊貼合在一起，該密封膠填滿了槽形結構內壁和本體側壁下緣間的間隙。
6.一種如權利要求
1所述的太陽能熱水器，其中板狀加熱管和熱水箱裝在一個具有一個底壁的矩形框架內，一個中間橫樑與矩形框架的相對的側框橫向連接在一起，并沿熱水箱的前壁下緣延伸，并且至少有一個從側面看通常是倒“U”字形的緊固件裝在熱水箱上，緊固件的兩端固定在中間橫梁和矩形框架的后框上。
專利摘要
一種太陽能熱水器，它有一個板狀加熱管，工作流體封閉在其中。加熱管包括一個集熱器和一個散熱器，集熱器有平行的管形部分，散熱器有空心部分與該管形部分相通。它還有一個具有金屬底板的熱水箱，裝在該加熱管的散熱器上。加熱管上集熱器與散熱器面積比為60-90％至40-10％。集熱器管形部分間距為10至500mm，每個管形部分的截面積為5至150mm
文檔編號F28D15/00GK86107475SQ86107475
公開日1987年7月29日 申請日期1986年9月17日
發(fā)明者村松利明 申請人:昭和鋁株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan