专利名称：分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器的制作方法
技术领域：
分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器，属于太阳能光热利用技术领域，涉及一种太阳能热水器，特别是利用工作介质的相变循环传递太阳光热能量的平板太阳能热水器。
背景技术：
真空管太阳能热水器具有较好的集热性能，但受结构特点限制其整体形态不利于与建筑美观结合，而且冬季局部易冻损影响使用；普通平板太阳能热水器的集热器和水箱可以分离配置，集热器形态扁平方正美观，可以与建筑美观结合，但自循环动力不足而且抗冻性能较差；最近，有在平板集热器内循环液态不冻介质再与水箱内的水进行二次换热的技术，比较好的解决了美观与抗冻的问题，但也存在传热效率低、循环阻力大和成本较高的弊端；也曾经有人提出“组合式热管太阳能热水器”的想法，即把多支热管元件的蒸发段用集管并联起来放在平板形保温集热箱内，将冷凝段集合成一体放在水箱内，用一条管子作为恒温段将蒸发段和冷凝段连接起来并在该变型热管内充注低沸点工作介质，组成一个集散结构的热管系统，具有整体抗冻、传热迅速等优点，例如中国专利申请93231758提出了具有这种结构特点的一个实例，中国专利申请96228353提出了另外一个相似的实例，但上述技术方案均存在以下严重缺陷而不能稳定的工作第一、流量不多的液态回流工作介质进入蒸发段的上并联集管后，因缺少均衡的分配装置，使各个热管或是被淹没、或是出现干枯，系统不能稳定均衡的工作，极大地影响集热和传热性能、甚至不能工作；第二、恒温传输管较长时，管内的气态工作介质和液态回流介质反方向长流程相对运动，存在严重的携带现象和较大的回流阻力从而消耗能量、影响稳定的回流，使装置性能欠稳定；第三、集热器与恒温管或冷凝段换热器采用连体焊接制造，不便于运输、安装和维修，对于用户不同安装距离的差异化需求难以很好满足，个别部件更新也比较困难，不利于推广普及，限制了工业化大生产。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种使回流介质分液均衡、回流稳定、确保形成良好降膜蒸发工况，并且可以按用户具体需求进行现场组合、安装，可以按独立部件标准化规模生产的热效高、抗冻强、建筑美观的平版太阳能热水器。
为实现上述目的，本实用新型的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器，由平板集热器、连接管、冷凝换热器、保温水箱以及集气分液器、独立回液管、储液器及工质阀门等组成，带有回液口和进气口的容器形冷凝换热器装配在保温水箱的内部，在平板形保温箱框的朝阳面装有透光盖板，组成平板集热器的外壳，其内安装带有太阳能吸收涂层的集热板，集热板上紧密连接竖立排管并良好导热，排管的下端用平衡管相互连通；所述集气分液器是平置的柱形密闭容器部件，包括上部的集气腔和和下部的集液腔，并且分别与出气口和进液口密闭连通，一组导管贯通集液腔，其上端口与集气腔连通，下端口与排管连通，导管在集液腔内部的部分管壁上均匀开有与排管相通的分液通道；容器形储液器串联在其中一支排管的底部与平衡管之间，平衡管或储液器连接工质阀门并安装在集热器外侧，集气分液器、储液器、平衡管和排管一起安装在平板集热器的外壳内；独立回液管和连接管并列或套装排列、且外部保温，其一端分别与冷凝换热器的回液口和进气口可拆卸密封连接，另一端分别与平板集热器内部的集气分液器的进液口和出气口可拆卸密封连接；集气分液器、储液器、平衡管、排管构成的集热器与冷凝换热器连接成的系统内形成真空，并由工质阀门充注低沸点抗冻工作介质。
为了增加冷凝换热器的气相换热面积，提高冷凝效果，在冷凝换热器内装填高孔隙率的高导热填料，如金属网或金属颗粒；为了提高集热排管内部的蒸发能力，可以在光管的内壁紧密附着导热毛吸环状芯，也可以在内壁加工成各种沟槽；为减少辐射损失、提高集热器内的温度，透光盖板的一侧可以附着一薄层透光的远红外反射膜；为加强保温效果，提高工作温度，也可以使用双层中空盖板以及在集热器内填充绝热气体；为了排除系统因各种原因产生的不凝气体，在冷凝换热器的上部引出排气管阀；为了加强分液通道成膜效果，在集气分液器导管的内壁可间隙套装挡液环；为了便于系统排空调试可以在储液器或平衡管内安装与外插调试电加热器配合的套管。
采用上述结构后，当阳光透过透光盖板照射到集热板上的太阳能吸收膜层时，光能转变成热能被集热排管下部和毛吸芯内的工作介质吸收并升温蒸发，各排管内产生的蒸汽上升至集气分液器的集气腔经连接管输送到冷凝换热器内，通过器壁和多孔填料与水箱内的水换热冷凝，冷凝液经底部的回液口和独立回液管靠重力或其它辅助动力回流到集气分液器的集液腔，在集液腔内冷凝液靠重力和导管内流动气体的吸力，通过导管壁上的均匀分液通道进行流量控制和分配，最后流入排管并扩展成沿排管周壁向下流动的膜状液层，在向下流动过程中又被蒸发成气体，再上升至集气分液器的集气腔，依此循环工作使集热器的太阳热能传递到水箱将水加热；由于采用低沸点工作介质的相变传热，传热速度快、传热能力大，并且室外部件抗冻、室内水箱易保温；储液器可以调节系统内初始液位不至于过高和最大负荷时液位不能干枯的最佳位置；本实用新型各部件可工厂内标准化生产，可按现场具体距离情况选择管道长短进行可拆卸组合安装调试，可独立倾角安装、也可以作为建筑墙体部件或装饰部件垂直镶嵌安装，象分体空调和装饰幕墙一样，应用方便、建筑美观、抗冻耐用、热效极高。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器的一种实施方式的系统剖视图。
图2是
图1所示的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器内部集气分液器的第一种结构的的放大剖视图。
图3是
图1所示的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器内部集气分液器的第二种结构的的放大剖视图。
图4是
图1所示的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器内部集气分液器的第三种结构的的放大剖视图。
图5是
图1所示的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器内部集气分液器的第四种结构的的放大剖视图。
具体实施方式
图1所示分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器由平板集热器(1)、连接管(3)、冷凝换热器(5)、保温水箱(6)、独立回液管(4)、集气分液器(2)、储液器(8)及工质阀门(7)等组成，内部填充金属网的冷凝换热器(5)是密闭容器，用法兰或螺纹装配在带辅助电加热器(6B)、进水管(6C)、出水管(6D)和浮动出水口(6A)的保温水箱(6)的内部，其上有进气口(5B)相通，进气口(5B)带有密封连接螺纹端，在冷凝换热器(5)的底部连接带有密封连接螺纹端的回液口(5A)，在冷凝换热器(5)的高位连接排气管阀(5C)；平板形保温箱框(1E)的朝阳面安装带有透光远红外线反射膜的成品LOW-E玻璃(1A)，组成平板集热器(1)的外壳，其内安装带有太阳能吸收涂层的集热板(1G)，集热板(1G)上焊接竖立的内壁加工成螺旋沟槽的排管(1F)，集热器内部的空间填充绝热的氩气；一个平置的管柱形密闭容器构成集气分液器(2)的壳体，其内由隔板(2H)分割成上部的集气腔(2G)和下部的集液腔(2A)，带有密封连接螺纹端的出气口(2C)与集气腔(2G)连通，也带有密封连接螺纹端的进液口(2B)与集液腔(2A)连通，两个阀门分别与出气口(2C)和进液口(2B)连接并安装在集热器(1)的外侧，其中进液口(2B)连接的阀门带有三通排气口以便于机械泵抽空试压；一组导管(2D)贯通集液腔(2A)，其上端口与集气腔(2G)连通，下端口与排管(1F)的上端连通，导管(2D)在集液腔(2A)内部的部分管壁上均匀开有螺旋狭缝形态的分液通道(2E)，在导管(2D)的内壁套装与其内壁有一环形间隙的挡液环(2F)；排管(1F)的下端用平衡管(1B)相互连通，带有液位计(1D)的容器形储液器(8)串联在靠边的一支排管(1F)的底部与平衡管(1B)之间，储液器(8)内有一个与棒式外插调试电加热器配合的套管(1C)，平衡管(1B)的另一端连接工质阀门(7)并安装在集热器(1)的外侧，储液器(8)、集气分液器(2)、平衡管(1B)和排管(1F)一起安装在平板集热器(1)的外壳内；独立回液管(4)和连接管(3)并列且外部保温，两端均带有密封连接螺母，其一端分别与冷凝换热器(5)的回液口(5A)和进气口(5B)螺纹密封端连接，另一端分别与平板集热器(1)的进液口(2B)和出气口(2C)的配套阀门密封连接；储液器(8)、集气分液器(2)、排管(1F)、平衡管(1B)、冷凝换热器(5)通过独立回液管(4)和连接管(3)连接成密闭工作系统并形成真空，内部充注适量的丙酮或甲醇作为工作介质，并通过工质阀门(7)补充或排放。
图2所示是
图1所示的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器的集气分液器(2)，其集气腔(2G)和集液腔(2A)是一体的管状结构，由曲面隔板(2H)分隔形成，通过导管(2D)下端口与排管(1F)组对焊接而成。
图3所示分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器的集气分液器(2)，其上部的集气腔(2G)和下部的集液腔(2A)是独立的分离结构的两个水平管，通过导管(2D)将集气腔(2G)和集液腔(2A)连接、并与排管(1F)组对后全部密封焊接，在导管(2D)上部的内壁套装与其内壁有一环形间隙的挡液环(2F)。
图4所示分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器的集气分液器(2)，其集气腔(2G)和集液腔(2A)是一体的管状结构，由曲面隔板(2H)分隔形成，排管(1F)与集液腔(2A)的壳体焊接，导管(2D)的外壁下部带有沟槽形分液通道(2E)，并与排管(1F)的内孔配合连通。
图5所示分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器的集气分液器(2)，其集气腔(2G)和集液腔(2A)在形体结构上合并为一体，分别有出气口(2C)和进液口(2B)与其连通，一组导管(2D)焊接在集气分液器(2)下部的集液腔(2A)区域内，导管一定高度的上部带有槽形的分液通道(2E)，下部内侧套装排管(1F)并密封焊接，在导管(2D)上部的内壁套装与其内壁有一环形间隙的挡液环(2F)。
上述分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器可以预先在工厂制造时充注工作介质，现场连接管道经排空后开启集气分液器(2)的进液口(2B)和出气口(2C)连接阀门即可工作；当然也可以取消上述阀门而直接用独立回液管(4)和连接管(3)与集气分液器(2)的进液口(2B)和出气口(2C)螺纹密封连接，现场整体试漏排空后充注适量工作介质再工作。
很明显，作为本技术领域的人员很清楚，上述具体实施例并不限制本实用新型基本思想的其他变型实施方式，例如冷凝换热器(5)也可以采用立式结构、排管结构或螺旋管结构，其外侧可以加散热翅片增加传热效果；水箱也可以采用立式结构；独立回液管(4)也可以串联输送泵强制循环；储液器(8)和平衡管(1B)也可以合并设计；当集气分液器(2)的集气腔(2G)和集液腔(2A)合为一体并且传输管道较短时，独立回液管(4)和连接管(3)及与其配合的连接口也可以合为共用的一条恒温管等等；这些变型或组合仍然包括在本实用新型的集气分液基本技术构思范畴内而被保护。
权利要求1.分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器，由平板集热器(1)、连接管(3)、冷凝换热器(5)、保温水箱(6)组成，在平板形保温箱框(1E)的朝阳面装有透光盖板(1A)，组成平板集热器(1)的外壳，其内安装带有太阳能吸收涂层的集热板(1G)，集热板(1G)上紧密连接竖立排管(1F)并良好导热，排管(1F)的下端用平衡管(1B)相互连通，带有一个连接口的冷凝换热器(5)装配在保温水箱(6)的内部，其特征在于还包括集气分液器(2)、独立回液管(4)、储液器(8)及工质阀门(7)，所述集气分液器(2)是平置的柱形密闭容器部件，包括上部的集气腔(2G)和下部的集液腔(2A)，并且分别与相应出气口(2C)和进液口(2B)密闭连通，一组导管(2D)贯通集液腔(2A)，其上端口与集气腔(2G)连通，下端口与排管(1F)的上端连通，导管(2D)在集液腔(2A)内部的部分管壁上均匀开有与排管(1F)相通的分液通道(2E)；所述冷凝换热器(5)还有另一个连接口，独立回液管(4)和连接管(3)并列或套装排列且外部保温，其一端分别与冷凝换热器(5)的回液口(5A)和进气口(5B)可拆卸密封连接，另一端分别与平板集热器(1)内部的集气分液器(2)的进液口(2B)和出气口(2C)可拆卸密封连接；容器形储液器(8)串联在其中一支排管(1F)的底部与平衡管(1B)之间，平衡管(1B)或储液器(8)连接工质阀门(7)并安装在集热器外侧，储液器(8)、集气分液器(2)、平衡管(1B)与排管(1F)一起安装在平板集热器(1)的外壳内；平板集热器(1)与冷凝换热器(5)连接成的系统内形成真空，并由工质阀门(7)充注低沸点抗冻工作介质。
2.根据权利要求1所述的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器，其特征在于冷凝换热器(5)内装填带孔隙的导热填料。
3.根据权利要求1所述的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器，其特征在于冷凝换热器(5)的上部引出排气管阀(5C)。
4.根据权利要求1所述的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器，其特征在于排管(1F)内壁带有沟槽。
5.根据权利要求1所述的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器，其特征在于排管(1F)内壁附着毛吸环芯。
6.根据权利要求1所述的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器，其特征在于透光盖板(1A)的一侧附着一薄层透光的远红外反射膜。
7.根据权利要求1所述的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器，其特征在于透光盖板(1A)与保温箱框(1E)形成的集热器内腔充填绝热气体。
8.根据权利要求1所述的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器，其特征在于集气分液器(2)内部导管(2D)的内壁间隙套装挡液环(2F)。
9.根据权利要求1所述的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器，其特征在于透光盖板(1A)是双层中空透光板。
10.根据权利要求1所述的分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器，其特征在于平衡管(1B)或储液器(8)内带有与棒式外插调试电加热器配合的套管(1C)。
专利摘要分体组合式外循环超热管抗冻平板太阳能热水器，通过独立回液管、连接管将内部装配有集气分液器、竖立排管、储液器及工质阀门的平板集热器与内部装配冷凝换热器的保温水箱密封连接起来，集气分液器、冷凝换热器分别带有与输送管道对接的进、出口，集气分液器是平置的柱形容器部件，包括集液腔和集气腔，一组导管贯通集液腔，其上端口与集气腔连通，下端口与竖立排管连通，导管在集液腔内部的部分管壁上均匀开有与排管相通的分液通道，排管的下端用平衡管相互连通并与储液器和工质阀门连通，系统内形成真空并充注低沸点抗冻介质，本方案提供了一种分液均衡、回流稳定、制造安装方便、建筑美观、热效极高的超越热管概念的抗冻平版太阳能热水器。
文档编号F24J2/24GK2861889SQ20052008829
公开日2007年1月24日 申请日期2005年10月24日 优先权日2005年10月24日
发明者喜春野, 郑丽红 申请人:喜春野