一种水箱落地式液管无底真空管太阳能热水器的制造方法
【专利摘要】一种可广泛用于家庭和太阳能热水工程的水箱落地式液管真空管太阳能热水器，由液管无底真空管集热器和落地式保温水箱组成，通过自然循环或强制循环，把无底真空管吸收的太阳能导入保温水箱。水箱落地式热水器有间接自然循环热水器、直接自然循环热水器、间接强制循环热水箱，直接强制循环热水器四种，适用于不同用户和场合。水箱落地式液管真空管太阳能热水器的特点是：单机水箱容积和集热面积范围大，适用范围广，集热器上低温安全加热，热水器防冻、水温可调节，间接循环集热不耗电，将保温水箱热水输出管互相连通，热水器水箱容积和集热面积倍增，可组成集热面积数千平方米以内任意规模、循环集热不耗电的热水系统。
【专利说明】一种水箱落地式液管无底真空管太阳能热水器
【技术领域】
[0001]本发明是太阳能集热领域一种可广泛用于家庭和太阳能热水工程的水箱落地式间接/直接自然循环/强制循环通用型液管真空管热水器和热水系统。
【背景技术】
[0002]目前，太阳能热水器、热水系统存在的主要问题是:
[0003]1.无论是全玻真空管热水器，还是热管真空管热水器、U型管真空管热水器，所用集热管都是上端开口，下端盲孔的全玻真空管，真空管吸收的热量只能从集热器上部真空管开口端导出，热水器水箱底部必须高于真空管开口端才能自然循环集热，组成的连体、分体自然循环热水器水箱高于集热器，因分体水箱位置太高，无实用性和综合优势，因而市场除分体壁挂式热水器外，家用型热水器几乎全部为连体坡面热水器，但连体热水器水箱容积和集热面积受水箱和真空管长度、直径限制，无法做大，且存在许多难以解决的问题，无法满足用户多方面用水和安全用水要求。
[0004]2.由全玻真空管组成的热水器、热水系统，真空管内有占水箱容积25%左右的热水无法利用，真空管易冻裂，真空管破裂漏水导致热水器、热水系统无法运行；由热管真空管组成的热水器、热水系统，热管热损大效率较低、使用寿命短、价格极高；由U型管真空管组成的热水器，U型管长度约等于真空管长的2倍，U型管直径很小，沿程阻力大，用于自然循环动力弱，用于强制循环耗电量大，综合热效率较低、成本高；
[0005]3.各种类型的热水器都采用电热棒在水箱水中加热，存在电热棒结水垢、干烧、寿命短、漏电等严重隐患；
[0006]4.强制循环集热的太阳能热水系统，不但循环集热耗电量大，循环泵易损坏，而且受供电影响大，一旦停电无法集热、防冻。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种水箱落地式液管无底真空管太阳能热水器，可全面系统地解决上述问题，本发明的解决方案是:
[0008]1.将本发明分为集热器和保温水箱两部分，通过上下连接管连接成不同循环集热方法的水箱落地式热水器。
[0009]2.集热器采用由导热液管与无底真空管组成的一体式、组合式液管无底真空集热管；
[0010]3.将多支液管无底真空集热管两端的导热液管与上下联集管连通，组成多支集热管并联的液管无底真空管集热器，集热器上端与保温水箱上端接口连接，集热器下端与水箱底部接口连接，达到保温水箱落地的目的。
[0011 ] 4.在集热器联集管上设置加热器，通过联集管加热联集管内液体，利用已形成自然循环管道，将加热器产生的热量导入保温水箱，达到热水器低温安全加热防冻和水温调节的目的。[0012]5.在间接自然循环集热水箱内设置换热器，并在高于集热器上端的循环管道上设置与管道连通的加压补液消胀器，利用加压补液消胀器中液体重量对循环系统液体加压、除气、补液，利用加压补液消胀器容积可随液体、气体自动变化特性，吸收因导热工质热胀增加的体积，确保集热系统安全运行。
[0013]6.在间接自然循环集热水箱的基础上，取消换热器、加压补液消胀器，成为直接自然循环水箱，在间接/直接自然循环集热水箱基础上加装循环泵，成为间接/直接强制循环集热水箱。
[0014]7.将集热器上联集管接口与水箱上端接口连接、集热器下联集管接口与水箱底部接口连接，组成四种循环集热方法的水箱落地式液管无底真空管热水器，满足不同场合使用要求。
[0015]8.将多只水箱热水出口并联，组成任意规模的自然循环/强制循环集热的热水器、热水系统。
[0016]本发明有益效果是:
[0017]1.集热器上无水箱重压，风阻小，不存在热水器坍塌问题；
[0018]2.水箱容积和集热面积不受限，单台自然循环热水器水箱容积可在100L?3000L、集热器面积I?36平方米甚至更大范围内任意选择,水箱最大容积和最大集热面积比现有自然循环热水器大5倍以上，强制循环集热热水器水箱容积和集热面积可以做得更大，用户选择范围大。
[0019]3.集热器进出水高度差增大I米以上，在水箱内高水位和换热器内高液位压力推动下，循环集热阻力很小，集热器与水箱连接距离长，循环集热效率高；
[0020]4.集热器真空管内无水、不存在因真空管破裂漏水隐患，综合热效率和热利用率不低于现有各种类型的热水器、热水系统，无论是直接循环还是间接循环热水器全防冻；[0021 ] 5.在集热器联集管上加热，联集管吸热面积大，加热温度低，不存在电热棒外表结水垢影响散热，易烧毁，寿命短、干烧、漏电等重大隐患。
[0022]6.多台水箱可并联，可组成热水容积数百吨、集热面积数千平方米以内、无循环泵，循环集热不耗电的任意规模的自然循环集热系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1:端口阻热型一体式液管无底真空集热管示意图。
[0024]图2:端口阻热型组合式液管无底真空管集热管示意图。
[0025]图3:直通型组合式液管无底真空集热管示意图。
[0026]图4:吸热板型组合式液管无底真空集热管示意图。
[0027]图5:液管无底真空管集热器局部剖视图。
[0028]图6:间接自然循环集热水箱局部剖视图。
[0029]图7:直接自然循环集热水箱局部剖视图。
[0030]图8:间接强制循环集热水箱局部剖视图。
[0031]图9:直接强制循环集热水箱局部剖视图。
[0032]图10:间接自然循环集热热水器连接图。
[0033]图11:直接自然循环集热热水器连接图。[0034]图12:间接强制循环集热热水器连接图。
[0035]图13:直接强制循环集热热水器连接图。
[0036]图14:管形换热器保温水箱局部剖视图。
[0037]图15:螺旋管换热器保温水箱局部剖视图。
[0038]图16:小型单组坡面水箱落地式液管无底真空管热水器外形图。
[0039]图17:中型多组坡面水箱落地式液管无底真空管热水器外形图。
[0040]图18:大型多组坡面水箱落地式液管无底真空管集热系统外形图。
[0041]图19:围墙围栏型水箱落地式液管无底真空管集热系统外形图。
[0042]图20:液管无底真空管热水系统水箱并联图。
[0043]图1~图20中编号1/1A/1B.无底真空管，2.导热液管，3.吸热翼片，4.吸热板，5.上液管连接器，6.上联集管，7.下联集管，8.下液管连接器，9.真空管定位防水座，
10.加热器，11.联集管保温层，12.联箱外罩，13.连接板，14.水箱内胆，15/15A.换热器输入管，16.环形空芯换热器，17.管形换热器，18.螺旋管换热器，19.连接管，20.加压补液消胀器，21/21A.循环液体输入口，22.箱底输出口，23/23A.循环液体输出口，24.镁棒，25.自来水输入口，26.热水输出接口，27.水箱保温层，28.水箱外罩，29.水箱底座，30.液管无底真空管集热器，31.间接自然循环集热水箱，31A.直接自然循环集热水箱，31B.间接强制循环集热水箱，31C.直接强制循环集热水箱，32.上连接管，33.下连接管，34/34A.循环泵，35.支架。
【具体实施方式】
[0044]集热器(30)由无底真空管(1/1A/1B)、导热液管(2)、吸热翼片(3)、上液管连接器(5)、上联集管(6)、下联集管(7)、下液管连接器(8)、真空管定位防水座(9)、加热器
(10)、联集管保温层(11)、联箱外罩(12)、连接板(13)等组成，导热液管(2)从无底真空管(1/1A/1B)中心穿过，导热液管(2)上端通过上液管连接器(5)与上联集管(6)连通，下端通过下液管连接器(8)与下联集管(7)连通，集热器输入输出接口设在上下联集管(6、7)两端，真空管定位防水座(9)和加热器(10)设在下联集管(7)上，保温层(11)位于上下联集管(6、7)与外罩(12)之间，联集管、保温层、外罩等组成集热器上下联箱，连接板(13)与上下联箱连接，组成液管无底真空管集热器(30)，集热器安装在不同仰角的支架(35)上，可满足最佳采光集热要求。
[0045]无底真空管有多种，无底真空管(I)是两端有阻热墙的阻热型真空管，无底真空管(IA)是直通型真空管，无底真空管(IB)是直通型无吸热涂层真空管，依靠与导热液管
(2)紧密连接的有吸热涂层的吸热板(4)吸热。凡导热液管可从真空管中心穿过的无底真空管都可使用。
[0046]导热液管(2)采用高热导率特制铜管、铝管，铜铝复合管和其它金属管。
[0047]吸热翼片(3)位于导热液管(2)与无底真空管内管之间，根据不同的无底真空管选用不同的材料和形状的吸热翼片(3)，吸热翼片(3)可设置也可不设置。
[0048]上下液管连接器(5、8)用于导热液管(2)两端与上下联集管连接，连接器种类有承压式和非承压式，材料有金属和非金属两种，结构形状种类很多，凡能实现导热液管与联集管可靠连通的连接方法和连接器都适用。[0049]上下联集管(6、7)两端是输入输出接口，两端口之间与各导热液管(2)连接，使各导热液管(2)与上下联集管内液体贯通，联集管(6、7)截面形状可以是圆形、半圆形、方形、长方形、矩形或异形。由于液管无底真空管集热器吸收的热能是通过液体流动导出的，对联集管(6、7)本身热导率无要求，因而金属和耐高温塑胶材料都可做联集管出、7);装有加热器(10)的联集管，对热导率有要求，可采用不锈钢、铝、铜等金属材料和特制热导率较高的耐高温塑胶制造。
[0050]真空管定位防水座(9)用于集热器联箱防水、保温和真空管定位，凡满足上述要求的结构、形状都适用。
[0051]联集管、真空管定位防水座、液管连接器可三合为一体，或联集管与液管连接器合为一体。
[0052]加热器(10)安装在联集管外，与联集管紧密接触，加热器(10)产生的热量通过联集管加热联集管中液体，经自然循环集热管道，把加热器产生的热量导入水箱，由于联集管面积大而且长，其吸热面积是常用电热棒的几十倍，相同的加热器功率其温度可相应降低几十倍，加热器表面温度可由千度以上降至百度左右，且加热器与水隔离，达到低温、安全、长寿命加热的目的。
[0053]加热器(10)种类很多，特制硅胶、塑胶类PTC电热带和电热棒、PTC陶瓷管、板加热器、金属管形或板形电阻丝加热器等都可使用。
[0054]加热器(10)装在下联集管，有利于集热器自然循环防冻，用于大容积水箱水温调节，如果加热功率不足，上下联集管都可安装，使加热功率倍增。
[0055]加热器(10)仅用于热水器防冻和水温调节，装与不装对热水器循环集热无任何影响，因而可根据不同产品使用要求安装。
[0056]联集管保温层(11)保温材料种类很多，聚氨酯发泡材料、玻璃棉、岩棉等耐高温保温材料都适用。
[0057]联箱外罩(12)用于防水、防尘、防晒，金属和耐候塑胶都可做联箱外罩(12)。
[0058]间接自然循环热水器水箱(31)由水箱内胆(14)、换热器输入管(15/15A)、换热器(16/17/18)、连接管(19)、加压补液消胀器(20)、循环液体输入口(21/21A)、箱底输出口
(22)、循环液体输出口(23/23A)、镁棒(24)、自来水输入口(25)、热水输出接口(26)、保温层(27)、水箱外罩(28)、水箱底座(29)等组成，环形空芯换热器(16)安装在水箱内胆(14)下部，上端通过换热器输入管(15/15A)与水箱上端循环液体输入口(21/21A)连接，换热器下端接水箱底部输出接口(22)，加压补液消胀器(20)安装在水箱顶部或水箱外部高于集热器的位置，通过连接管(19)与液体循环管道上端连通，加热补液消胀器(20)是可随液体气体起伏、容积可变的装置，通常是柔性耐高温硅胶、橡胶类膜片式盖，在膜片式盖上装有泄压阀。加压补液消胀器(20)内充60%左右液体，利用加压补液消胀器(20)中液体重量和与循环管中液体的高度差，对间接循环集热系统内液体加压，排出换热器和集热器循环管中气体；当间接循环管和换热器中液体不足时，加压补液消胀器(20)内液体可自动补充；当循环集热系统内导热工质因热胀使液体体积增加时，加压补液消胀器(20)容积自动增大；当循环系统因液体过多或气体过多超过泄压阀开启压力时，泄压阀上泄压孔自动打开排出气体和多余液体，排放完毕后自动关闭，可确保循环集热系统安全运行。
[0059]依据加压补液消胀器(20)的工作原理，硅胶、橡胶类耐高温柔性袋可做加压补液消胀器(20)，其安装位置、连接方法、工作原理、使用效果与加压补液消胀器相同。
[0060]加压补液消胀器(20)结构种类很多，凡满足加压补液消胀要求的装置都适用。
[0061]加压补液消胀器(20)也可做成独立箱，安装在水箱外顶部或者集热器上端，通过连接管与液体循环管道上端连通。
[0062]为消除集热器可能产生的气堵现象，可在集热器上联集管和水箱液体进口处设置手动或自动排气装置。
[0063]换热器输入管(15/15A)既是连接管，又是辅助换热器，改变其管径和材料可改变其换热面积和换热功率，换热器输入管(15/15A)可用螺旋换热管取代；
[0064]适用于间接循环水箱换热的换热器种类有:环形空芯换热器(16)、管形换热器
(17)、螺旋管换热器(18)和水箱夹套换热器，环形空芯换热器(16)通常用于集热面积较大的间接循环集热热水器，在换热的同时内环可形成自然循环，吸取底部低温水对流换热，换热效率更高；管形换热器(17)、螺旋管换热器(18)换热功率相对较小，水箱夹套换热器在水箱内胆内或外部，与内胆焊为一体，凡具有换热功能并适于在水箱内安装的换热器，不论结构形状如何，都可使用。
[0065]根据水箱容积和负载的集热器集热面积，换热器上端可设置多只循环液体输入口(21/21A)，通过连接管与保温水箱外前后左右的集热器连接，箱底液体输出口(22)可共用，也可多接口输出。
[0066]制造换热器的材料很多，铜、铝、不锈钢和特制钢都可做换热器，改变换热器直径、高度和材料可改变换热器换热功率。
[0067]水箱底座(29)用手支撑和固定水箱，在水箱底座内可安装控保显示系统、循环泵、增压泵和外部接口，安装维修简单方便。
[0068]间接自然/强制循环热水器导热工质种类有:防冻液、超导液，也可用无水垢的蒸馏水、纯净水做补充。
[0069]直接自然循环集热水箱(31A)是在间接自然循环集热水箱(31)的基础上，取消换热器输入管(15、15A)、换热器(16)和加压补液消胀器(20)，适当降低循环水口(21、21A)高度，提升水箱底座(29)高度的简化型水箱。
[0070]间接强制循环集热水箱(31B)是在间接自然循环集热水箱(31)的基础上，在水箱底部接口(22)与循环液体输出接口(23、23A)之间串入循环泵(34、34A)组成的水箱；
[0071]直接强制循环集热水箱(31C)是在间接自然循环集热水箱(31)的基础上，取消换热器输入管(15、15A)、换热器(16)和加压补液消胀器(20)，在水箱底部接口(22)与循环液体输出接口(23、23A)之间串入循环泵(34、34A)组成水箱，也可在直接自然循环集热水箱(31A)基础上串入循环泵(34、34A)组成的水箱。
[0072]四种保温水箱(31/31A/31B/31C)分别与集热器(30)通过连接管(32、33)，连接成间接自然循环集热热水器、直接自然循环集热热水器、间接强制循环集热热水器、直接强制循环集热热水器。
[0073]水箱内外21/21A和15/15A、23/23A、34/34A是水箱两边功能相同的接口、输入管、循环泵，可安装使用其中一对或同时安装使用。
[0074]保温水箱(31/31A/31B/31C)外形有多种，只要符合本发明基本特征，都可使用。
[0075]在保温水箱上通常都设有自来水管(25)，热水输出接口(26)、进排气口、溢流口、排污口、除垢镁棒(24)、水温水位传感器、控制保护显示器等公知的常用功能和接口，可根据需要增设增压泵。
[0076]保温水箱中热水从热水输出接口(26)输出，将多只保温水箱热水输出接口(26)互相连通，其水箱容积和集热面积等于各水箱容积和负载的集热器面积之和，可组成任意规模的自然循环和强制循环热水器和热水系统。
[0077]本发明循环集热方法是:无底真空管吸收的太阳能加热导热液管内液体，在热动力作用下，液体在导热液管-上联集管-保温水箱水中或换热器中-下联集管-导热液管中自然循环，把无底真空管吸收的太阳能导入保温水箱(31/31A)，达到自然循环集热目的；当集热器(30)与水箱相距较远或集热面积过大时，可采用强制循环集热，通过循环泵将真空管吸收的热量导入保温水箱(31B/31C)中。
[0078]图1是端口阻热型一体式液管无底真空集热管示意图，图中导热液管与阻热墙中心孔紧密结合为一体，在真空管与导热液管之间，可设置特制吸热材料，也可不设置。
[0079]图2端口阻热型组合式液管无底真空集热管示意图，图中导热液管通过密封圈与真空管两端阻热墙上中心孔紧密结合，防水、隔热，在真空管与导热液管之间，可设置特制吸热材料，也可不设置。
[0080]图3是直通型组合式液管无底真空集热管示意图。
[0081]图4是吸热板型组合式液管无底真空集热管示意图，图中真空管无吸热涂层，只起保温作用，在吸热板(4)上有吸热涂层，阳光穿透真空管照射到有吸热涂层的吸热板(4)上，吸热板(4)吸收的热量加热导热液管(2)，达到集热目的。
[0082]图1?4四种集热管都可使用，可根据安装使用方便性、可靠性、综合性价比选用。
[0083]图5是液管无底真空管集热器局部剖视图，液管无底真空管集热器是一种通用型金属流道集热器。
[0084]图6是间接自然循环集热水箱局部剖视图，水箱内装有换热器和加压补液消胀器，水箱(31)通过连接管(32)、(33)与集热器(30)连接，组成间接自然循环液管无底真空管热水器。
[0085]图7是直接自然循环集热水箱局部剖视图，水箱内未装有换热器和加压补液消胀器装置，水箱(31A)通过连接管(32)、(33)与集热器(30)连接，组成直接自然循环液管无底真空管热水器。
[0086]图8是间接强制循环集热水箱局部剖视图，水箱内装有换热器、加压补液消胀器，水箱底座内装有循环泵，水箱(31B)通过连接管(32)、(33)与集热器(30)连接，组成间接强制循环液管无底真空管热水器。
[0087]图9是直接强制循环集热水箱局部剖视图，水箱内无换热器、加压补液消胀器，水箱底座内装有循环泵，水箱(31C)通过连接管(32)、(33)与集热器(30)连接，组成直接强制循环液管无底真空管热水器。
[0088]图10?图13是本发明四种不同集热方法的热水器连接图。
[0089]图14是管形换热器保温水箱局部剖视图，
[0090]图15是螺旋管换热器保温水箱局部剖视图。
[0091]图16?图20是本发明部分应用实施例，其中:
[0092]图16是小型单组坡面水箱落地式液管无底真空管热水器外形图，有间接/直接自然循环和强制循环四种类型，其水箱容积600L以内，集热面积在8平方米以内，多台热水器
可并联，主要用于家庭。
[0093]图17是中型多组坡面水箱落地式液管无底真空管热水器外形图，有间接/直接自然循环和强制循环四种类型，其水箱容积1200L以内，集热面积在15平方米以内，多台热水器可并联，规模不限，主要用于别墅、小型服务业。
[0094]图18是大型多组坡面水箱落地式液管无底真空管集热系统外形图，有间接/直接自然循环和强制循环四种类型，其单机水箱容积3000L以内，集热面积40平方米以内，可多机并联，规模不限，主要用于各种规模的集中集热系统。
[0095]图19是围墙围栏型水箱落地式液管无底真空管集热系统外形图，有间接/直接自然循环和强制循环四种类型，其单机水箱容积3000L以内，集热面积40平方米以内，可多机并联，规模不限，由于真空管高度与围墙围栏相近，组成的围墙围栏外形好，且真空管不怕日晒雨淋，是较理想的围墙围栏，特别是流动的施工现场，围墙围栏都是临时性，采用围栏围墙式太阳能集热系统，在解决施工人员洗浴的同时兼做围墙，一举多得，施工完成后可随人员转移。
[0096]图20是液管无底真空管热水系统水箱并联图，将热水器保温水箱热水输出管
(26)互相连通，热水器水箱容积和集热面积等于各水箱容积和负载的集热器面积之和，以图18、图19为例，将20只3吨水箱热水输出管(26)互相连通，就可组成水箱容积60吨，集热面积700平方米左右的中型集热系统，如果采用自然循环集热水箱(31、31A)，集热系统循环集热不耗电，每年节电万度以上，且安全可靠。
【权利要求】
1.一种水箱落地式液管无底真空管太阳能热水器，由液管无底真空管集热器与落地式保温水箱连接组成，其特征是:液管无底真空管集热器中导热液管(2)从无底真空管中心穿过，导热液管(2)上端通过上液管连接器(5)与上联集管(6)连通，下端通过下液管连接器(8)与下联集管(7)连通，加热器(10)设在下联集管(7)上，保温层(11)位于上下联集管(6、7)与外罩(12)之间，联集管、保温层、外罩组成集热器上下联箱，连接板(13)与上下联箱连接，组成液管无底真空管集热器(30);间接循环集热保温水箱(31)内换热器(16)安装在水箱内胆(14)下部，换热器(16)上端通过换热器输入管(15/15A)与水箱上端循环液体输入口(21/21A)连接，换热器(16)下端接水箱底部箱底输出口(22)，加压补液消胀器(20)安装在水箱顶部高于集热器(30)的位置。
2.根据权利要求1所述的水箱落地式液管无底真空管太阳能热水器，其特征是:水箱落地式液管无底真空管太阳能热水器种类有间接自然循环集热热水器、直接自然循环集热热水器、间接强制循环集热热水器、直接强制循环集热热水器。
3.根据权利要求1所述的加压补液消胀器(20)，其特征是:加压补液消胀器(20)是一种容积可随内部液体、气体变化的装置，硅胶、橡胶类耐高温柔性袋可做加压补液消胀器(20);加压补液消胀器(20)可做成独立箱，安装在水箱外顶部和集热器上端，通过连接管与液体循环管道上端连通。
4.根据权利要求1所述的换热器，其特征是:换热器种类有环形空芯换热器、管形换热器、螺旋管换热器、水箱夹套换热器，凡具有换热功能并适于在水箱内安装的换热器，不论结构形状如何，都可使用。
【文档编号】F24J2/30GK103925707SQ201310013959
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年1月16日 优先权日:2013年1月16日
【发明者】秦三根 申请人:秦三根