一种可兼容相变蓄热功能的紧凑型液管式真空管热水器的制造方法
【专利摘要】一种可兼容相变蓄热功能的紧凑型液管式真空管热水器，产品种类有相变蓄热和非相变蓄热、一次、二次自然循环集热四种类型，由液管式真空管(1)、保温水箱(2)、多功能联箱(3)、支架(4)等组成，液管式真空管(1)内导热液管(16)上端通过密封圈与保温水箱(2)上的导热液管接口(7)连通，导热液管(16)下端通过密封圈与多功能联箱(3)内联集管(8)流道连通，电热管(9)装在多功能联箱(3)内的联集管(8)流道内，控温风机(18)装在保温水箱(2)上。液管式真空集热管(1)有液管式真空集热管和液管式相变蓄热真空集热管两种，两种集热管具有通用性，可互相兼容、互相替代、可混用。热水器具有防冻、水箱低端水温可调节、高端温度可控制等功能。
【专利说明】一种可兼容相变蓄热功能的紧凑型液管式真空管热水器
【技术领域】
[0001]本发明是太阳能光热领域一种可兼容相变蓄热功能的紧凑型液管式真空管热水器。
【背景技术】
[0002]公知的现有紧凑式热水器种类有全玻璃真空管太阳热水器、全玻璃热管太阳热水器、热管式真空管太阳热水器，其中90%左右都是全玻璃真空管太阳热水器，存在的主要问题是:
[0003]全玻璃真空管太阳热水器的真空管内有占所配水箱容积20%左右的热水无法利用，热利用率低；真空管内易结水垢、易积污，管内水相当于死水，影响水质，防冻难，易冻裂，遇急冷易炸管，真空管破裂漏水，热水器无法使用。
[0004]全玻璃热管太阳热水器，虽然真空管内无水、防冻，由于热管冷凝端是热导率很低的玻璃，传热效率不高，热效率较低。
[0005]热管式真空管太阳热水器将热管冷凝端直接插入水中进行热交换，由于热管冷凝端面积小，表面温度高，易结水垢影响散热，影响热管长期集热效率和使用寿命，且热管综合成本高，性价比低等问题。
[0006]现有各种紧凑式真空管太阳热水器存在的共同问题是:
[0007]1.热水器内电热管外表易腐蚀、易结水垢、电热管损坏后易漏电，且存在无水干烧隐患；
[0008]2.受全玻璃真空集热管结构限制，难以组成水质好的二次自然循环热水器；
[0009]3.受全玻璃真空集热管结构限制，难以在真空管内设置相变蓄热器。
[0010]4.遇热水器水箱缺水或长期不用热水易产生过热，对热水器内各部件伤害大。
【发明内容】
[0011]针对上述问题，本发明提供一种可兼容相变蓄热功能的紧凑型液管式真空管热水器。本发明由液管式真空集热管(I)、保温水箱(2)、多功能联箱(3)、支架(4)等组成，保温水箱(2)和多功能联箱(3)固定在支架(4)上，液管式真空集热管(I)内导热液管(16)上端通过密封圈与保温水箱(2)上的导热液管接口(7)连通，导热液管(16)下端通过密封圈与多功能联箱(3)内联集管(8)流道连通。
[0012]由于导热液管(16)管径较大，保温水箱(2)与多功能联箱(3)之间存在较大的上下高度差，热交换可在导热液管(16)内完成，因而液管式真空集热管(I)吸收的太阳能、相变蓄热器储存的热能和电热管产生的热能，都可通过导热液管(16)内部自然循环进入保温水箱(2)内，保温水箱(2)与多功能联箱(3)外部可接也可不接回路管。
[0013]液管式真空集热管(I)是一种组合式集热管，有液管式真空集热管和液管式相变蓄热真空集热管两种，其中:
[0014]液管式真空集热管由特制真空管(12)、导热液管(16)、导热器(17)等组成，导热器(17)安装在特制真空管(12)内，导热液管(16)从特制真空管(12)和导热器(17)中心穿过；
[0015]液管式相变蓄热真空集热管由特制真空管(12)、相变蓄热器筒(13)、导热板
(14)、相变蓄热材料(15)、导热液管(16)等组成，相变蓄热器筒(13)安装在特制真空管(12)内，导热板(14)位于相变蓄热器筒(13)内外圆之间，相变蓄热材料(15)注入相变蓄热器筒(13)内，导热液管(16)从特制真空管(12)和相变蓄热器筒(13)中心穿过。
[0016]保温水箱(2)种类有一次、二次循环集热保温水箱，其中一次循环集热保温水箱是公知的保温水箱，二次循环集热保温水箱(2)由水箱内胆(5)、夹套换热器(6)、加压补液器(10)、过压保护与消胀器(11)等组成，夹套换热器(6)焊在水箱内胆(5)上，加压补液器
(10)装在高于夹套换热器(6)的水箱内或外，其下端通过连接管与换热器(6)上端连通，过压保护与消胀器(11)安装在加压补液器(10)上，控温风机(18)装在保温水箱(2)上。
[0017]加压补液器(10)是导热介质容器，利用加压补液器(10)内液体与夹套换热器(6)之间高度差，对循环集热系统自动加压和补液，使夹套换热器出)内充满液体，确保热水器安全可靠运行。加压补液器(10)可装在水箱内，也可装在水箱外，其容积大小随热水器集热面积确定，形状随保温水箱结构变化。
[0018]过压保护与消胀器(11)是一种具有自动进排气和自动封闭功能的装置，有多种结构，其基本运行原 理是通过自动进排气消除循环系统热胀、冷缩和过压影响，当循环系统内液体处于稳态时，可自动封闭气液孔，避免循环系统内液体蒸发。
[0019]多功能联箱(3)用于连接各真空集热管(I)，使并联的各液管式真空集热管(I)内导热液管(16)与联集管(8)流道贯通。多功能联箱(3)内联集管(8)采用耐高温、无毒性塑胶材料制造，装在多功能联箱(3)外罩内，电热管(9)装在联集管(8)流道内，用于防冻和调节水箱水温。
[0020]特制真空管(12)是一种一端全开口，另一端底部有孔、导热液管(16)可从真空管中心穿过的全玻璃真空太阳集热管。特制真空管(12)种类包括:管口有阻热墙和导热孔的真空管、直通式真空管和管口略有变化、导热液管(16)可从真空管中心穿过的全玻璃真空太阳集热管。除改进部分外，特制真空管(12)材料、工艺、性能与公知的全玻璃真空太阳集热管相同，技术要求等于和优于国标GB/T17049全玻璃真空太阳集热管标准，并随真空管技术发展而提闻。
[0021]特制真空管(12)优势:一是.组成的液管式真空集热管(I)中导热液管(16)为直管，截面积大，液体循环路径短，液体循环沿程阻力小，自然循环集热效率高；二是在真空管内安装相变蓄热器，不但导热液管(16)占用空间小，可装更多的相变蓄热材料，而且相变蓄热器就近吸热效率高，低辐照太阳能可收集，通过导热液管(16)放热速度快、效率高。
[0022]相变蓄热器由相变蓄热器筒(13)、导热板(14)、相变蓄热材料(15)、导热液管
(16)等组成，导热板(14)位于相变蓄热器筒(13)内外圆之间，相变蓄热材料(15)装在相变蓄热器筒(13)内，导热液管(16)从相变蓄热器筒(13)中心穿过。
[0023]导热液管(16)因不存在焊接问题，可采用特制高热导率铜管、耐腐蚀铝管、铜铝复合管等各种耐高温腐蚀的金属管。
[0024]控温风机(18)装在保温水箱(2)上，通过风管与水箱内胆顶部连通，受温控开关控制，遇保温水箱(2)内温度超过设定的最高温度，无论水箱中有水或无水，都可自动开启风机，把水箱中热能通过进排气管和溢流管排出，达到控制水箱和集热器内温度的目的。控温风机(18)电源可以是市电或太阳能电池供电，也可以是市电/太阳能电池双路供电，采用太阳光伏电池供电，不受市电影响，可靠性更高。
[0025]本发明有益效果是:
[0026]1.与现有全玻真空管热水器相比，真空管内无水，防冻，不存在因急冷和空晒炸管问题，真空管破裂不漏水、不影响热水器正常使用，热水器热水利用率提高20%以上，重量减轻20%左右；与全玻璃热管热水器比，集热效率高，与热管真空管太阳热水器比，液管效率高、成本低，使用寿命长。
[0027]2.组成的二次自然循环集热热水器，生活用水与导热介质隔离，互不影响，水质有保证。
[0028]3.在真空管内设置相变蓄热功能，不改变真空管和热水器外形，不改变连接和使用方法，不占用外部空间，热水器储热能力增加30%以上，或水箱体积、重量减少30%以上，并可限制真空管内最高温度，延长真空管使用寿命。
[0029]4.电热管(9)安装在多功能联箱(3)流道内，有益效果:一是电热管(9)在远低于保温水箱(2)的多功能联箱(3)流道内，即使保温水箱(2)内无水，电热管(9)也不存在干烧问题；二是用于二次自然循环热水器，电热管(9)置身于无腐蚀、无水垢的防冻液中，不腐蚀、不结水垢，使用寿命极长；三是在电热管(9)两端内置温控器可限制电热管加热时最高水温，不存在导致联集管流道过热问题。
[0030]5.新装不用或长期不使用的热水器，只要拧开多功能联箱(3)任意一端接口盖，就可形成上下贯通的空气自然循环，集热管、水箱都不存在空晒过热问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1:本发明二次循环热水器局部剖视示意图1。
[0032]图2:本发明二次循环热水器局部剖视示意图2。
[0033]图3:本发明一次循环热水器局部剖视示意图。
[0034]图4:相变蓄热器局部剖视图。
[0035]图5:液管式相变蓄热真空集热管局部剖视示意图。
[0036]图6:液管式真空集热管局部剖视示意图。
[0037]图1?图6中编号:1.液管式真空集热管，2.保温水箱，3.多功能联箱，4支架，
5.水箱内胆，6.夹套式换热器，7.导热液管接口，8.联集管，9.电热管，10.加压补液器，
11.过压保护与消胀器，12.特制真空管，13.相变蓄热器筒，14.导热板，15.相变蓄热材料，
16.导热液管，17.导热器，18.控温风机，19.光伏电池。
【具体实施方式】
[0038]图1、图2是本发明二次循环热水器实施例，图中保温水箱(2)在上，多功能联箱(3)在下，分别固定在支架(4)，液管式真空集热管(I)内导热液(16)上端与夹套换热器
(6)上导热液管接口(7)连通，下端与多功能联箱(3)内联集管⑶连通，电热管(9)装在联集管(8)流道内，加压补液器(10)装在保温水箱(2) —侧高于夹套换热器(6)位置，下端与夹套换热器(6)连通，上端接过压保护与消胀器(11)。取下过压保护与消胀器(11)，可从加压补液器(10)上端接口加注导热介质。多功能联箱(3)两端接口使用时封闭，安装维修时可打开排放内部液体和安装电热管(9)。控温风机(18)装在水箱适当位置，通过风管与水箱内胆(5)顶部相连。图1与图2的差别仅在于:图1中的加压补液器(10)和控温风机(18)在保温水箱(2)内的一侧，图2中的加压补液器(10)和控温风机(18)在保温水箱⑵外的顶部,加压补液器(10)、控温风机(18)和向控温风机(18)供电的光伏电池合为一体。
[0039]联集管(8)采用耐高温、无毒性、阻燃塑胶材料制造，具有不腐蚀、不结水垢、保温性能好，更符合热水环境应用所需特性，且适于模具注塑成型，符合大批量生产要求。
[0040]进排气管、溢流管、进出水管、除垢镁棒等都属于公知技术，可装在水箱适当位置。
[0041]图3是本发明一次循环热水器局部剖视示意图，图中保温水箱(2)在上，多功能联箱(3)在下，固定在支架(4)，液管式真空集热管(I)内导热液管(16)上端与水箱内胆(5)上导热液管接口(7)连通，下端与多功能联箱(3)内联集管(8)连通，电热管(9)装在联集管(8)流道内，多功能联箱(3)接口平时封闭，新装不用或长期不使用的热水器，可拧开接口盖自然循环防过热，安装维修时可打开接口盖排放内部水、污垢和安装电热管(9)，控温风机(18)装在水箱一侧适当位置，通过风管与水箱内胆(5)顶部相连；进排气管、溢流管、进出水管、除垢镁棒等都属于公知技术，可装在水箱适当位置。
[0042]图4是相变蓄热器局部剖视示意图，相变蓄热器筒(13)采用高热导率金属材料制造，既是相变蓄热材料(15)的容器，又是导热器；导热板(14)位于相变蓄热器筒(13)内外圆之间，其用途:一是为真空管吸收的太阳能越过相变蓄热材料提供通道，二是将相变蓄热材料分隔成小间隔，以缩短相变蓄热材料(15)到导热板(14)的距离，加大相变蓄热材料与导热板(14)接触面积，减少相变蓄热材料(15)热阻，加速吸热释热，导热板(14)数量根据需要确定。相变蓄热材料(15)用于相变蓄热，其种类很多，可选范围较大，例如石蜡、石蜡复合材料等，凡适于注入相变蓄热器筒(13)，无毒性、相变温度满足使用要求的相变蓄热材料都可使用。导热液管(16)与相变蓄热器筒(13)可以是连体，也可以是分体。
[0043]图5是液管式相变蓄热真空集热管局部剖视示意图，液管式相变蓄热真空集热管是组合管，相变蓄热器装在特制真空管(12)内，导热液管(16)从特制真空管(12)和相变蓄热器中心穿过。
[0044]图6是液管式真空集热管局部剖视示意图，液管式真空集热管是组合管，导热器
(17)装在特制真空管(12)内，导热液管(16)从特制真空管(12)和导热器(17)中心穿过。导热器(17)采用高热导率金属材料制造，作用是将特制真空管(12)吸收的热量直接传送到导热液管(16)上，消除导热液管(16)与特制真空管(12)内管之间空气热阻的影响，导热器(17)形状有翼板式、翅片式、圆筒式，如不考虑成本，相变蓄热器筒(13)是最好的导热器。
[0045]液管式真空集热管和液管式相变蓄热真空集热管结构、连接方法和集热运行方法相同，两种集热管具有通用性，可互相兼容、互相替代、可混用。
[0046]液管式真空集热管(I)与保温水箱(2)和多功能联箱(3)的连接采用插接方法，安装时先将液管式真空集热管(I)内导热液管(16)插入保温水箱(2)上导热液管接口(7)密封圈内，待导热液管(16)下端对准多功能联箱(3)内的导热液管密封圈，插到底即可，拆下时步骤相反。[0047]紧凑型液管式真空管热水器工作原理是:有阳光照射时，特制真空管(12)吸收的太阳能加热导热液管(16)内液体，在液管真空管集热管⑴与保温水箱(2)之间形成自然循环，把特制真空管(12)吸收的热量导入保温水箱(2)热水中保存。
[0048]紧凑型液管式相变蓄热真空管热水器工作原理是:有阳光照射时，特制真空管
(12)吸收的太阳能经导热板(14)传导至导热液管(16)，加热导热液管(16)内液体，当水箱水温低于相变蓄热材料“固-液”相变温度时，相变蓄热器不吸热，特制真空管(12)吸收的太阳能通过导热液管(16)内液体自然循环，将热能导入保温水箱(2);当保温水箱(2)内水温达到相变蓄热材料“固-液”相变温度时，特制真空管(12)吸收的太阳能经相变蓄热器筒(13)内外圆和导热板(14)进入相变蓄热材料(15)内，相变蓄热材料(15)固-液相变过程中大量吸收热能，直至相变蓄热材料(15)完全熔化，在此期间水箱水温基本不变。当相变蓄热材料(15)完全熔化后，相变蓄热器储热达到饱和，不再吸收热量，真空管后续吸收的热量经导热板(14)加热导热液管(16)内液体，通过液体循环进入水箱，水箱水温和相变蓄热器温度随真空管吸收的热量增加而提高。当水箱水温降至低于相变蓄热材料(15)液-固相变温度时，相变蓄热材料(15)通过导热板(14)和导热液管(16)“液-固”相变释放储存的热量，通过导热液管(16)内液体自然循环，将相变蓄热器中储存的热量导入保温水箱(2)热水中，相变蓄热材料(15)随热量释放恢复固化状态，等待下一次重复“固-液”相变吸热、“液-固”相变放热过程。
【权利要求】
1.一种可兼容相变蓄热功能的紧凑型液管式真空管热水器，由液管式真空集热管(I)、保温水箱(2)、多功能联箱(3)、支架(4)等组成，其特征是:保温水箱(2)和多功能联箱(3)固定在支架(4)上，液管式真空集热管(I)内导热液管(16)上端通过密封圈与保温水箱(2)上的导热液管接口(7)连通，导热液管(16)下端通过密封圈与多功能联箱(3)内联集管(8)流道连通。
2.根据权利要求1所述的可兼容相变蓄热功能的紧凑型液管式真空管热水器，其特征是:液管式真空集热管(I)是一种组合式集热管，有液管式真空集热管和液管式相变蓄热真空集热管两种，其中液管式真空集热管由特制真空管(12)、导热液管(16)、导热器(17)等组成，导热器(17)安装在特制真空管(12)内，导热液管(16)从特制真空管(12)和导热器(17)中心穿过；液管式相变蓄热真空集热管由特制真空管(12)、相变蓄热器筒(13)、导热板(14)、相变蓄热材料(15)、导热液管(16)等组成，相变蓄热器筒(13)安装在特制真空管(12)内，导热板(14)位于相变蓄热器筒(13)内外圆之间，相变蓄热材料(15)注入相变蓄热器筒(13)内，导热液管(16)从特制真空管(12)和相变蓄热器筒(13)中心穿过。
3.根据权利要求1所述的可兼容相变蓄热功能的紧凑型液管式真空管热水器，其特征是:保温水箱(2)种类有一次、二次循环集热保温水箱，二次循环集热保温水箱(2)由水箱内胆(5)、夹套换热器(6)、加压补液器(10)、过压保护与消胀器(11)等组成，夹套换热器(6)焊在水箱内胆(5)上，加压补液器(10)装在高于夹套换热器(6)的水箱内或外，其下端通过连接管与换热器(6)上端连通，过压保护与消胀器(11)安装在加压补液器(10)上，控温风机(18)装在保温水箱(2)上。
4.根据权利要求1所述的可兼容相变蓄热功能的紧凑型液管式真空管热水器，其特征是:多功能联箱(3)内联集管(8)采用耐高温、无毒性塑胶材料制造，装在多功能联箱(3)外罩内，电热管(9)装在联集管(8)流道内。
5.根据权利要求2所述的可兼容相变蓄热功能的紧凑型液管式真空管热水器，其特征是:特制真空管(12)是一种一端全开口，另一端底部有孔、导热液管(16)可从真空管中心穿过的全玻璃真空太阳集热管。
【文档编号】F24J2/46GK103968572SQ201310320506
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年7月29日 优先权日:2013年1月31日
【发明者】秦三根 申请人:秦三根