一种带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器的制造方法

文档序号:4655286阅读:192来源:国知局
一种带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器,包括一矩形钢制容器,在矩形钢制容器中填充有复合相变材料,在复合相变材料中包裹有集热管,复合相变材料的上表面安装有吸热板芯,吸热板芯上表面安装有钢化玻璃,在吸热板芯和复合相变材料四周安装有保温材料,复合相变材料的下表面设置有底板,钢化玻璃、吸热板芯、保温材料和底板的四周安装有共同的边框。本实用新型实现了蓄放能密度大、恒温、承压式出水、传热效率高的目的,可用于阴雨天气及电力移峰填谷。
【专利说明】一种带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于太阳能相变【技术领域】,涉及一种带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器。
【背景技术】
[0002]当前,由于安全性较高、不易碎、承压能力强、单位有效采光面积大等优点,平板太阳能热水器相对真空管太阳能热水器更适于目前人们对热水器的使用要求,且平板太阳能热水器易于安装,与建筑浑然成为一体,有着广泛的应用前景。
[0003]现有平板热水器大多采用显热蓄放能,传热速率太低,储能密度小,即使采用相变也大多采用热管气液相变,因密封难、成本高、热损大等缺点,实施相对比较困难。
[0004]相变材料特别是有机相变材料(如石蜡或聚丙三醇),因其高的相变潜热、合适的相变温度、无过冷现象、无毒低成本、稳定、来源广泛等优点,而被广泛用于建筑蓄能、太阳能热发电、航空、制冷等领域中。
[0005]在平板太阳能热水器加装有机相变材料,能够极大的提高蓄放能容量以及密度,提高传热速率,实现热水的稳定和恒温供应。但采用有机相变材料,导热率低,蓄放能效率低,有一定体积变化。
实用新型内容
[0006]本实用新型提供了一种带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器,解决了现有技术中存在的太阳能集热器能量利用率低、适用范围小、重量过大,无法有效解决在阴雨天使用热水的问题。
[0007]本实用新型所采用的技术方案是,一种带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器,包括一矩形钢制容器,在矩形钢制容器中填充有复合相变材料,在复合相变材料中包裹有集热管,在复合相变材料的上表面安装有吸热板芯,吸热板芯上表面安装有钢化玻璃,在吸热板芯和复合相变材料四周安装有保温材料,复合相变材料的下表面设置有底板,钢化玻璃、吸热板芯、保温材料和底板的四周安装有共同的边框。
[0008]本实用新型的特点还包括:
[0009]集热管的结构是,包括蛇形的平直段和弯管段,在平直段外表面间隔安装有多个翅片,在平直段内腔中沿轴心设置有扭带。
[0010]翅片的形状选用矩形、圆形、锯齿状、纵向翅片或横向翅片,且翅片间有间距。
[0011]扭带选用单扭带、双扭带、三扭带、四扭带、锯齿扭带及其各种改型;扭带上设置开孔、翼片、锯齿、圆柱状扰流物或圆球状扰流物。
[0012]扭带不仅含有一根扭带,根据加热热水时间要求不同,还包括旋向相反的并排放置的双扭带、三扭带或四扭带。
[0013]吸热板芯通过压板与边框固定,钢化玻璃通过密封胶条与边框固定。
[0014]钢化玻璃为双层,透明,单层厚度大于3mm,双层之间留有一定间隙,抽成真空组成模块,玻璃内表面涂有减反射涂层。
[0015]矩形钢制容器安装有膨胀节和泄压阀。
[0016]复合相变材料中安装有辅助电加热丝。
[0017]吸热板芯与复合相变材料采用导热硅脂进行粘合。
[0018]本实用新型的有益效果是,具体特点包括:
[0019]I)复合相变材料模块通过膨胀节和泄压阀减少体积变化引起的压力变化,提高容器承压能力;
[0020]2)复合相变材料模块中间埋有加热丝,由于相变材料的蓄放能特性,可对电力进行“移峰填谷”,用于阴雨天气的热水供给,节省电能,大大提高能源的利用率;
[0021]3)集热管外表面的翅片可增加集热管外传热面积,膨胀石墨或纳米材料掺杂到石腊中可以提闻石腊导热率;
[0022]4)集热管内采用扭带强化传热,减少管内热阻,可极大的提高管内对流传热速率,自然对流时效果更佳;
[0023]5)承压式出水、蓄放能能力大、集热效率高,温度稳定,储能密度大;
[0024]6)省去传统的水箱,即热即用,防冻及防过热;模块化结构,方便组装,简单可靠,维修方便,承受压力高。
【专利附图】

【附图说明】
[0025]图1为本实用新型太阳能相变热水器的结构示意图;
[0026]图2为本实用新型太阳能相变热水器中的集热管结构示意图;
[0027]图3为本实用新型中集热管外表面的翅片结构示意图;
[0028]图4为本实用新型中典型的矩形截面单扭带的示意图;
[0029]图5为本实用新型中矩形截面双扭带侧视图;
[0030]图6为本实用新型中矩形截面双扭带俯视图;
[0031]图7为本实用新型中菱形截面双扭带侧视图;
[0032]图8为本实用新型中椭圆截面双扭带侧视图;
[0033]图9为本实用新型中三扭带侧视图;
[0034]图10为本实用新型中三扭带俯视图;
[0035]图11为本实用新型中四扭带侧视图;
[0036]图12为本实用新型中四扭带俯视图;
[0037]图13为本实用新型中加三角形翼片单扭带侧视图;
[0038]图14为本实用新型中加三角形翼片双扭带侧视图;
[0039]图15为本实用新型中加矩形翼片单扭带侧视图;
[0040]图16为本实用新型中加矩形翼片双扭带侧视图;
[0041]图17为本实用新型中加三角形并列翼片单扭带侧视图;
[0042]图18为本实用新型中加三角形并列翼片双扭带侧视图;
[0043]图19为本实用新型中加空肋条双扭带侧视图;
[0044]图20为本实用新型中加孔双扭带侧视图一;
[0045]图21为本实用新型中加孔双扭带侧视图二 ;[0046]图22为本实用新型中加孔双扭带侧视图三;
[0047]图23为本实用新型中锯齿形扭带侧视图;
[0048]图24为本实用新型中锯齿形扭带俯视图。
[0049]图中,1、钢化玻璃,2、密封胶条,3、吸热板芯,4、压板,5、边框,6、复合相变材料,7、集热管,8、保温材料,9、底板,10、翅片,11、扭带。
【具体实施方式】
[0050]参照图1,本实用新型装置的结构是,包括一矩形钢制容器,该矩形钢制容器设置有膨胀节和泄压阀,在矩形钢制容器中填充有复合相变材料6,在复合相变材料6中穿有集热管7,在复合相变材料6的上表面安装有吸热板芯3,在吸热板芯3上表面安装有钢化玻璃1,在吸热板芯3和复合相变材料6四周安装有保温材料8 ;在复合相变材料6的下表面设置有底板9,钢化玻璃1、吸热板芯3、保温材料8和底板9的四周安装有共同的边框5,吸热板芯3通过压板4与边框5固定,钢化玻璃I通过密封胶条2与边框5固定。
[0051]钢化玻璃I用于透过太阳能,起到安全防护的作用,在钢化玻璃I下面是吸热板芯3,吸热板芯3下面是复合相变材料6,带翅片和扭带的集热管7置于复合相变材料6中,在吸热板芯3和复合相变材料6外侧安装有保温材料8,通过压板4、密封件2和底板9,将吸热板芯3和复合相变材料6固定在边框5内。
[0052]复合相变材料6选用现有技术中的石蜡(或聚丙三醇)中掺杂高导热率石墨(或纳米材料)(或石蜡与聚丙三醇的任一比例混合物添加石墨或纳米材料)。复合相变材料6采用矩形钢制容器盛装,矩形钢制容器安装有膨胀节和泄压阀,用于缓解相变材料体积变化所带来的压力变化。复合相变材料6中还安装有辅助电加热丝,用于阴雨天气的加热及电力的“移峰填谷”。
[0053]复合相变材料6的基体为适合于低温蓄热的相变潜热大的单一石蜡或聚丙三醇或这两者的任一比例混合物,熔点为40°C?70°C。在相变材料基体中添加膨胀石墨或纳米材料氧化铜、二氧化硅、三氧化二铝、碳纳米管、石墨烯,蓄放能密度大,温度恒定,热导率闻。
[0054]吸热板芯3上涂有选择性吸收涂层。吸热涂层为吸收率高、反射率低的选择性吸收涂层(采用真空磁溅射镀膜法制备的Mo/Al203,Ni/Ni0,Co/Ag,Cr/Cr203,Ni/Cr,Ni/Si02)。
[0055]吸热板芯3与复合相变材料6采用导热硅脂进行粘合,以减少接触热阻。辅助电加热丝缠绕在集热管7的弯头处或者直接置于复合相变材料6中。
[0056]底板置于保温材料底部用于固定热水器。
[0057]集热管7中流经的换热工质为防冻液、导热油或水。
[0058]保温材料8为聚氨酯或石棉或酚醛泡沫或硅酸铝或软瓷。
[0059]钢化玻璃I为双层,透明,单层厚度大于3_,双层之间留有一定间隙,抽成真空组成模块,玻璃内表面涂有减反射涂层。
[0060]如图2,集热管7的结构是,包括蛇形的平直段和弯管段,在平直段外表面间隔安装有多个翅片10,翅片10的形状选用矩形、圆形、锯齿状、纵向翅片或横向翅片,且翅片间有间距,如图3 ;在平直段内腔中沿轴心线设置有扭带11。
[0061]扭带11的设置根据需要选用单扭带、双扭带、三扭带、四扭带、锯齿扭带及其各种改型,扭带选用传统的长扭带、短扭带以及等间距分置的扭带;扭带上设置开孔、翼片、锯齿、圆柱状扰流物或圆球状扰流物;扭带不仅含有一根扭带,根据加热热水时间要求不同,还包括旋向相反的并排放置的双扭带、三扭带或四扭带。
[0062]实施例列举以下几种,每个图均给出了一个节距的结构示意图:
[0063]如图4,为典型的单扭带形状;
[0064]如图5、图6,为矩形截面双扭带形状;
[0065]如图7,为菱形截面双扭带形状;
[0066]如图8,为椭圆截面双扭带形状;
[0067]如图9、图10,为三扭带形状;
[0068]如图11、图12,为四扭带形状;
[0069]如图13,为加三角形翼片单扭带形状;
[0070]如图14,为加三角形翼片双扭带形状;
[0071]如图15,为加矩形翼片单扭带形状;
[0072]如图16,为加矩形翼片双扭带形状;
[0073]如图17,为加并列三角形翼片单扭带形状;
[0074]如图18,为加并列三角形翼片双扭带形状;
[0075]如图19,为加空肋条双扭带形状;
[0076]如图20、图21、图22,为加孔双扭带形状;
[0077]如图23、图24,为锯齿形扭带形状。
[0078]本实用新型装置的工作原理是,在集热管7外利用金属材料的翅片10增加传热面积,并通过在石腊中惨杂膨胀石墨(或纳米材料)提闻石腊(或聚丙二醇)的导热率形成闻效复合相变材料。在集热管7外通过复合相变材料蓄能,需要时放能至管壁,再通过管壁传给管内的工质。在集热管7内通过扭带11,提高了管内中心区与主流区流体的置换强度,减薄热边界层,减少污垢沉积,使温度更为均匀分布,增加流动路径和有效传热温差,提高工作介质的湍流度,从而极大提高管内的对流传热速率。在自然对流情况下,还能增加工作介质的循环速度。另外本实用新型为了解决石蜡相变材料的体积膨胀问题,设置有膨胀节和泄压阀,使矩形钢制容器的承压能力得到进一步加强。有效解决了太阳能受昼夜、季节以及雨雪天气等因素的影响等表现出的间断性和不稳定性问题。能够在获得太阳能期间进行储热,又可以在间断期将所储热量释放供应使用。另外还可以通过复合相变材料在夜间进行低价电的蓄能,白天放能以提供商用或生活热水,达到对电力进行移峰填谷的效果,进行电力的梯级利用,达到节能的效果。
【权利要求】
1.一种带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器,其特点是:包括一矩形钢制容器,在矩形钢制容器中填充有复合相变材料(6),在复合相变材料(6)中包裹有集热管(7),在复合相变材料(6 )的上表面安装有吸热板芯(3 ),吸热板芯(3 )上表面安装有钢化玻璃(I),在吸热板芯(3)和复合相变材料(6)四周安装有保温材料(8),复合相变材料(6)的下表面设置有底板(9),钢化玻璃(I)、吸热板芯(3)、保温材料(8)和底板(9)的四周安装有共同的边框(5)。
2.根据权利要求1所述的带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器,其特点是:所述的集热管(7)的结构是,包括蛇形的平直段和弯管段,在平直段外表面间隔安装有多个翅片(10),在平直段内腔中沿轴心设置有扭带(11)。
3.根据权利要求2所述的带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器,其特点是:所述翅片(10)的形状选用矩形、圆形、锯齿状、纵向翅片或横向翅片,且翅片间有间距。
4.根据权利要求2所述的带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器,其特点是:所述的扭带(11)选用单扭带、双扭带、三扭带、四扭带、锯齿扭带及其各种改型;扭带(11)上设置开孔、翼片、锯齿、圆柱状扰流物或圆球状扰流物。
5.根据权利要求4所述的带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器,其特点是:所述的扭带(11)不仅含有一根扭带,根据加热热水时间要求不同,还包括旋向相反的并排放置的双扭带、三扭带或四扭带。
6.根据权利要求1所述的带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器,其特点是:所述的钢化玻璃(I)为双层,透明,单层厚度大于3mm,双层之间留有一定间隙,抽成真空组成模块,玻璃内表面涂有减反射涂层。
7.根据权利要求1所述的带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器,其特点是:所述的矩形钢制容器安装有膨胀节和泄压阀。
8.根据权利要求1所述的带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器,其特点是:所述的复合相变材料(6)中安装有辅助电加热丝。
9.根据权利要求1所述的带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器,其特点是:所述的吸热板芯(3)与复合相变材料(6)采用导热硅脂进行粘合。
10.根据权利要求1所述的带翅片管及扭带强化的太阳能相变热水器,其特点是:所述的吸热板芯(3 )通过压板(4)与边框(5 )固定,钢化玻璃(I)通过密封胶条(2 )与边框(5 )固定。
【文档编号】F24J2/34GK203744580SQ201420074784
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】洪宇翔, 杜娟, 徐培聪 申请人:丽水学院
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