自适应太阳能平板集热器的制作方法

本发明属于太阳能低温热利用领域，具体涉及一种自适应太阳能平板集热器。

背景技术：

目前市售的太阳能平板集热器大多不具有自我主动的抗冻能力，在冬季结冰前必须提前采取热水回灌保温、低位放水排空或压缩空气强行吹空等方法来被动防冻。而影响太阳能平板集热器环境适应性的主要因素是其流道结构和组成材料，目前太阳能平板集热器的流道主要为3种管式结构：竖栅型（形似Ⅲ字型）、横栅型（形似三字型）、蛇型（形似S字型）。前两种流道形式是典型的多路等程并行通道，由铜质的集管和排管垂直焊接而成，其力学结构复杂，工艺焊接口较多，所耗材料也较多，导致其生产成本高、难度大，还难以适应急冷急热等工况，更难以适应抗冻结冰等极端工况和气候环境。蛇型流道则属于一种单通道，其流程过长弯道过多，导致它运行阻力较大，系统能动性差，难以适应自然循环的太阳能阳台热水器系统的运行，也不能适应抗冻结冰等气候环境要求。为克服这些缺陷，特对自适应太阳能平板集热器进行了研发。。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是要提供一种自适应太阳能平板集热器，它能自动适应急冷急热等工况时所产生的复杂应力，使其具有冻而不裂、自我主动的抗冻和应急能力。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：它包括边框和板芯，板芯主要由集管和排管连接而成，集管由柔性材料制成，排管由金属材料制成，集管延伸出集管插嘴，排管插进集管插嘴内与之密封配合并与集管连通。由于应用柔性材料来制造集管等非吸热性的流道结构，利用柔性集管良好的塑性和弹性来容纳水冻结时的膨胀体积和张力，以及自动适应急冷急热等工况时所产生的复杂应力，从而实现太阳能平板集热器具有冻而不裂、自我主动的抗冻和应急能力。

进一步地，同一排的排管由两段组成，两段排管通过由柔性材料制成的中续管串接连通。由于集热器内的水受冻结冰时，排管因导热系数高，并处在玻璃盖板下大面积无保温材料保护的位置上，排管受冻最早最快，而且排管两端受集管等热库的影响和诱导，因此，板芯内的水受冻结冰的顺序是从排管中间开始，向排管两端的集管蔓延。一般情况下，水结冰所膨胀的体积会将两端还未冻结的水挤走，从而又不产生过大的挤压应力，而中续管的设置则利用柔性中续管良好的塑性和弹性来容纳水冻结时的膨胀体积和张力，有助于防止水结冰时体积膨胀过快，两端的水未被挤走而导致排管冻裂。

更进一步地，中续管有两种设计方式：第一种是中续管左右两端的管口封闭，中续管的管壁分别向上下两端延伸出若干个与排管一一对应连接的中续插嘴；另一种是中续管上下两端的管口分别与排管连接，中续管的管壁内设有夹层，夹层通过中续管的管道与排管连通。对于第二种涉及方式，为保证中续管的管口有足够的强度与排管密封配合，优选的是夹层顶部与中续管顶部之间、夹层底部与中续管底部之间分别为实心结合部，各实心结合部的长度L不小于中续管长度H的1/4。

进一步地，所述集管插嘴根部的外表面设有加强圆锥，加强圆锥的设置有助于360°提高集管插嘴根部的强度，使集管插嘴根部圆周面上的各处强度均匀。

进一步地，所述集管依次连接有辅助管和过桥管，过桥管穿过集热器的边框，辅助管和过桥管均由柔性或塑性材料制成。辅助管的设置有助于根据设计需要调整太阳能平板集热器的进水口和出水口的位置。过桥管主要用于保护集管和辅助管，利于与蓄水箱等用水器连接，避免集管和辅助管因与边框发生磨损而整根更换，从而降低维修成本。

进一步地，所述集管插嘴的长度M大于或等于集管的外径N。这样即使集管被排管内的冰挤压至完全压扁，也能保证集管的形变量小于集管插嘴的长度，从而保证排管与集管插嘴保持连接，不会脱离。

本技术方案中，为防止排管脱离集管插嘴，它们有以下两种连接方式：一种是排管的两端通过焊接或镦粗设有止脱环，止脱环插进集管插嘴内并卡于集管插嘴与集管的相贯口处，止脱环的设置有利于防止排管从插嘴内脱离。

所述排管与集管插嘴之间设有绝热止脱衬套，绝热止脱衬套呈空心铆钉状并与集管插嘴铆接，绝热止脱衬套的设置不仅有利于防止排管从插嘴内脱离，而且有效避免因排管的金属表面的高温热量直接传递至集管插嘴而导致集管插嘴发生形变和加速老化。

附图说明

图1是本发明中板芯实施例一的结构示意图；

图2是本发明中板芯实施例二的结构示意图；

图3是本发明中板芯实施例三的结构示意图；

图4是本发明中集管的结构剖视图；

图5是本发明中中续管的第一种结构示意图；

图6是本发明中中续管的第二种结构剖视图；

图7是本发明中集管与排管连接的第一种结构示意图；

图8是本发明中集管与排管连接的第二种结构示意图；

图9是本发明中集管与排管连接的第三种结构示意图；

图10是本发明中集管与排管连接的第四种结构示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1和图4所示，本实施例包括板芯，板芯主要由集管1和排管2连接而成，集管1由柔性材料制成，排管2由金属材料制成，集管1延伸出集管插嘴11，集管插嘴11根部的外表面设有加强圆锥12。排管2插进集管插嘴11内与之过盈密封配合并与集管1连通。集管插嘴11的长度M大于或等于集管1的外径N。集管1依次连接有辅助管4和过桥管5，辅助管4和过桥管5均由柔性或塑性材料制成。

实施例二

如图2和图5所示，本实施例是在实施例一的基础上，将同一排的排管2由两段组成，两段排管通过由柔性材料制成的中续管3串接连通。中续管3左右两端的管口封闭，中续管3的管壁分别向上下两端延伸出若干个与排管2一一对应连接的中续插嘴31。

实施例三

如图3和图6所示，本实施例是在实施例一的基础上，将同一排的排管2由两段组成，两段排管通过由柔性材料制成的中续管3串接连通。中续管3上下两端的管口分别与排管2连接，中续管3的管壁内设有夹层32，夹层32通过中续管3的管道与排管2连通。夹层32顶部与中续管3顶部之间、夹层32底部与中续管3底部之间分别为实心结合部33，各实心结合部33的长度L不小于中续管3长度H的1/4。

上述三个实施例中，排管2与集管插嘴11的连接方式有以下四种：

第一种连接方式，如图7所示，排管2的两端分别直接插进集管插嘴11内，并与集管插嘴11过盈配合。

第二种连接方式，如图8所示，排管2的两端通过镦粗设有止脱环21，排管2的两端分别插进集管插嘴11内并与集管插嘴11过盈配合，且止脱环21插进集管插嘴11内并卡于集管插嘴11与集管1的相贯口处。

第三种连接方式，如图9所示，排管2的两端通过焊接设有止脱环21，排管2的两端分别插进集管插嘴11内并与集管插嘴11过盈配合，且止脱环21插进集管插嘴11内并卡于集管插嘴11与集管1的相贯口处。

第四种连接方式，如图10所示，排管2的两端分别插进集管插嘴11内，排管2与集管插嘴11之间设有绝热止脱衬套6，排管2与绝热止脱衬套6过盈配合，绝热止脱衬套6与集管插嘴11过盈配合。绝热止脱衬套6呈空心铆钉状并与集管插嘴11铆接。

本发明中金属排管2可以是铜、铝或不锈钢等薄壁细管，柔性集管1、柔性中续管3可以是硅胶质材或与其性能相似的柔性材料制成的管体。

本发明的抗冻思路是利用太阳能平板集热器流道本身的特殊结构和材料特性，使流道在温度降低时，能够吸纳水冻结时体积的膨胀；而在温度上升冰融化成水时，又能自动恢复原来的形状，并能保证这种功能的多次重复，以保障设备长期运行的安全性。

集热器受冻时，集管1受到的全部相变张力和膨胀体积被统一释放、吸收或容纳在集管1和中续管3的弹性基体里，使集管1自身体积相应膨胀；当集热器受热化冰时，集管1的材料塑性，使集管1恢复自身的正常体积，进而恢复正常的贯通和流畅工作。在实际使用中，排管2先冻结将水挤至集管1，集管1内的水逐渐冻结膨胀并将水挤到太阳能热水器的蓄水箱内，最后集管1内的水完全冻结，而由于集管1采用柔性材料制成，具有弹性，即使集管1内余下的一部分水冻结膨胀也不会导致集管1被胀裂。