专利名称：太阳能集热管的偏心内管支架及其安装方法
技术领域：
本发明涉及环保能源技术，特别是涉及一种太阳能集热管的偏心内管支架及其安 装技术。
背景技术：
太阳能集热管是太阳能热水器的特殊关键部分，它是收集太阳能与常温水进行 热交换的功能性部件，但传统的太阳能集热管结构，其集热效益欠佳是显而易见的， 即内管外表面圆周上所镀有的集热膜，在实际应用中，仅为朝阳的那一边能起到 集热作用，而背阳的一边几乎起不到集热作用，是被搁置而白白的浪费了。如何能
使集热的内管外表面在360°方向上都能接受阳光直接的和间接的照射，这是问题
的关键所在。
在太阳能集热管背阳的那一边，假设安置一个平面性反射镜，或许稍能改善一 些集热效果，但因没有聚焦效应，集热效果是不会处于最佳状态。而且太阳能热水 器一般都安置在民用居住建筑物的顶层房顶外，通常人们是不会，也不易经常去打 扫，清洗的，日久后外露反射镜上积尘，使反射镜也起不到应有的作用，这就是说， 想外设具有折射聚焦功能结构的反射镜，也是无济于事的。
原本传统的太阳能集热管，外管是无色透明的玻璃管，它与外表面上镀有集热 膜的内管之间是处于同心位置(见图1)，并且相互间被密封，其间还抽为真空状态。 这一切不仅起到了保护内管r表面镀膜层ir作用，也起到了内管集热后，其热 量不易外传反流的隔热作用。人们日常生活中所用的热水瓶，其热水瓶胆外层的内
表面就镀有反射膜。如果将太阳能集热管的外管内表面圆周的一部分(比如在180°范围)也镀有反射膜；由于该反射膜是处于圆弧凹面上，因此具有折射聚焦效应， 用其收集阳光，聚焦后对太阳能集热内管背阳的一边辐照加热，即可解决原先集热 管背阳面不起作用的弊病，从总体上可实现对集热管全面集热的效果，大大提高了 热效率。为了能使外管的，半表面上镀有反射膜21的弧形面，具有一定的受阳光照 射的空间和最佳的折射聚焦效应，则镀有集热膜11的内管须置于偏心位置状态(见 图2)，即外管的中心01与内管的中心02偏离一定的距离E。
通过什么能将内管处于外管内的特定偏心位置上？这就需要至少有二个特殊的 支架，前后将内管稳固地托起夹持。为此对支架的结构设计就有一定的要求，其要 点为
1) 能使内管被稳固地支托起，不失位。
2) 能使内管与外管之间相互处于一个被设定的偏心位置上。
3) 支架本质上是个弹性构件，这其中除了材质因素外；从几何学角度上必须是 具有良好的弹性要素。
4) 支架结构上应尽量减弱热传导的可能性，即不要使内管已集聚的热量反传导 给外管，而流失掉。
5) 支架的结构又能便于以后插置内管和置入支架一次同时完成的可行性，即在 外管内插(放)入内管和支架时不会擦伤外管内壁的反射膜。
6) 支架自身的制造应具有良好的工艺性，便于批量生产。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能使 内管固定于外管内的偏心位置上，能有效减弱内管与外管之间的热传导的，安装时 能避免擦伤外管内壁反射膜的太阳能集热管的偏心内管支架及其安装方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种太阳能集热管的偏心内管支架，其特征在于，所述支架为轴对称的带状长条结构，长带的一端至另一端依次为内管 夹持段、支撑段、外管内卡段、支撑段、内管夹持段，其中二内管夹持段为圆弧(线) 段，其圆弧长度小于^ XRa (内管的外圆半径)，用于夹持(固定)内管；二支撑段
为直线段，直线段的长度为[Rb (外管内壁圆弧半径)-Ra (内管的外圆半径)]至 2[Rb (外管内壁圆弧半径)-Ra (内管的外圆半径)]，支撑段用于支撑内管，使内 管能置于外管内的偏心位置；外管内卡段为圆弧段，其圆弧长度为13JtXRb (外管 内壁圆弧半径)/12至3n XRb (外管内壁圆弧半径)/2，用于卡(嵌)住外管的内 壁。
进一步的，所述支架长带的二 (内管夹持段)顶端设设有凸起结构。 进一步的，所述顶端的凸起结构为冲制小凸包形式。 进一步的，所述顶端的凸起结构为三角形尖角弯头。 进一步的，所述顶端的凸起结构为小矩形弯头。
本发明所述太阳能集热管的偏心内管支架的安装方法，其特征在于，内管和支 架同时插入外管进行安装，安装步骤如下
1) 用可控夹具的收紧锁片夹住支架的二支撑段，使支架的二内管夹持段夹持(固 定)住内管，使支架的外管内卡段呈现一收缩弧形并小于外管内壁的内径；
2) 将内管连同其上的多个已被可控夹具的收紧锁片夹住支撑段的支架一起平行 插入外管内，并确保不擦伤外管内壁的反射膜；
3) 待内管到达设计位置后，放开可控夹具的收紧锁片使支架的外管内卡段(松) 弹开以卡(嵌)住外管的内壁；然后抽出可控夹具，完成整个内管和支架的安装。
利用本发明提供的太阳能集热管的偏心内管支架及其安装方法，由于采用内管 偏心放置，增加了集热管的集热效应；当内管一起装入外管后，内管的偏心支架不 仅夹持了内管，并且被牢牢地卡在外管内壁上，能有效减弱内管与外管之间的热传 导，使内管已聚集的热量不易反传导给外管；而且安装时能避免擦伤外管内壁的反射膜，确保集热管的正常使用。
图1为现有技术中内外管处于同心位置的太阳能集热管结构示意图2为内管置于偏心位置的太阳能集热管结构示意图3为本发明实施例偏心内管的支架的自然状态的结构示意图4A、图4B、图4C、图4D分别为本发明一实施例偏心内管的支架的自然状态 的结构的主视图、俯视图、左视图和立体图5A、图5B、图5C、图5D分别为本发明另一实施例偏心内管的支架的自然状 态的结构的主视图、俯视图、左视图和立体图6A、图6B、图6C、图6D分别为本发明又一实施例偏心内管的支架的自然状 态的结构的主视图、俯视图、左视图和立体图7A为本发明实施例偏心内管、支架和偏心插杆(可控夹具)插入外管时的剖 面示意图7B为本发明实施例拔出偏心插杆(可控夹具)后偏心内管和支架在外管内的 剖面示意图。
具体实施例方式
以下结合
对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于 限制本发明，凡是采用本发明的相似结构、方法及其相似变化，均应列入本发明的 保护范围。
如图3所示，本发明实施例所提供的一种集热管的偏心内管支架，其特征在于， 所述支架为轴对称的带状长条结构，长带的一端至另一端依次为内管夹持段4、支 撑段5、外管内卡段6、支撑段5、内管夹持段4，其中二内管夹持段4为圆弧(线)段，其圆弧长小于兀XRa (内管的外圆半径)，本实施例中为n XRaX 13/18，用于 夹持(固定)内管；二支撑段5为直线段，直线段的长度小于2[Rb (外管内壁圆弧 半径)-Ra (内管的外圆半径)]，直线段的长度大于[Rb (外管内壁圆弧半径)-Ra (内管的外圆半径)]，支撑段用于支撑内管，使内管能置于外管内的偏心位置；外 管内卡段6为圆弧段，其圆弧长为7nXRb (外管内壁圆弧半径)/6，用于卡(嵌) 住外管的内壁；支架长带的二 (内管夹持段)顶端设设有凸起结构。
综合上述所需，支架自然状态的结构为图3所示，当内管一起装入外管后，它 不仅夹持了内管，并且被牢牢地卡(嵌)在外管内壁上，其形状縮如图4A。支架的 材质选定为304不锈钢，表面应涂有特氟龙，不容易传热，使内管已聚集的热量不 易反传导给外管。从图3可见，支架是个对称件，分别是有大小不等的圆弧段和直 线段所连成。对称的圆弧R1、 R2是用来夹持内管的，其圆弧半径值为 R1=R2=0.95Ra Ra—内管的外圆半径值
圆弧R3、 R4、 R5是主要弹性区，起到整个支架的弹性夹持和卡(嵌)在外管内 壁的关键作用，其中
R3=R4"1.05Rb Rb—外管内壁圆弧半径 R5=2Rb
直线段R6、 R7主要起到支托内管作用，当然对整个构件而言，它自身不仅具有 弹性要素，而且也是传递各圆弧段弹力的关键段，其设计长度是由整体机构几何关 系所定。
圆弧段与直线段之间的过渡圆弧为R6:
R6二1.5S S—材料厚度
圆弧段R3、 R4、 R5及R6弧形总长取决于直线支撑段R6、 R7在实际应用中的支 撑角的大小，该角度值，通过实验对比后，确定为100°左右。正常情况下直线支 撑段的延长线应通过被支撑内管的中心，其允差应偏向于朝外管中心一边0102 =E》A
0102 —外管中心与内管中心之间距离 E —外管与内管之间偏心距
A —支架直线段交点与外管中心的距离 为了使支架能在被支起的内管与外管间有稳定的偏心值和支撑的牢固性，不至 于左右晃动，在夹持内管的内管夹持段(弧形爪)的顶端设有小的凸起，这二个小 凸起与支架上大段的弹性弧面顶持，即能起到上述作用，小凸起的结构形式可以是 多样式的，可以冲制小凸包形式(如图4)，也可以是三角形尖角弯头(如图5)，也 可以小矩形弯头(如图6)，总之，其目的是凸起部分与大段弹性圆弧面接触尽量要 小，减小或尽量降低热的传导可能性。
如图7A、图7B所示，本发明实施例所述集热管的偏心内管支架的安装方法，偏 心内管1和支架P用偏心插杆(可控夹具)81同时插入外管2进行安装，安装步骤 如下
1) 用偏心插杆(可控夹具)的收紧锁片80夹住支架P的二支撑段，使支架P 的二内管夹持段夹持(固定)住内管1，使支架的外管内卡段呈现一收縮弧形并小 于外管内壁的内径，其环形空隙K大于3mra;
2) 如图7A所示，将内管连同其上的多个已被偏心插杆(可控夹具)夹住支撑 段的支架一起平行插入外管内，并确保不擦伤内管外圆上的集热膜11和外管内壁的 反射膜21;
3) 如图7B所示，待内管到达设计位置后，放开偏心插杆(可控夹具)的收紧 锁片使支架的外管内卡段(松)弹开以卡(嵌)住外管的内壁；然后抽出偏心插杆
(可控夹具)，完成整个内管和支架的安装。如图7B所示，支架的内管夹持段分别
为360。-訓。x一^ ; 二个支撑段为直线段，各为 360°其中/ 角为<formula>formula see original document page 10</formula>
外管内长段的圆弧段总长为，x2朋兀
360。
以上各式中Ra —偏心内管外圆半径值；Rb—外观内壁半径值；E—内外 管间偏心值；以上各段计算未计各过渡小圆弧段。
权利要求
1、一种太阳能集热管的偏心内管支架，其特征在于，所述支架为轴对称的带状长条结构，长带的一端至另一端依次为内管夹持段、支撑段、外管内卡段、支撑段、内管夹持段，其中二内管夹持段为圆弧段，其圆弧长度小于π×内管的外圆半径，用于夹持内管；二支撑段为直线段，直线段的长度为[外管内壁圆弧半径-内管的外圆半径]至2[外管内壁圆弧半径-内管的外圆半径]，支撑段用于支撑内管，使内管能置于外管内的偏心位置；外管内卡段为圆弧段，其圆弧长度为[13π×外管内壁圆弧半径/12]至[3π×外管内壁圆弧半径/2]，用于卡住外管的内壁。
2、 根据权利要求l所述的太阳能集热管的偏心内管支架，其特征在于，所述支 架长带的二内管夹持段顶端设设有凸起结构。
3、 根据权利要求2所述的太阳能集热管的偏心内管支架，其特征在于，所述顶 端的凸起结构为冲制小凸包形式。
4、 根据权利要求2所述的太阳能集热管的偏心内管支架，其特征在于，所述顶端的凸起结构为三角形尖角弯头。
5、 根据权利要求2所述的太阳能集热管的偏心内管支架，其特征在于，所述顶 端的凸起结构为小矩形弯头。
6、 一种权利要求1所述太阳能集热管的偏心内管支架的安装方法，其特征在于， 内管和支架同时插入外管进行安装，安装步骤如下1) 用可控夹具的收紧锁片夹住支架的二支撑段，使支架的二内管夹持段夹持住 内管，使支架的外管内卡段呈现一收縮弧形并小于外管内壁的内径；2) 将内管连同其上的多个已被可控夹具的收紧锁片夹住支撑段的支架一起平行 插入外管内，并确保不擦伤外管内壁的反射膜；3) 待内管到达设计位置后，放开可控夹具的收紧锁片使支架的外管内卡段弹开以卡住外管的内壁；然后抽出可控夹具，完成整个内管和支架的安装'
全文摘要
一种太阳能集热管的偏心内管支架及其安装方法，涉及环保能源技术领域；所要解决的是集热管内管的偏心支架结构及安装的技术问题；所述支架为轴对称的带状长条结构，长带的一端至另一端依次为内管夹持段、支撑段、外管内卡段、支撑段、内管夹持段，其中二内管夹持段为圆弧段，其圆弧长度小于π×内管的外圆半径，用于夹持内管；二支撑段为直线段，用于支撑内管，使内管能置于外管内的偏心位置；外管内卡段为圆弧段，其圆弧长度为[13π×外管内壁圆弧半径/12]至[3π×外管内壁圆弧半径/2]，用于卡住外管的内壁。本发明具有能使内管固定于外管内的偏心位置上，能有效减弱内管与外管之间的热传导的，安装时能避免擦伤外管内壁反射膜的特点。
文档编号F24J2/05GK101614443SQ200810039719
公开日2009年12月30日 申请日期2008年6月27日 优先权日2008年6月27日
发明者丁鸿年, 俞永祥, 峰 李, 裴仁清, 邓钢锋, 齐小屏 申请人:上海星派能源科技有限公司