专利名称：太阳能热水器集热栅中u型管的排列组合及叠加设计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能热水器，具体地说是一种太阳能热水器集热栅中U型管的排列组合及叠加设计的改进。
背景技术：
众所周知，现有的太阳能热水器多数是倾斜地安装在屋顶上，而对于高层建筑来说，由于屋顶的面积是有限的，每家每户的热水器都安装在屋顶上是不现实的，且这种热水器的集热管和水箱为一体式结构，较为笨重，在屋顶上安装不方便，维修和维护都较为麻烦；再者，这种热水器的上、下水管路很长，会造成大量的热量损失。因此，申请号为200610147392.X的中国专利“分体式太阳能热水器”公开了一种分体式太阳能热水器，其集热器与储水筒为分立部件，储水筒设在室内机中，集热器与储水筒间以连接水管连接，在集热器中各集热管的出水连接管与水泵连接，集热器上设有太阳能电池，太阳能电池与水泵连接。它解决了在屋顶安装一体式太阳能热水器的弊端，其之所以需要在集热器上安装太阳能电池，以该电池为配置在出水管处的水泵供电，以促进水循环，是因为阳台的安装空间有限，集热器一般需要横置在阳台外，集热器内与储水筒内的水不能形成对流，导致储水筒内的水温不高，满足不了家庭用热水的需求。申请号为200610147392.X所公开的太阳能热水器虽然解决了集热器与储水筒热交换缓慢的问题，但是由于需要在集热器上安装太阳能电池和水泵，大大增加了太阳能热水器的成本和售后服务量，不适宜推广使用。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种分体承压式太阳能热水器，它优化了集热栅中U型管的排列组合及叠加方式，将真空管内U型管通过串联的方式形成集热管组，再将几个集热管组的进水管和出水管分别并联在冷交换管和热交换管上，并且使集热栅内并联的进水管的截面积之和接近于冷交换管的截面积，并联的出水管的截面积之和接近于热交换管的截面积，既提高了U型管内水的得热率，也大大提高了U型管内水与储水筒内水的热交换速度。
本发明解决技术问题采用如下技术方案 太阳能热水器集热栅中U型管的排列组合及叠加设计，集热栅固定于阳台围栏的外壁上，在集热栅内上下排列横向安装有12根一端开口的真空管，每根真空管内横向设有1或2根U型管，若干U型管通过弯头在真空管的开口端处串联形成具有一个进水管和一个出水管的集热管组，集热管组的进水管和出水管分别并联在竖向的内径相同的冷交换管和热交换管上，两根交换管各自与储水筒连通，所有真空管的开口端朝向U型管与交换管的连接处，设置一个密封的交换联箱，所述交换联箱将全部真空管的开口端及位于集热栅内的交换管密闭于交换联箱中，所述集热管组设置为6组，每组集热管中U型管的内径相同，6组集热管组出水管的截面积之和S出水管与热交换管的截面积之和S热交换管满足条件S热交换管×95％＜S出水管＜S热交换管。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在 一方面，集热栅横置可以最大限度的利用阳台的安装空间，增加受热面积；另一方面，串联的U型管使水在集热栅内有充分的受热时间，提高得热率，为促进U型管内的热水与储水筒内的水进行充分的对流，本发明将集热栅内并联的进水管的截面积之和设置成接近于冷交换管的截面积，并联的出水管的截面积之和设置成接近于热交换管的截面积，使得U型管内的水与储水筒内的水对流非常顺畅，以便于将U型管内的热水及时充分地对流至储水筒内。
图1为第一实施例中U型管与交换管的连接结构示意图，图中未示意出真空管。
图2为本发明储水筒的安装状态图。
图3为第一实施例真空管与集热栅及交换联箱的连接结构图，图中未示意U型管。
图3A为图3的A-A剖视放大图。
图4为第二实施例中U型管与交换管的连接结构示意图，图中未示意出真空管。
图4A为第二实施例真空管与集热栅及交换联箱的连接结构图，图中未示意U型管。
图4B为图4A的A-A剖视放大图。
图5为第三实施例中U型管与交换管的连接结构示意图，图中未示意出真空管。
图5A为第三实施例真空管与集热栅及交换联箱的连接结构图，图中未示意U型管。
图5B为图5A的A-A剖视放大图。
图中标号1、集热栅，2、储水筒，3、U型管，4、交换管，4-1、冷交换管，4-2、热交换管，5、真空管，6、密封箱体，7、弯头。
以下通过具体实施方式
，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施例方式 实施例1图1、2所示，本发明的太阳能热水器为分体式结构，集热栅1横置于阳台围栏外壁，储水筒2安装于阳台内的墙面上，储水筒通过两根交换管4与集热栅内的U型管3连通，两根交换管并列设置，包括冷交换管4-1和热交换管4-2。
图1、3、3A所示，12根一端开口的真空管5上下排列横向安装在集热栅1中，12根U型管对应横置于12根真空管内，每2根U型管在真空管的开口端通过弯头7串联，形成具有一个进水管和一个出水管的集热管组，进水管位于集热管组的下方，出水管位于集热管组的上方，12根U型管形成6个集热管组，6个集热管组的6个进水管并联在冷交换管4-1上，6个出水管并联在热交换管4-2上。
图3所示，所有真空管的开口端朝向U型管与交换管的连接处，设置一个密封的交换联箱6，交换联箱6将全部真空管的开口端以及位于集热栅内的交换管密闭于交换联箱中，确保真空管内处于真空状态，使U型管内的热量不会散失。
具体实施时，储水筒2可采用双层的中间填充有保温材料的保温筒，U型管可采用内径为6mm的金属管，U型管的外表涂层以及真空管的内表涂层为常规的太阳能集热技术，冷交换管4-1和热交换管4-2可采用内径为15mm的金属管，U型管的进、出水管分别与冷、热交换管焊接连通，经过计算，6根出水管的横截面积之和为167mm2，热交换管的横截面积为176mm2，储水筒内的冷水由冷交换管4-1进入U型管后，吸收太阳能水温升高，水压增加顺着U型管向上流动，进而流入热交换管4-2内，再流入储水筒内，如此循环往复，直至将储水筒内的水加热至很高的温度，这种设计的科学性在于，由储水筒经冷交换管4-1流入U型管内的水温较低，吸收太阳能后温度升高，体积增大，压力增大，而热交换管管的横截面积恰好略大于6根出水管的横截面积之和，一方面保证了U型管内的热水能够顺畅地流入热交换管4-2内，不至于阻塞在U型管内，另一方面也保证了热交换管的热水有足够的压力流入储水筒内，储水筒内的热水不会回流造成热量浪费。
具体使用中，储水筒与自来水管以及用户的用热水管之间的连接可采用常规的热水器的连接方式，也可在储水筒内设置辅助的电加热装置，以便满足阴雨天时用户的热水使用需求。
实施例2图4、4A、4B所示，12根一端开口的真空管5上下排列横向安装在集热栅1中，12根U型管对应横置于12根真空管内，每3根U型管在真空管的开口端通过弯头7串联，形成具有一个进水管和一个出水管的集热管组，进水管位于集热管组的下方，出水管位于集热管组的上方，12根U型管形成4个集热管组，4个集热管组的4个进水管并联在冷交换管4-1上，4个出水管并联在热交换管4-2上。再将8根U型管分成2个集热管组，每4根U型管通过弯头串联形成具有一个进水管和一个出水管的集热管组，两个集热管组分别横置于上述的第2、3、4、5和第8、9、10、11根真空管内，就是说，对于这8根真空管而言，每根真空管内都叠加横置有两根U型管，叠加的这两个集热管组的进水管和出水管也分别并联在冷交换管4-1和热交换管4-2上，因此，冷交换管和热交换管上分别并联有6根进水管和6根出水管，保证了进水管的截面积之和接近于冷交换管，出水管的截面积之和接近于热交换管，其余同实施例1。这样设置的目的在于，对于安装空间有限的阳台围栏外壁来说，所安装的集热栅的大小和真空管的数量都是有限的，这种设置就提高了U型管的得热率，同时也能保证U型管内的水与交换管内的水有很高的交换速度。
实施例3图5、5A、5B所示，12根一端开口的真空管5上下排列横向安装在集热栅1中，12根U型管对应横置于12根真空管内，每4根U型管在真空管的开口端通过弯头7串联，形成具有一个进水管和一个出水管的集热管组，进水管位于集热管组的下方，出水管位于集热管组的上方，12根U型管形成3个集热管组，3个集热管组的3个进水管并联在冷交换管4-1上，3个出水管并联在热交换管4-2上。再将6根U型管分成3个集热管组，每2根U型管通过弯头串联形成具有一个进水管和一个出水管的集热管组，3个集热管组分别横置于上述的第2、3和第6、7以及第10、11根真空管内，就是说，对于这6根真空管而言，每根真空管内都叠加横置有两根U型管，叠加的这3个集热管组的进水管和出水管也分别并联在冷交换管4-1和热交换管4-2上，因此，冷交换管和热交换管上分别并联有6根进水管和6根出水管，保证了进水管的截面积之和接近于冷交换管，出水管的截面积之和接近于热交换管，其余同实施例1。这样设置的目的在于，对于安装空间有限的阳台围栏外壁来说，所安装的集热栅的大小和真空管的数量都是有限的，这种设置就提高了U型管的得热率，同时也能保证U型管内的水与交换管内的水有很高的交换速度，对于本实施例所叠加的集热管组来说，水在其中的行程较短，因此可提高水循环的速度。
权利要求
1、太阳能热水器集热栅中U型管的排列组合及叠加设计，集热栅固定于阳台围栏的外壁上，在集热栅内上下排列横向安装有12根一端开口的真空管，每根真空管内横向设有1或2根U型管，若干U型管通过弯头在真空管的开口端处串联形成具有一个进水管和一个出水管的集热管组，集热管组的进水管和出水管分别并联在竖向的内径相同的冷交换管和热交换管上，两根交换管各自与储水筒连通，所有真空管的开口端朝向U型管与交换管的连接处，设置一个密封的交换联箱，所述交换联箱将全部真空管的开口端及位于集热栅内的交换管密闭于交换联箱中，所述集热管组设置为6组，每组集热管中U型管的内径相同，6组集热管组出水管的截面积之和S出水管与热交换管的截面积之和S热交换管满足条件S热交换管×95％＜S出水管＜S热交换管。
全文摘要
本发明公开了一种关于太阳能热水器集热栅中U型管的排列组合及叠加设计的方案，将真空管内的U型管先串联再并联在两根交换管上，U型管通过串联的方式形成集热管组，延长了水在U型管内滞留的时间，提高了水的得热率，再通过将几个集热管组的进水管和出水管分别并联在冷交换管和热交换管上，并将出水管的截面积之和设置成非常接近于热交换管的截面积，因此也大大提高了冷、热水的对流速度。
文档编号F24J2/46GK101303174SQ20081012316
公开日2008年11月12日 申请日期2008年6月10日 优先权日2008年6月10日
发明者刘建光 申请人:刘建光