横卧式窗楣外吊挂型热管太阳能热水器的制作方法

专利名称：横卧式窗楣外吊挂型热管太阳能热水器的制作方法
技术领域：
本实用新型所涉及的是太阳能热水器的技术领域，特别是涉及到了一种独有的横 卧式窗楣外吊挂型热管太阳能热水器。
技术背景现行设备技术水平限制着太阳能热水器的更大范围普及现行市场上所销售的各种品牌、各类款式的集热管式太阳能热水器，除了极个别 的品牌带有什么“阳台壁挂”类，结构稍有一点点款式方面的变化之外，其余基本上是千篇 一律的三角托架式结构，再就是管长、管短也或许就是管数量上的多少变化了。其结构特点 均为斜立式竖排管、三角形托架、圆型保温储水桶倒卧在集热管排上边，而且必须都得是 安装于用户所居住的楼顶上部平台或是骑在房脊梁顶尖处，还必须得又拴、又绑的方能正 常使用；其上、下水管道要么从住户楼单元卫生间的排气孔走管，要么就是在楼顶房沿贴外 墙皮直接下探至住户窗口再穿孔拐进室内；北方冬季还必须要对裸露在户外的走水管道做 些相应的保温处理，否则不仅要丢失热量不说还将有可能冻坏上、下水管路，至使其再也无 法正常使用。现代大、小城市都有如此特色远远地看着带有各种造型、五颜六色挺漂亮的 房子，可安装在楼顶上的太阳能热水器却是左一条、右一流，东一台、西一排纷乱繁杂有些 极不雅观。现如今，土地资源可是有限的，那是寸土寸金呐！就连国家都在鼓励农民工进 城，来缓解农村人、粮争地的不利局面；而城市里面也更是惜土如金，为啥大城市里的楼房 越盖越高哇？！还不是因为土地的金贵嘛！楼顶上的面积终归是有限量的！无论它是平顶 楼房还是尖顶的起脊式建筑，每栋楼倘若全楼家家户户要都想一齐安装起现行的太阳能热 水器来还真的没那么大的地方放置；即便整个单元卫生间内排气孔的口径预留的再粗实， 也无法满足日益飞速发展着的、人们在经济与生活等方面对新能源的需求。再有一点，居民 住宅建筑现在是越建越高，也更越发地不适宜安装上述款式太阳能热水器！原因不单单是 楼顶面积上装载容量成问题，而是高层楼房向下引水管太过超长，材料成本也会上升、管长 热量丢失的也会更加严重，还必须要考虑储水桶总容量与输水管内水存量之间互占百分比 例等，这些问题都说明了老款式结构的太阳能热水器并不适合现代社会发展进程中，人们 日益繁荣、富庶生活对新能源需求愿望方面的某些特点。虽然，市场上现存的各品牌的太 阳能热水器其产能是早已满足了市场供应，可由于其不尽合理的技术结构特点的限制，导 致了上述此类产品在市场需求的过早饱和，相对应的矛盾则表现出是几乎是百分之九十 以上的高层住宅，根本没有办法安装此类太阳能热水器，这又从何谈起要实现全民的普及 呢？！新式的环保型、不污染，又不消耗地球上任何资源的太阳能热水器，这类可集约型又 极有发展前景的新能源技术，在民众日常生活中进一步的广泛运用，真的再也难以实现更 高的普及率了！综上所述，由于现行的太阳能热水器技术只能将设备安装于用户所居住的屋顶 处，其引水管必须下垂至所属楼层后，进窗口或走风道入卫生间使用；而城市发展住宅楼是 越建越高，楼顶与风道内早已是拥挤不堪且高楼层会因引水管过长使热量丢失严重；楼顶安装太阳能热水器纷乱繁杂、管路左右拉扯，严重影响着城市的形象；这些都极不利于新能 源技术今后在更大范围的推广普及。改进旧技术，开发出实用性更好的新产品。
发明内容本实用新型的目的就是针对上述所存在问题，提出横卧式窗楣外吊挂型热管太阳 能热水器技术方案，将新款太阳能热水器横卧吊挂安装在用户自家居室朝阳面的窗楣外， 其上、下水管路直接由窗口进入室内，完全避免热量的散失，提高设备利用率，还方便维修; 取消三角支架结构和户外水管，也相应降低生产成本；从此不再挤占屋顶和风道空间；又 归还原有城市现代化楼阁的靓丽形象；更适宜于在各类高、低层建筑上的安装应用。横卧式窗楣外吊挂型热管太阳能热水器，就是我本人在仔细研究了各款式三角支 架结构集热管式太阳能热水器的基础上，结合各类产品所存在的各种问题几经改进而设计 出来的。首先，我直接取消了老款式太阳能热水器的三角支架结构，继续采用日臻成熟的全 封闭保温储水桶及Φ47玻璃集热管技术。并彻底一改只能在屋顶设置安装热水器，为每 家每户居室朝阳面的窗楣外横卧式吊挂安装。只因其位置的这一改变，大量的、每家每户 最少得保留两根以上、跨楼层间的上、下水管路和溢流管，就缩减成仅剩下一根极少量室内 的上、下水管路了，真正完全地实现了无户外水管的总目标，如此一来使其结构变得更加简 单实用，工作性能可靠。而新设备的安装方法就类似于安装分体式空调室外机一样；只不 过那空调室外机是围绕着住户窗口的上、下、左、右或是阳、阴两面的不固定位置；我们热水 器的具体位置必须是要选择在所有房屋的朝阳一面，窗楣外居中的地方吊挂安装。要特别 注意的是应当尽量做到一幢楼、一面墙壁必须得是上、下齐刷刷的一流窗口，又对应着一 流大、小一致，排列整齐的新款太阳能热水器为好！那样即不影响市容、市貌有碍观瞻，又 不会牵涉上、下楼邻里之间相扰滋生矛盾。之所以我们如此定位，是考虑几方面因素才确 定的一、现代建筑结构多数都是采用轻体保温建材填充墙体，而此类墙材大多数为中空不 能承重、载重，老百姓土话叫“不吃钉儿”，这样的墙面是难以负担这几百公斤重量的储水桶 的。只有窗楣上方的圈梁、过木亦或框架结构横梁才有可能叼得住膨胀螺栓，承受得住如此 大的重量，这样的设计我们认为应该是安全系数属最高值；二、窗楣处它也是每家每户居室 内部层隔举架的最高之巅喽！最适宜拴挂水箱增加水压，水都是往低处流的嘛！这样才好 维系居家日常生活中，洗漱、洗浴起码的压力要求；再者无论阴天还是晴天，窗楣处都会因 其朝阳背风、墙面反射热力强的关系，此处温度任何时候是都会远高于楼顶露台处，这更有 助于使集热管发挥增热功效、相应提高着热水器工作效率的！对于我们北方地区来说，朝 阳的窗楣处会比楼顶部相应地要节省一笔设备冬季保温费用呐！如此一来，我们新项目单 就能够完全免除三角支架结构与缩减户外引水管线两项，即节约了一大块设备配套材料， 又降低了装置安装成本；它还不占据屋顶面积影响市容、不挤占通风孔等公共范围的社会 效益；真可谓成本效益好算，社会效益难求呦！更因其适宜安装在各款式高层建筑、普通 楼房、平房等多种类建筑窗楣处，如今可算彻底成为了南、北方通用机型，有望实现家家户 户都得以使用太阳能热水器的总目标。就连一般档次的中、小型旅店、宾馆，小型房间内部 客人的洗漱、洗浴等少量使用热水都可以采用新款太阳能热水器来解决！这一切都充分地 说明我们窗楣外吊挂安装的热管式太阳能热水器适用范围广泛，安装成本低廉，便于在城、乡范围的大力推广和普及。新款太阳能热水器还改进了原有热水器的集热管为四、五十度角斜立式桶下侧掏 孔插管方式，成为沿储水桶两端外表面之圆弧坡形、由上至下，一根挨着一根、横卧式且头 尾一颠一倒的排列集热管的全新手法装置的集热管排。这样的好处是结构十分紧凑、更加 节省空间(弧型面的受光面积应该与展开后同长、宽的平面面积相等)，也便于今后对该设 备的维护、维修工作。相对而言不管横放、竖立是都不会影响其光照强度的；至于集热管 内部的冷、热水对流的问题，自然是横放横流动，竖放为上、下流的；我认为依据水热传导 原理，它永远都会保持单位体积内温度相对平衡的。当然，因为太阳能热水器的集热管与储 水桶结构是密不可分的。储水桶的形状结构也因此需要进行一番新的改造。接着，我来说 说这储水桶的匹配改造问题。为了能更好的节省空间、做到尽量小的影响住户室内自然 光照，还要方便后期设备的维修工作，我们将原有标准圆形的储水桶两端分别打开，取消原 有的端盖，重新制成相互对称的两套、在一侧看其横断剖面呈扇形体——围绕圆形储水桶 横断面的直径切点切线呈九十度角范围做放射状向前、向上两方面走向的“圆角半轴扇面” 型体(详见所在附图Ι-b和I-C或是附图3-a、3-b、3-c中明细)安装在储水桶两端。原有 中间部位标准圆形桶体也以同样大小随之，被拉伸成同型但小一些规格(照比两端稍短点 儿)。同时，要确保大、小两种规格变型部位改造后的相互高差为一百四十七毫米范围以上， 两端扇形体宽不低于三百五十毫米左右，底角与外侧沿为对应弧形，呈中空状，其内部空芯 处与同形桶体中间横连部分的内存水经转向连接成为一体，水位在桶内是呈“U”字形状态。 而集热管就一根挨一根地横向插入这高出来、类似于两个“肩膀头儿”部分的扇形体内部。 每相隔的一根管为同方向，每个朝向各为六根管，两侧估算尺寸满排共计为十二根Φ47型 玻璃集热管。这样才好从储水桶的两头同时对内存水进行加热，避免因桶体太长水温会不 均勻。另外，因为现代楼房所设计的窗户面积是越建越宽大，窗楣处有着足够的长度被加以 充分利用，完全可以满足现行较为普及的一点五米长度的全玻璃真空集热管的配套使用； 当然，对于较小规格尺寸的普通老旧式楼房窗口，也可采用同上类型的短尺寸储水桶并配 套一点二米长的集热管安装使用。对于储水桶的桶形、桶径无论如何改变都要注意保持原 有的总储量不能减少。然而，适当缩减储水桶桶径，其好处是可以减少对住户居室窗口阳光 的遮挡，处理好的话会让人感觉窗楣处并未额外安装东西一般。我觉得将储水桶整体由纯 圆型改造成扇形体为的是充分利用空间，又相对地保持了热水器总的受光面积，还可以简 化实际制造的生产工艺，变相的还是降低成本，是科学合理的。再有，为避免储水桶桶体太 过稍长，桶体中部会形成因重塌腰现象，我们还在储水桶中间底部拦腰加上了一道承重托 架(详见附图2-b、附图3-b中的两处明细)，来确保其满载或是抗御楼体摇晃时，新设备不 会出现任何的问题。下面我着重说明一下集热管是如何与新扇面形储水桶端口相互结合的。前面我们 已经介绍过储水桶两端在九十度夹角放射弧范围内向外拉伸放大出一百四十七毫米的高 度，这一高度去除弧顶部需加保温厚度五十毫米，中间处稍小径桶体(未被加大部位)表面 也同样会敷加保温厚度五十毫米，其它剩余四十七毫米恰好为集热管径尺寸；说白了 抬 高的部位就是专门为插装集热管而设计的(注意预留适当工作空间)。该高伸出部分两侧 立面也是需要增加同等厚度桶体保温层的，所以在预留插管孔位时不用担心扇面型太浅薄 插不住集热管的问题。另外，在集热管的末尾处，我们效仿老旧款式太阳能热水器的处理方法，增设了稳定集热管体的定位硅胶套头，每根管尾端都有一只来确保真空集热管横搁 也是安全的，不会串位、不会脱落。为了防止管排密度过大，间隔强度不足，我们特殊地将集 热管方向安排成为一颠一倒式，这样一来，让管孔间隔增大桶体强度即得以保障、插管孔不 易破损，还实现了集热管在两头同时加热桶内储水，使水温能够更加均衡。我还在储水桶的 底部两端同时增加设计了两只出水口，使我们的新产品用户可以随意选择左、右两侧的水 入户方向，更可以直接用管连通两方面出水口来平衡水温入户。当然，采用横卧插管结构还 有着一项十分重要的意义，那就是要尽可能少地遮挡居室光亮、便于设备维护、维修。我们 大家都知道任何高级设备，没有维护、维修都是一命货、死装备。我们的太阳能装置也是 一样的；现行的老款式太阳能热水器是派人爬上屋顶进行设备维护、维修，而我们新款太阳 能热水器可是吊挂在立面墙上的装备要怎样维修呢？总不能因为换一只集热管就去雇一 台吊车来吧？成本造价太高了！更何况有的高楼层连吊车都够不到位的。新与旧是相对 应着的，高与低也同样是相对应的；高就高在新生事物永远都是要淘汰旧事物的！我们前 述的新款结构为什么非要安排的如此紧凑，其实就是考虑到上述的问题。我在设计新产品 吊挂架时就已经有所安排，储水桶的吊挂架是由两只四十毫米宽角钢特殊焊制而成；每只 架体分为两部分其中一部分是一边角外平面朝内相对，从上到下拉结着三角结构的一端 呈半弧形斜边朝外与底横梁相接，一边角外平面直接贴墙面，以三只直径在十二毫米粗的 膨胀螺栓直接固定在窗楣外墙体上(详见附图l_b、l-c中所标示和附图4-d中放大图)； 另一部分也是用四十毫米宽角钢专门焊制成一边为斜边呈中空状四角长梯形，一边为直角 边，里大、外小(详见附图2-b中两端的图形)，平卧着且要平面朝上、梯形大底边与墙立面 约成四、五度角(就是说整个太阳能装置会有些前翘)的样子；后者大直角边与前者立式 半环状角钢的底横边框开通孔夹加垫圈相互平贴，以两只直径同为十二毫米粗螺栓横向洞 穿连接在一起(注意横梯形平卧角钢架里端不可抵墙，要保持距离；详见附图4-a中的放 大图形内虚线所标画部分)。而新款横卧式太阳能热水器储水桶两端被拉伸、放大的“肩 膀头儿”部分底部平面，就直接担卧并被兜卡在长方梯形的角钢架平台上面(详见说明书 附图Ι-a和2-b中所标画出的状态)。也因要求储水桶内底角为圆弧状，热水器又呈微微 里斜四、五度角的状态贴墙，这角钢架上的两只横向洞穿螺栓的定位是很有讲究的，我们要 求两只螺栓必须得保持一定间距、螺母是被直接焊死在孔洞外立式半圆环型角钢底横梁的 背面；里侧的螺栓、透孔选择在横卧长方梯形最里端取点定位，最好采用固定蝶形头螺杆可 拆卸的连接卡固方式；而靠外侧的另一只螺栓它的定位必须要选择在整个储水桶安装妥定 后，装置空置时的重心点稍稍偏外一点即可(详见附图4-a中放大样)。那一定会有人要问 为什么要如此费番周折呢？这就是设备维修工作的需要我的设计理念是满载着的储水桶 要向里偏重心，这样安全还有利于采光；而当被放空水后的储水桶，连同所有集热管、横置 角钢托架等一饼能够以外侧横穿螺栓为转轴，很轻易地向下面做整体大翻转，变为面朝下 垂的状态。大家知道几十米高的楼房窗楣处是立平面、无法进行攀爬维修工作的，而如果 当我们摘开上水管连接头，使整个太阳能热水器朝下来个九十度大转向——使原本朝上面 的集热管排全部调转朝下方垂吊过来，其整体高度就会降低约四百毫米左右或者更多(储 水桶径越粗高度下降越大)，而且集热管排又是整体都朝向窗口一侧且外浮在装备的表面 处，这时你只要骑在窗台上是不是就完全可以摸得到所有集热管了呢？！这时刻就该任由 你操手维修了！至此，我还专门设计了一款专用的推拉杆来帮助完成这项操作(详见附图3-d图形中所标画出的杆形状)。下面我从头至尾地详述一遍维修换管时的操作过程首 先，让我们排空储水桶内存水，系好安全带站在窗台上面，使专用推拉杆的推头插入吊挂架 平台里侧的预留孔内支承住整个装置，旋松外侧螺栓；注意这里只是旋松，不可拆下！接 着，再旋拆下里侧的另一只蝶形螺杆；然后，以另一只专用推拉杆支承住整个装置，倒换原 已支承着的推拉杆转成勾拉头，最好是能两人配合操作来完成；注意千万别使整个装置呈 猛然落下的危险状态，要一点点地下拉放翻装置；当更换工作全面完成以后，再逐步依上述 方法反推送回整个装置，插入并拧紧后位那只蝶形螺杆，再旋紧前端转轴螺栓；等一切稳固 了之后，开始重新拧接好上水管头，加满水继续使用。其实，这两根螺栓又装又卸的不过就 是利用了两点确定一个平面的道理！当然，有一点大家是不用太担心的，只要我们把握好 定位时“偏心”的一点点，在储水桶内存水被放空后，整个装置就没有太大重量是很容易操 作完成的。 接下来，请允许我向大家来特殊说明我们为什么一定非要选择采用热管太阳能结 构的！大家都知道的大城市的高层楼房是一家挨着一家，一户连着一户地层叠在一起，酷 似蜂巢般的密度，保不齐谁家窗台口处会稍有些不慎，掉下个花盆亦或许是掉个鞋子等类 硬东西，砸坏一根集热管那可就会使储水桶内处于它水位以上的储水全部跑光的；即便是 没东西砸它，有时冷水上急了也可能是要出现炸管问题的。如今咱先往好处着想假设桶内 储存的是凉水，顶多可能给楼下路经此地的人家算是冲个凉水澡了 ！可储水桶内倘若现时 是内存着一下子热水时将会是个什么样的结果呢？我是真的不敢再往下想象了——！也 因此，无论是从安全角度还是长远来看，我觉得采用热管式结构是应该有着十足道理的。 尽管我们知道就目前来说热管式结构的太阳能热水器应用效果不如其它几类集热管结构 的太阳能热水器应用效果好些，成本也算是相对的较高一点，但是，也就因此我们才对热管 结构的集热管进行了一番全面的技术改进。根据我们掌握热管结构的集热管之缺陷不外 乎也就是集热管内管壁与导热管之间是存在着一定的间隙，所以，它没有管内直接带水那 类集热管的导热效果好。然而，现如今它的缺陷又正是我们新技术可利用、改造的优势所 在。那么，如今我们首要将热管体更换成为薄壁金属型，管口处为开口式、管底一头要封闭 好，让储水桶内部凉水可以直接流进管内吸热，但又不会流进玻璃管体内；接着，我们采用 宽约为十五毫米左右的薄铜片(褶绉式更好)，沿其长度走向先以九十度角来折弯五毫米， 使铜片高度降变成十毫米左右且呈现英文字母的“L”形状，做为与热管体平贴着的导热面； 再由玻璃集热管口向内呈螺旋状立式缠绕住热管直至集热管的管底处(详见附图2-a中上 部特别标画的虚线部分)，也就是说薄铜片是以完全填满空隙的高度站立在热管之上，这样 一来薄铜片外沿几乎贴近玻璃内管壁，会最大限度地吸收到由太阳光转化成为的热能，直 接传导给热金属管使热管体温度更高；另外，因为都是横向卧位，铜片螺旋体空隙间上、下 两方面的热、凉气流也会形成微循环体系，向整个导体温度偏低的一侧推动传导热能。还 有，在新款式太阳能热水器安装使用过程中，玻璃体外管易损且能更换，铜螺旋片体与热管 部分将是会终生受益的。所以我相信经过如此一番技术处理之后，其新型热管式集热管在 吸热、导热的效果方面并不会照比其它结构类的集热管有多少逊色之处。当然，这样的处理 结果也会相应地提高新款热管式集热管的制造成本；而我们在减免三角支架与上、下引水 管方面的费用节余，是应该可以弥补回一定量的经济损失的，让我们力争使整个费用收支 达到新的平衡吧！
在所画的附图中，d-a)为主视图、(1-b)、(I-C)分别为左视与右视图；(2-a)为 俯视图、O-b)为仰视图、(2-c)为背视图，我还在俯视示意图(2-a)的上半部图中标画出 了两支新款集热管内部的透视状态示意；在(3-a)、(3-b)、(3-c)三幅图中，所标画的就是 整个装置主视图形(Ι-a)在其自身的“A-A— ”、H ”、“C-CT ”三个部位处分别特意做出的 横断剖解明细示意，而我在(3-d)中画的是一支维修设备专用的推拉杆样式结构示意图； 在附图(4-a)中标画出的为热水器左端的一支专用吊挂架侧面正视放大样，旁边的圆形图 (4-d)内特殊介绍的是其在热水器整体结构中的位置；至于图和(4-c)是该吊挂架 上面的两只洞穿螺栓在“E-E— ”、“F-Γ，，两处剖视断面展开的状况；在附图(5-a)、(5-b)、 (5-c)、(5-d)四幅图上勾画出的是一整幅窗口吊挂横卧式太阳能热水器的平面效果。
具体实施方式
下面再我结合附图来介绍我们的项目具体实施方式
。在附图主视图形(Ι-a)上方 处于最高位置的，是两端圆角半轴扇面形体3上安置着的两只弯勾形排气、溢流孔管1 (也 称之为溢流孔)；应该注意此孔口最好设置成朝墙面方向，也好使其溢流出的气或水尽量 不要流到楼下过路人的头顶上面。而中间部位条状的就是横向一颠一倒状态卧插着的集热 管2 了 ；隐藏在它们后边的是储水桶体略微瘦小一些的中间连接部分8，因为不是直接暴露 在前面的东西，我只好以虚线做出标示。4则是两条由螺丝、螺母、宽扁带三部分材料构成， 能将储水桶两端扇面形体3直接卡固在可旋转九十度角的专用吊挂架上面的金属卡箍带； 5是由近三角体立挂、梯形平卧两部分组合构成，均用四十毫米宽角钢分体焊制成型的、带 可绕吊轴旋转九十度角功能的专用吊挂架，两头各有一只；6是设置在储水桶最底低处、左 右各一的，两只出、上水口接头，可以采用软、硬短接管方式连接至窗口处预留的进户管管 头上，引水出、进屋内；7是为防止储水桶会因重塌腰，在储水桶底平面、正中央处的墙壁上 增加一只带蝶形螺栓和中空滑道、可调节伸缩长度的承重托架。
权利要求1.一种横插集热管连同储水桶吊挂安装在居室朝阳面窗楣外部的新型热管式太阳能 热水器；其特征是将储水水桶(8)两端改造拉伸成圆底角的扇面形(3)；高出整个桶体 (8)中间部位部分的扇面形C3)两头内侧立平面被用来一颠一倒的横向排插集热管O)；以 角钢分体焊制的两只一端固定于墙面、另一端可向下翻转九十度角的专用吊挂架(5)，将改 造后的、两端呈扇面形体C3)和中间连接部分储水水桶(8)，采用宽扁金属带(4)及螺丝、螺 母结构直接兜卡在专用吊挂架( 可翻转部分的平台上；两端扇面形体C3)上侧最高处分 别安装有两只弯勾形状的桶内排气、溢流管(1)；下端最低点又分别装配着两只上水、出水 端接头(6)，以软、硬短接管直接连接入户上、回水管；再增加一只直接固定在墙面上、带蝶 形螺栓可调节伸缩长度的承重托架(7)，安装在储水桶(8)的底平面、正中央处。
2.根据权利要求1所述的横插集热管连同储水桶被吊挂安装在居室窗楣处的太阳能 热水器，其特征是以角钢分体焊制成型的专用吊挂架( ，一端是半弧形朝外、直角立面 被固定在墙上；一端是长方梯形、带直角边，里大外小、平面朝上，中空、平卧式；两者以各 自其中的一条直角边和前、后两只横向洞穿螺栓结合，当松开后边的穿杆螺栓，可以以前边 螺栓为转轴向下翻转九十度角、可实现对设备进行维修的专用吊挂架(5)。
专利摘要本实用新型是一款横卧式窗楣外吊挂型热管太阳能热水器。该热水器改变了老款式太阳能热水器整机的安装位置和集热管的装配方式，将热水器直接吊挂在自家居室朝阳面的窗楣外处，两端横卧式由上至下的弧形排插集热管，结构紧凑、便于维修，适应范围广泛；还完全取缔了户外的上、下水管路；并改进了热管太阳能热水器的光热转换性能；通过专用吊挂架方式进行设备的室内操作维护、维修工作。该项目进一步丰富和完善了新能源装备多种类型的发展模式。
文档编号F24J2/24GK201909462SQ20102023939
公开日2011年7月27日 申请日期2010年6月24日 优先权日2010年6月24日
发明者田树伦 申请人:田树伦