完全反向彻底强制对流方式采热的太阳能集热器

摘要

本发明公开了一种完全反向彻底强制对流方式采热的太阳能集热器，我国保有量最大的全玻璃真空集热管左、右直插中置联箱的集热器是不彻底强制对流采热的集热器，热效率未达极大值。本发明对其作改进：在中置联箱(1)内腔设置一个U形水室；U形水室由右侧带导流管翻边插孔隔板(7)、底隔板(9)、左侧带导流管翻边插孔隔板(8)，共三块联结的隔板与中置联箱(1)的顶扳及上、下两块面板焊接而成。在右/左侧带导流管翻边插孔隔板(7)/(8)各插孔中插入一根细长的导流管(6)，然后再把全玻璃真空集热管(2)插入中置联箱(1)各插孔，就组成完全反向彻底强制对流方式采热的太阳能集热器。本发明具有热效率高、能按简单方法排出积水的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种改变太阳能集热器内流体的流动途径，从而提高 太阳能集热器的热效率；尤其适用于由多根全玻璃真空集热管按左、右对 置直插入一根按南、北方向布置的中置联箱构成的太阳能集热器。

背景技术

在太阳(能)热水工程中有多种太阳(能)集热器，常用的是：多根全 玻璃真空集热管(以下称“全玻管”)按左、右对置直插入一根按南、北方向 布置的中置联箱构成的太阳集热器，如图1所示；图中(1)是中置联箱(倾角 0°-15°)，注意，现行的中置联箱(1)的内腔是空腔。(2)是全玻管。这种 集热器用料省、成本低，是国内保有量最大的工程用太阳集热器，本文以 下称“全玻管左、右直插中置联箱的集热器”。这种集热器联箱的底部有(冷) 水进口管、顶部有(热)水出口管，各集热器按串、并联方式连接后组成整个 太阳热水工程的集热器系统，再配置循环水泵、储热水箱、自控系统等组 成按强制对流采热的太阳热水工程；另外，太阳热水器的联箱内筒等都用 0.3mm不锈钢薄板制成。这些都是公知技术，下略。

由于中置联箱(1)是空腔结构，当循环水泵把冷水从中置联箱(1)底 部冷水进口管输入、随后从顶部热水出口管输出，这种强制对流采热方式 不可能把全玻管(2)管腔中积聚热水全部带出，即其热效率未达极大值，本 文称之为“不彻底强制对流方式采热的集热器”；本发明将克服这类缺点。

中国专利ZL94200904.5对上述“中置联箱构成的集热器”作改进， 见图2。沿中置联箱(1)内腔轴向设置一块带有导流管插孔的纵向隔板(4)、 把中置联箱(1)内腔分割成左、右两室，另外在左、右两室中分段设置若干 块横隔板(5)；另外还设置一根“连通两端的导流管(3)”，插入带有导流管 插孔的纵向隔板(4)的插孔，把左、右两侧的两根全玻管(2)连通。这样，当 循环水泵把冷水从中置联箱底部冷水进口管输入，水流的最初流向是从左 侧第1、2根全玻管(2)与连通两端的导流管(3)的夹道中进入全玻管(2)底部， 再沿连通两端的导流管(3)直达右侧第1、2根全玻管(2)底部；再沿全玻管(2) 与连通两端的导流管(3)的夹道流出右侧第1、2根全玻管(2)内腔，再进入右 侧第3、4根全玻管(2)与连通两端的导流管(3)夹道直达金玻管(2)底部；再 从导流管(3)进入左侧第3、4根全玻管(2)底部…，最后成为热水从中置联箱 (1)顶部热水出口管流出…，进入与之串联的、位于上方的另一个相同集热器 的中置联箱(1)下部冷水进入口…(随后均是公知技术内容-略)。

由上知，ZL94200904.5提供一种彻底强制对流的采热方式，热效 率自然较高。但是，上述流体流动途径的类型中有一半不是“反向强制对 流”(关于“反向”涵意后述)。从下面分析中可知：在“中置联箱构成的集 热器”中，流体流动只有完全按反向强制对流时，才能按简单方法把集热 器中积水完全排出。所谓“简单方法”是指：把中置联箱(1)下部的水进口 管改变为排水管。完全排尽集热器积水是高寒地区防止全玻管在冬夜冻裂 的常用办法。即在高寒地区冬夜，不完全反向强制对流采热的全玻管会冻 裂；ZL94200904.5的另一缺点是加工若干块横隔扳(5)、要在极狭窄空间中 进行，难度大、难于工业化生产。本发明将克服这类缺点。图2称为“不 完全反向彻底强制对流方式采热的集热器”的示意图。

总之，在太阳热水工程的“全玻管左、右直插中置联箱构成的集 热器”范畴，多数集热器按不彻底强制对流方式采热，热效率不高；虽提 出彻底强制对流采热的技术改进措施，但却带来严寒冬夜使全玻管冻裂的 缺陷。本发明“完全反向彻底强制对流方式采热的太阳能集热器”将克服 这些现存的技术缺陷。

发明的内容

本发明解决上述技术问题采用技术方案要点是：提出一种完全反向 彻底强制对流方式采热的太阳能集热器，使集热器中每根全玻管管腔内都 深入一根导流管，目的是克服在“全玻管左、右直插中置联箱构成的集热 器”中存在的低热效率的技术缺陷；由于“完全反向彻底强制对流”，使之 能简便地排尽集热器中积水，避免严冬寒夜冻裂全玻璃真空集热管的技术 缺陷。

本发明的技术方案是对“全玻管左、右直插中置联箱构成的集热 器”作改造，在中置联箱内腔设置一个“U形水室”、每根全玻管内腔设置 一根导流管，构成“完全反向彻底强制对流方式采热的太阳能集热器”，从 而提高集热器的热效率，并能按简单方法排尽积水，防止严冬夜冻裂全玻 管。

改造的内容如下述。图3是“完全反向彻底强制对流方式采热的 集热器”的示意图。在中置联箱(1)内腔设置一个与中置联箱(1)上(或下)面 板平行的轴向剖视面呈U字形的水室(本文简称U形水室)，U形水室由右 侧带导流管翻边插孔隔板(7)、底隔板(9)、左侧带导流管翻边插孔隔板(8)， 共三块联结的隔板与中置联箱(1)的顶扳及上、下两块面板焊接而成(图5显 示细部)，其中底隔板(9)无孔、与中置联箱(1)底部相距约20mm，U形水室 上端敞开部份与中置联箱(1)顶板焊接后，恰与中置联箱(1)顶部出水管口相 通(显然上述“三块联结的隔板”亦可用一块相当于“三块联结的隔板”的 薄钢板替代)；两块左、右带导流管翻边插孔隔扳(8)、(7)上的翻边插孔的数 目与中置联箱(1)左、右侧面板上可插入全玻管(2)的翻边圆孔数量相同、并 保持同心。“翻边圆孔”是本行业惯用语，意即它与密封用硅胶圈配合，使 插入的管道构成密封联接。

在中置联箱(1)内腔的U形水室的左或右侧带导流管插孔隔板(8) 或(9)的各插孔先插入一根导流管(6)，再把全玻管(2)插入中置联箱(1)左、右 两侧面的各翻边孔之中[其结果是：插入联箱(1)的各全玻管(2)管腔内都有 一根导流管(6)]；导流管(6)是工程塑料管材，直径为15mm至30mm，长度 比全玻管(2)要短100mm至400mm，即各导流管虽深入全玻管(2)内腔、但 未及底。

接下介绍：循环水泵把低温水从中置联箱(1)底部的进水管输入集 热器，从水的流动途径来说明“反向强制对流”的涵意。

由图3，从中置联箱(1)底部进水管输入的低温水流被U形水室的底隔板(9) 阻挡，就首先从中置联箱(1)中的全部全玻管(2)与导流管(6)的夹道中到达全 玻管(2)底部；然后从导流管(6)进入U形水室，汇总后从中置联箱(1)顶部的 出水管口输出高温水，进入另一个串联的“全玻管左、右直插中置联箱构 成的集热器”底部的进水管。

至此知，由于导流管(6)深入全玻管(2)管腔深处，故能实现彻底的 强制对流采热。另外，在内腔充水的全玻管中实现强制对流的传统方式是： 低温水首先进入导流管直达全玻管底部、然后再从导流管与全玻管的夹道 流出全玻管管腔，中国专利ZL93232591.2就是一例；而本发明的水流恰与 之相反，故该强制对流取名“反向强制对流”；因而图3是完全反向彻底强 制对流方式采热的太阳能集热器的示意图。

反向强制对流的实际含义是：按反向强制对流采热的内腔充水全 玻管，才能按简便方法把其中积存水全部排出。这是因为排水的简便方法 是把中置联箱(1)底部的进水管转变为排水管，所以排水时水流途径恰与进 水时相反。反向强制对流时水首先从“全玻管(2)与导流管(6)的夹道”中到 达全玻管(2)底部，排水时亦从该“夹道”流出，这才能排尽积水。不妨分 析一下“不完全反向强制对流”的ZL94200904.5，以图2中最低的左、右 两排全玻管(2)为例，其中右侧两根全玻管(2)按“正向强制对流”，排水时水 流必须从处于中央位置的导流管(6)排出，即只能排出50％积水。本发明是 “完全反向强制对流”能够简便地100％排尽集热器中积水，防止在高寒地 区冬夜冻裂全玻管(2)。

综上所述，本发明的要点有三：

其一，在全玻璃真空集热管左、右直插中置联箱构成的集热器的中置联箱(1) 内腔设置一个与中置联箱(1)上面板平行的、轴向剖视面呈U字形的水室， 即U形水室；U形水室由右侧带导流管翻边插孔隔板(7)、底隔板(9)、左侧 带导流管翻边插孔隔板(8)，共三块联结的隔板与中置联箱(1)的顶扳及上、 下两块面板焊接而成；底隔板(9)无孔、与中置联箱(1)底部相距约20mm；U 形水室上端敞开部份与中置联箱(1)顶板焊接后，恰与中置联箱(1)顶部出水 管口相通；左侧带导流管翻边插孔隔扳(8)或右侧带导流管翻边插孔隔扳(7) 上面的翻边插孔的数目与中置联箱(1)左、右侧面板上可插入全玻管(2)的翻 边圆孔数量相同、并保持同心。

其二，完全反向彻底强制对流方式采热的太阳能集热器的组装是在 中置联箱(1)内腔的U形水室的左侧带导流管插孔隔板(8)和右侧带导流管插 孔隔板(9)的各插孔都首先插入一根导流管(6)，再把全玻管(2)插入中置联箱 (1)左、右两侧面的翻边孔之中；导流管(6)是工程塑料管材，直径为Φ15mm 至Φ30mm，长度比全玻管(2)要短100mm至400mm。

其三，本发明的完全反向彻底强制对流的水流途径是循环水泵把低 温水从中置联箱(1)底部进水管输入后，低温水流被U形水室的底隔板(9)阻 挡，就首先从中置联箱(1)中的全部全玻管(2)与导流管(6)的夹道中到达各全 玻管(2)底部；然后从各导流管(6)进入U形水室，汇总后从中置联箱(1)顶部 的出水管口输出高温水；然后进入另一个相同的、串联的“完全反向彻底 强制对流方式采热的太阳能集热器”底部的进水管。

完全反向彻底强制对流采热方式未见于其他太阳能集热器。

附图说明

图1-全玻璃真空集热管左、右直插中置联箱的集热器示意图；

图2-不完全反向彻底强制对流方式采热的的集热器示意图；

图3-完全反向彻底强制对流方式采热的的集热器纵向剖面示意图；

图4-图3中A-A复合剖视图；

图5-图3中B-B剖视图；

(1)-中置联箱；

(2)-全玻璃真空集热管(简称全玻管)；

(3)-连通两端的导流管；

(4)-纵向隔板；

(5)-横隔板；

(6)-导流管；

(7)-右侧带导流管翻边插孔隔板；

(8)-左侧带导流管翻边插孔隔板；

(9)-底隔板；

(c-c)-全玻璃真空集热管的轴线；

(k-k)-中置联箱的轴线；

(n-n)-地平线；

(ω)-中置联箱的倾角。

发明的优点

与当前国内保有量最大的“全玻管左、右直插中置联箱构成的集热 器”相比，热效率大幅度提高；排除集热器中积水也同样方便。

实施方式

下面以一台两侧面各插入20支Φ58*1800mm全玻管的“完全反 向彻底强制对流方式采热的集热器”为例，简述其制造、组装、运行。因 本案是在现有技术“全玻管左、右直插中置联箱构成的集热器”基础上改 进而成，故与现有技术相同部分不重复。

a.中置联箱(1)的制造。相比之下，本案中置联箱(1)内腔的长度及 高度均没变，即1770mm与80mm，但宽度增大至120mm，故整体成为两 侧面各有20个供插入全玻管(2)插孔的“空腔矩形立柱”；原来上、下两个 带有Φ30mm接管的正方形端盖变为矩形(80*120mm)端盖。另外，在把这 两个带Φ30接管矩形(80*120mm)端盖与“空腔矩形立柱”焊接之前，必 须先把“U形水室”的毛坯装内“空腔矩形立柱”内腔；该毛坯是一块 1660*100mm(四边各有10mm宽的焊边余量)不锈钢薄板，事先在予定位 置冲压出40个供插入Φ20mm铝塑管[成为导流管(6)]的翻边圆孔，然后对 称地折两个直角弯，成为“U形部件”，U形的下部宽度34mm、无孔-以后 成为底隔板(9)；把这个“U形部件”予留10mm宽度的焊接余量折成直角 弯，即可装入“空腔矩形立柱”内腔；先把“U形部件”与“空腔矩形 立柱”的上、下面板焊接(U形开口端与顶边齐平)，再把带接管的上、 下矩形端盖与原先的“空腔矩形立柱”四壁焊接(U形开口端与顶边齐平)； 再套上外筒，灌入聚氨酯发泡料，即构成“完全反向彻底强制对流方式采 热的集热器”的中置联箱(1)。

b.“完全反向彻底强制对流方式采热的集热器”的组装。在现 场先把安装一台“完全反向彻底强制对流方式采热的集热器”的角钢支架 焊妥，倾角3°；把中置联箱(1)安置在支架中央，在中置联箱(1)左、右两 侧20个插孔中先各插入一根长1600mm、Φ20mm的铝塑管，即成为导流 管(6)；再依次在左、右侧插孔中插入Φ58*1800mm全玻管(2)，这时导流管 (6)套入全玻管(2)内腔；“完全反向彻底强制对流方式采热的集热器”即成。 多台集热器按常规方式构成整个热水工程的集热器系统。

c.运行。   与现有技术全同-说理见前。