CN102374678A - 一种太阳能集热管内金属换热管装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能制热水装置领域，具体为一种太阳能集热管内金属换热管装置。该装置包括异形管头和一头封堵的换热管体，异形管头为耐腐蚀金属整体部件，该装置的异形管头上设有卡固凸环，卡固凸环下面设有密封直脖管，卡固凸环上面设有直脖短管；或者，在密封直脖管下面向管内翻管，形成直脖短管，在直脖短管处连有换热管体。由于是焊接两只管的管头立面，不会出现以往选用不锈钢薄壁管做换热管装置的管头对管头的两只管对接式焊接和管头对管壁的插管式焊接的不锈钢薄壁管的管壁极易焊透、焊漏问题，不会出现因为管壁极易焊透、焊漏而无法正常实施氩气保护的焊接工艺现象，从而不会出现焊接处有碳析出而造成防漏水换热管耐腐蚀性差易漏水现象。

Description

一种太阳能集热管内金属换热管装置

技术领域

本发明属于太阳能制热水装置领域，具体为一种用于太阳能制热水装置上的一种太阳能集热管内金属换热管装置。

背景技术

人们生活中使用的太阳能制热水装置上的集热装置以往都采用直热式真空集热管，由真空集热管上的吸热膜吸收太阳光能使管中的水升温。其缺点是管中盛水多，升温慢，与太阳能制热水装置水箱内的水换热速度慢。另外，真空集热管为玻璃制，较为脆弱，因此当上水冷热差大或重物碰击等情况发生时很容易破碎，这样就会使太阳能制热水装置水箱中的水全部漏掉，造成太阳能制热水装置停机和大量水的浪费。为解决上述问题，目前出现了几种太阳能制热水装置的换热管技术，细长的换热管安装在真空集热管内，真空集热管上的吸热膜吸收太阳光能使管中空气温度升高，由于细长的换热管中的介质(水，或者导热工质)量很少，所以高温空气使换热管中的介质很快升温，与太阳能制热水装置水箱内的水换热速度就很快，太阳能制热效率相对较高；同时，玻璃真空集热管中无水，所以不会因为太阳能制热水装置上水时的冷热差大或重物碰击等情况下破碎漏水问题的发生。

目前，太阳能制热水装置中的防漏水换热管与太阳能制热水装置水箱相连，一般采用直插式密封圈密封相连。如图15所示，中国实用新型专利(专利号：200320109508.2)中，在真空集热管(玻璃管)1内装有两端密封内有导热工质的导热金属管(工质管)2，工质管2外面安装金属翅片4，在真空集热管1与水套3之间装有硅橡胶密封圈I 5，保证真空集热管1内空气与外界密封；水套3与工质管2一起从硅橡胶密封圈I 5伸出，装入太阳能热水器水箱内，水套3与水箱7之间有硅橡胶密封圈II 6，防止水箱内水漏出外面，水套3下端封口，上端开口，使水箱内水可以进入水套3。如图11所示，中国实用新型专利(专利号200720011310.9)中，在换热管体4的底部有一封堵帽5。在换热管体4上部有一密封管头3，在管头的上部有一进水口1，在进水口1外周有一耐高温密封圈2，密封管头与换热管体为焊接。上述专利描述的密封相连只是液体工况环境下的轴向密封，密封两端的任意一端加压，轴部件都会向另一端移动。当水箱推水加压时，换热管会受力下滑，将力作用于玻璃真空集热管，真空集热管较为脆弱，易碎，不安全，这种形式的太阳能制热水装置只能在非承压状态下、水箱开式环境下使用，在需要有防漏水、防冻技术要求(我国北方)的大型太阳能集热工程中，由于有推水压力，不能够使用；另外，在承压、分体式太阳能制热水装置中也不能使用。

所以，目前市场上的承压分体式太阳能热水装置和有防漏水、防冻技术要求(我国北方)的大型太阳能集热工程中，都得采用工质换热管二次换热技术，工质换热管二次换热技术原理：

如图16所示，太阳能制热水装置水箱为承压水箱20，承压水箱20内设有换热管套21，真空集热管23中插装有工质换热管24，工质换热管24的工质换热管头22插在换热管套21里，真空集热管23上的吸热膜吸收太阳光能使工质换热管24中的工质加热升温，产生密度或者相变反应，向上流动将温度传到工质换热管的换热管头中，工质换热管头22将温度传到换热管套21上，高温的换热管套21将水箱中的水加热升温，完成太阳能制热水过程。缺陷：1、换热形式为工质二次间接换热，热能损失大。2、我国自来水钙镁离子含量大，换热管套易结垢，会大大降低换热效率。3、为了提高换热效率，换热管套和工质换热管一般为铜材质，因为换热管套与太阳能制热水装置水箱连为一体，所以水箱也为铜材质，故此该太阳能制热水装置制造工艺复杂，成本极高。

如图12所示，在中国发明专利申请(申请号200810011160.0)中公开了一种通过换热管与水箱连接口连接部位特定的换热管管头结构加上特定的安装连接方式的技术，金属换热管26的上端有一喇叭型密封管头27，管头上面是进水管口28，下面是换热管体29，解决了上述问题，然而在实际应用时却出现了换热管的管头与换热管体的焊接处锈蚀漏水现象，其原因是换热管管头与换热管体的材质一般都采用薄壁不锈钢管。

如图13所示，换热管管头与换热管体的焊接是采用管头对管头的两管对接式焊接(环焊接处H)方式。或者，如图14所示，换热管管头与换热管体的焊接是采用管头对管壁的插管式焊接(环焊接处H)的方式，不锈钢薄壁管的管壁薄极易焊透、焊漏；无法正常实施氩气保护的焊接工艺，从而出现焊接处的碳析出现象，而造成焊接处的碳化，使防漏水换热管耐腐蚀性差，出现了漏水问题，不能够推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的用于太阳能制热水装置上真空集热管内的金属换热管装置，解决现有承压太阳能制热水装置中存在的制作成本高，工艺复杂，采用薄壁不锈钢管的金属换热管装置的管头与换热管体的焊接处锈蚀漏水等问题。

本发明的技术方案是：

一种太阳能集热管内金属换热管装置，该装置包括异形管头和一头封堵的换热管体，异形管头为耐腐蚀金属整体部件，该装置的异形管头上设有卡固凸环，卡固凸环下面设有密封直脖管，卡固凸环上面设有直脖短管；或者，在密封直脖管下面向管内翻管，形成直脖短管，在直脖短管处连有换热管体。

所述的太阳能集热管内金属换热管装置，异形管头在直脖短管处与换热管体的连接可采用焊接或软密封等形式连接。

所述的太阳能集热管内金属换热管装置，采用软密封连接，在直脖短管与换热管体之间处设有密封圈，在换热管体的开口端设有喇叭形管口，换热管体通过封堵端插入直脖短管处的密封圈内，插至喇叭形管口位置。

所述的太阳能集热管内金属换热管装置，在异形管头的直脖短管上增设有外凹槽，密封圈设置于外凹槽的凹槽内，使异形管头与换热管体密封；或者，在换热管体上增设有内凹槽，在所述内凹槽的凹槽内设置密封圈，使换热管体与异形管头密封。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明由于在其上的异形管头上设计了与换热管体连接的特定部位：直脖短管，而换热管体外径又只微小于直脖短管内径，当换热管体插进直脖短管内，插至换热管体的管头平面与直脖短管的管头平面一平的位置时，由于直脖短管为一段等内径的耐腐蚀金属薄壁管(一般可选不锈钢薄壁拉伸件)，所以插进直脖短管内的一段换热管体(耐腐蚀金属薄壁管，一般可选不锈钢薄壁管)的管壁紧贴在直脖短管的内管壁上，两只管之间几乎无缝隙，在两只管的管头平面处进行焊接并且又是焊接两只管的管头立面，所以在批量焊接时会完成合理的焊接工艺，不会出现以往管头对管头的两只不锈钢薄壁管对接式焊接和管头对管壁的插管式焊接的管壁极易焊透、焊漏，而无法正常实施氩气保护的焊接工艺，焊接处有碳析出现象，使不锈钢换热管不会在使用时出现的碳化锈蚀漏水问题。

2、本发明由于在其上的异形管头上设计了与换热管体连接的特定部位：直脖短管，直脖短管为一段等内径的耐腐蚀金属薄壁管(一般可选不锈钢薄壁拉伸件)，在直脖短管内安装密封圈，换热管体从闭口端插入直脖短管处的密封圈内，插至喇叭形管口位置，异形管头通过直脖短管与换热管体之间的密封圈实现与换热管体的软密封的连接方式，不会出现以往管头对管头的两只不锈钢薄壁管采用对接式焊接和管头对管壁的插管式焊接的的连接方式管壁极易焊透、焊漏，而无法正常实施氩气保护的焊接工艺，焊接处有碳析出现象，使不锈钢换热管不会在使用时出现的碳化锈蚀漏水问题。

3、本发明太阳能集热管内金属换热管装置与太阳能制热水装置水箱的连接安装方法：将异形管头穿过水箱连接口全部插入水箱内，将密封胶圈套在换热管体上，推至安装在水箱连接口处，再将金属换热管装置向外拉，密封胶圈的内口径尺寸略小于密封直脖管的外径尺寸，当密封直脖管穿过安装在水箱连接口处的密封胶圈时，密封胶圈紧紧封箍在密封直脖管的外面，致使金属换热管装置通过密封直脖管、换热管体、密封胶圈在水箱连接口处将太阳能制热水装置水箱和金属换热管装置的内腔与外界密封隔离，使水不能进入玻璃真空集热管内；另外，由于水箱连接口的尺寸只微大于异形管头上卡固凸环的外径尺寸(一般可以大于0.05mm～1mm之间)，安装在水箱连接口处的密封胶图的厚度又缩小了水箱连接口的直径尺寸，当将卡固凸环的下端和密封直脖管相连的位置拉至水箱连接口处，卡固凸环的下凸面座卡在水箱连接口处密封胶圈上端环形台上，太阳能制热水装置水箱上水或者加压，金属换热管装置也不能受压力下滑，真空集热管套在与太阳能制热水装置水箱连好的金属换热管的外面，真空集热管上的吸热膜吸收太阳光能使其中的金属换热管中的水升温与太阳能制热水装置水箱中的低温水进行自然重力式换热，完成太阳能制热水过程；该装置以简单工艺、低廉成本使太阳能制热水装置实现承压运行，为太阳能制热水装置实现全面推广提供了必要的条件。

3、本发明金属换热管与太阳能制热水装置水箱由于采用上述的连接形式和安装方法，可实现零部件拆开运输，现场组装，有利于全面推广。

4、本发明由于金属换热管内的水相对真空集热管内盛水量少得多，因此加热速度快，冷热水循环速度也加快，提高了加热速度；另外，即使上水冷热差大，由于水是在金属换热管内换热，不会造成玻璃真空集热管碎裂；再有，重物碰击真空管等情况下造成真空管破裂时，因为真空集热管内没有水，所以不会造成漏水。

5、本发明由于采用真空集热管吸收太阳光能，使金属换热管内中的水升温与太阳能制热水装置水箱中的低温水进行自然重力式换热形式，避免了采用工质换热管工质间接换热所造成的换热过程热损失大，换热效率低及制造成本高等问题。

附图说明

图1为本发明金属换热管装置之一结构示意图；

图2为图1中异形管头剖视图；

图3为本发明金属换热管装置之二结构示意图；

图4为图3中异形管头剖视图；

图1-4中，1-金属换热管装置；2-换热管体；3-密封直脖管；4-卡固凸环；5-直脖短管；6-异形管头；H-环焊接处。

图5为金属换热管装置与太阳能制热水装置连接剖面示意图；

图6为图5中密封胶图示意图；

1-金属换热管装置；2-换热管体；3-密封直脖管；4-卡固凸环；5-直脖短管；6-异形管头；9-真空集热管；10-水箱连接口；11-太阳能制热水装置水箱；12-密封胶圈；A-密封胶圈套在换热管体上时的状态；B-水箱连接口安装密封胶圈后金属换热管向外拉时的状态；C-太阳能制热水装置的真空集热管、密封胶圈、金属换热管的组装完毕时的状态。

图7为本发明异形管头与换热管体软密封形式连接的金属换热管装置之一结构示意图；

图8为本发明异形管头与换热管体软密封形式连接的金属换热管装置之二结构示意图；

图9为本发明异形管头与换热管体软密封形式连接的金属换热管装置之三结构示意图；

图10为本发明异形管头与换热管体软密封形式连接的金属换热管装置之四结构示意图；

图7-10中，1-金属换热管装置；2-换热管体；3-密封直脖管；4-卡固凸环；5-直脖短管；6-异形管头；7-喇叭形管口；8-密封圈；13-外凹槽；14-内凹槽。

图11为已公示的专利防漏水换热管及管头与换热管体焊接之一结构示意图；

图12为已公示的专利防漏水换热管及管头与换热管体焊接之二结构示意图；

图13为已公示的专利防漏水换热管及管头与换热管体焊接之三结构(管对接式焊接)示意图；

图14为已公示的专利防漏水换热管及管头与换热管体焊接之四结构(插管式焊接)示意图；

图11-14中，1-进水口；2-耐高温密封圈；3-密封管头；4-换热管体；5-封堵帽；26-金属换热管；27-喇叭型密封管头；28-进水管口；29-换热管体；H-环焊接处。

图15为已公示的非承压式太阳能制热水装置工质换热管安装示意图；

1-真空集热管；2-工质管；3-水套；4-金属翅片；5-密封圈I；6-密封圈II；7-水箱。

图16为已公示的承压式太阳能制热水装置工质换热管安装示意图；

20-承压水箱；21-换热管套；22-工质换热管头；23-真空集热管；24-工质换热管。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，本发明金属换热管装置1设有异形管头6；和一端封堵的换热管体2，异形管头6可以采用金属拉伸等加工工艺制作的耐腐蚀金属整体部件(可选用不锈钢材质)，在异形管头上设有卡固凸环4，卡固凸环4下面设有密封直脖管3。本发明中，在卡固凸环4上面设有直脖短管5(图1、图2)；或者，在密封直脖管3下面向管内翻，形成直脖短管5(图3、图4)，在直脖短管5处连有换热管体2。

如图1、图3所示，异形管头6通过直脖短管5与换热管体2采用焊接工艺相连接，换热管体2插进直脖短管5内，插至换热管体2的管头平面与直脖短管5的管头平面一平的位置，在两只管的管头平面处进行焊接，H为环焊接处位置。因为换热管体2外径微小于直脖短管5内径，直脖短管5为一段(这段长度可以设定为5-8mm)等内径的耐腐蚀金属薄壁管(一般可选薄壁不锈钢拉伸工艺)，所以插进直脖短管5内的换热管体2(耐腐蚀金属薄壁管，一般可选不锈钢薄壁管)的一段管(这段长度也约为5-8mm)管壁紧贴在直脖短管5的内管壁上，两只管之间几乎无缝隙，如焊接两只管的立面管头，焊接厚度就是两只管套管长度5-8mm，在批量焊接时可以完成合理的焊接工艺，而过去不锈钢薄壁管的对接焊接和插入式焊接厚度只是不锈钢薄壁管自身的厚度，一般为0.4-0.8mm，极易焊透、焊漏，而无法正常实施氩气保护的焊接工艺，焊接处有碳析出现象，使不锈钢换热管在使用时出现的碳化锈蚀漏水现象。

如图7、图8、图9、图10所示，异形管头6通过直脖短管5与换热管体2采用软密封形式连接，在直脖短管5与换热管体2之间设有密封圈8，在换热管体2的开口端设有喇叭形管口7，换热管体2从封堵端插入直脖短管5插至喇叭形管口7的位置。异形管头6通过直脖短管5及直脖短管5与换热管体2之间的密封圈8相连接(图7、图8)。

图9中，在异形管头6上的直脖短管5上增设有外凹槽13，密封圈8设置于外凹槽13的凹槽中，使异形管头6与换热管体2密封。

图10中，在换热管体2上增设有内凹槽14，在所述内凹槽14内设置密封圈8，使换热管体2与异形管头6密封。

如图1、图3、图5、图6所示，本发明金属换热管装置1与太阳能制热水装置水箱11的连接安装方法：将异形管头6穿过水箱连接口10全部插入水箱11内，将密封胶圈12套在换热管体2上，推至安装在水箱连接口10处，再将不锈钢换热管装置1向外拉，密封胶圈12的内口径尺寸也小于密封直脖管3的外径尺寸，当密封直脖管3穿过安装在水箱连接口10处的密封胶圈12时，密封胶圈12紧紧封箍在密封直脖管3的外面；如图1、图3、图5所示，金属换热管装置1通过密封直脖管3、换热管体2、密封胶圈12在水箱连接口10处，将太阳能制热水装置水箱11和金属换热管装置1的内腔与外界密封隔离，使水不能进入玻璃真空集热管9内；或者，如图1、图3、图5所示，致使金属换热管装置1通过密封直脖管3、换热管体2、密封胶圈12在水箱连接口10处，以及(如图7、图8所示)通过直脖短管5与换热管体2之间的密封圈8，再(如图9、图10所示)通过直脖短管5上外凹槽13的凹槽中密封圈8，或者换热管体2上内凹槽14的凹槽中密封圈8，将太阳能制热水装置水箱11和金属换热管装置1的内腔与外界密封隔离，使水不能进入玻璃真空集热管9内；

另外，如图1、图3、图5所示，由于水箱连接口10的直径尺寸只微大于异形管头6上卡固凸环4的外径尺寸(一般可以大于0.05mm～1mm之间)，安装在水箱连接口10处的密封胶圈12的厚度又缩小了水箱连接口10的直径尺寸，当将卡固凸环4的下端和密封直脖管3相连的位置拉至水箱连接口10处，卡固凸环4的下凸面座卡在水箱连接口10处密封胶圈12上端环形台上，太阳能制热水装置水箱11上水或者加压，金属换热管装置1也不能受压力下滑；

另外，如图5所示，由于水箱连接口10的直径尺寸只微大于异形管头6上卡固凸环4的外径尺寸(一般可以大于0.05mm～1mm之间)，安装在水箱连接口10处的密封胶圈12的厚度又缩小了水箱连接口10的直径尺寸，当将卡固凸环4的下端和密封直脖管3相连的位置拉至水箱连接口10处，卡固凸环4的下凸面座卡在水箱连接口10处密封胶圈12上端环形台上，再如图7、图8、图9、图10所示，在换热管体2的开口端设有喇叭形管口7，喇叭形管口7的喇叭口外径大于直脖短管5内径，换热管体2从封堵端插入直脖短管5插至喇叭形管口7的位置时被卡住，太阳能制热水装置水箱11上水或者加压，金属换热管装置1及换热管体2都不能受压力下滑；真空集热管9套在与太阳能制热水装置水箱11连好的金属换热管装置1的外面，真空集热管9上的吸热膜吸收太阳光能使其中的金属换热管装置1中的水升温与太阳能制热水装置水箱11中的低温水进行自然重力式换热，完成太阳能制热水过程；该装置以简单工艺、低廉成本使太阳能制热水装置实现承压运行，为太阳能制热水装置实现全面推广提供了必要的条件。

本发明装置上异形管头的金属整体部件及异形管头上的直脖短管设计，使金属换热管装置的管头与换热管体的连接能够完成成熟、合理的连接工艺，解决现有技术中存在的换热管的管头与换热管体的焊接处锈蚀漏水问题，使太阳能制热水装置通过太阳能集热管内的金属换热管装置与水箱连接口连接部位特定的换热管的管头结构，加上特定的安装连接方式而实现承压安全运行，以解决由于玻璃制真空集热管较为脆弱、上水冷热差大或重物碰击等情况下破碎漏水原因和采用工质换热管二次换热的太阳能制热水装置的工质换热管热能损失大、自来水钙镁离子含量大时换热管套易结垢，大大降低换热效率和承压式太阳能制热水装置的水箱和工质换热管一般都为铜质制作，制造工艺复杂，成本高等原因造成太阳能制热水装置不能够实现全面推广的问题。

Claims (4)

1.一种太阳能集热管内金属换热管装置，其特征在于：该装置包括异形管头(6)和一头封堵的换热管体(2)，异形管头(6)为耐腐蚀金属整体部件，该装置的异形管头(6)上设有卡固凸环(4)，卡固凸环(4)下面设有密封直脖管(3)，卡固凸环(4)上面设有直脖短管(5)；或者，在密封直脖管(3)下面向管内翻管，形成直脖短管(5)，在直脖短管(5)处连有换热管体(2)。

2.按照权利要求1所述的太阳能集热管内金属换热管装置，其特征在于：异形管头(6)在直脖短管(5)处与换热管体(2)的连接可采用焊接或软密封等形式连接。

3.按照权利要求2所述的太阳能集热管内金属换热管装置，其特征在于：采用软密封连接，在直脖短管(5)与换热管体(2)之间处设有密封圈(8)，在换热管体(2)的开口端设有喇叭形管口(7)，换热管体(2)通过封堵端插入直脖短管(5)处的密封圈(8)内，插至喇叭形管口(8)位置。

4.按照权利要求3所述的太阳能集热管内金属换热管装置，其特征在于：在异形管头(6)的直脖短管(5)上增设有外凹槽(13)，密封圈(8)设置于外凹槽(13)的凹槽内，使异形管头(6)与换热管体(2)密封；或者，在换热管体(2)上增设有内凹槽(14)，在所述内凹槽(14)的凹槽内设置密封圈(8)，使换热管体(2)与异形管头(6)密封。

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